煤层气集输管线冬季凝析水排出方法分析

2019-03-25张光波刘明仁郭玉广金德辉

中国煤层气 2019年5期

张玮张光波刘明仁郭玉广金德辉

(1.中石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000；2.华北油田公司工程技术研究院，河北 062552)

煤层气同常规天然气不同，虽然煤储层中大的孔隙空间主要是被水所占据，水中含有一定的溶解气，部分孔隙中存在游离气，但80%以上是以吸附状态赋存在孔隙的内表面。目前煤层气的主要排采方式为排水降压，采出气为携带少量游离水的饱和气。

冬季煤层气在集输过程中，由于管线温度通常远远低于地下温度，当饱和气从地下渗流到集输管线后，由于温度骤降，会析出液态水并积存在集输管线内。研究区位于沁水盆地南部，区内以丘陵山地为主，地面海拔高低差异较大，且煤层气系统管网压力较低，加大了气体携水能力的难度，易导致液态水在管线低部聚集，使单井管线压力升高，气量下降。在冬季温度较低情况下易发生管线冻堵，给生产带来严重影响。

目前解决煤层气管线凝析水的方法主要是通过加装凝水器设备和加大管线埋深两种方法。安装凝水器的最佳位置应是凝析水不再析出的管段，如果要对安装位置做出最佳判断，需在模拟条件下进行模拟计算，通常由于周边温度不易控制，计算结果易出现误差。研究区内管线埋深在产建初期就已完成，若在后期加大埋深深度，施工时间长，费用较高。因此有必要研究集输管线中凝析水的排采方法，消除对单井产量的影响，提高冬季生产效率。

1 区域自然地理状况

樊庄南部区块位于沁水盆地南部，区内主体为丘陵山地，其中山区面积占40%，低山丘陵区占50%，地势西高东低，最高处海波2358m，最低处海拔520m，高低起伏落差在1838m。为大陆性气候，昼夜温差较大，在10℃以上，年平均气温11.7℃，月平均最低气温-3℃，最高气温24.8℃。年降雨量600～700mm，年蒸发量1600～1900mm，霜冻期11月至次年3月，冻土层最大厚度42cm，冬季最低平均气温在-7℃左右。2016年1月极端天气下，最低气温达到-19℃。

2 冬季生产情况

研究区内目前管理单井756口，据统计2017年冬季生产过程中，发生冻堵管线4条，管线积液导致压力升高气量下降104口单井，日影响气量0.82×104m3，平均日扫线井数达到61次(表1)。

3 产生凝析水主要影响因素分析

煤层气集输管网中产生凝析水主要是由于井筒中聚集的煤层气是饱和气，随着压力、温度的变化，或多或少的会产生凝析水。根据工程热力学中水的相态图1可知，当井口温度恒定时，随着压力降低饱和气变为不饱和气；当管线压力恒定时，随着温度降低，煤层气中饱和气逐渐变为不饱和气，当温度进一步降低时，饱和气中析出液态水。

3.1 生产压力对凝析水的影响

总体表现为生产压差越小，系统中凝析水越多，单井气量波动越大。从图2可以看出，每年4月至10月单井产气量较平稳，平均压差为0.003MPa，而每年11月至次年3月是冬季影响期，平均压差为0.01MPa，单井日均影响气量为300m3。

图2 zc-060井2016年1～2017年9月生产运行曲线

3.2 温度对凝析水的影响

从地温数据与产量曲线(图3)可以看出，冬季地温变化趋势与产量曲线变化趋势基本一致，说明冬季系统中凝析水的大量产生主要受温度影响，呈现为温度越低系统中凝析水越多。以研究区2016～2018年生产为例，2016年0℃以下时间约为4个月，全年四分之一的时间地温低于0℃，日产量最高影响1.5×104m3。

图3 研究区冬季产量与地温变化相关图

4 冬季凝析水的排出方法

通过密切关注压力变化，及时对单井缸凝液缸放水，管线进行清扫可以有效地减少凝析水对生产的影响。同时要充分利用现有流程，根据各个单井的不同情况，制定相应的扫线方法，提高扫线效率。总结放水规律变化，制定准确的放水周期表，保障冬季生产平稳运行。

4.1 凝液缸放水，管线扫线

2013年以前，研究区管线压力为0.1～0.2MPa，由于压力相对较高，扫线时很容易扫清出管线中的凝析水。2013年后，通过管线扩容、集气站增加压缩机，管线系统压力下降至0.00～0.1MPa，由于系统压差减小，扫线难度增大，管线中的凝析水不易被扫出(图4)。针对这种情况，基于每口单井管网走向、地理位置和地面海拔高差，依据管压、套压、瞬时的变化分析，确定针对性的典型类和非典型类单井扫线方法。

图4 研究区单井日产气与单井管压变化相关图

4.1.1 典型类单井扫线方法

典型类扫线主要是针对单井与阀组之间管线的地面海拔高差无明显起伏变化，利用重力原理在地面海拔相对低点进行扫线，即可扫出凝析水。

当阀组位置相对于井口位置偏低时，在阀组处将单井由正常流程导为放空流程，打开放空阀门，将凝析水扫出正常流程管线区域，我们称之为正扫；反之，若井口位置偏低，则闭合角阀，打开单流阀、球阀，利用阀组内气体反方向将单井管线内凝析水从单流阀处吹扫出，称之为反扫(图5)。

图5 单井井口流程示意图

4.1.2 非典型类单井扫线方法

(1)加装凝液缸的单井扫线方法

对加装有凝液缸的管线，通过对管线两端扫线，让管线积水最大程度汇集到凝液缸位置，然后用凝液缸彻底将积水排出。

如图6所示：针对井口位置较低的单井，应在爬坡位置设置凝液缸，这样可先通过凝液缸放水后，再进行反扫将爬坡位置的积水反扫到凝液缸中排出；针对井口位置偏高的单井，凝液缸应加装在相对低点，先通过正扫将单井管线内凝析水扫到凝液缸中排出，对部分残留在爬坡管线中的凝析水则通过井口反扫，吹扫到凝液缸中排出(图7)。

图6 单井、凝液缸与阀组相对位置示意图

图7 凝析水走向示意图

Hc1-17井往年受冬季影响明显，扫线周期为2天且通过简单地井口扫线无效果。2019年2月对单井加装凝液缸后扫线效果良好，基本恢复至冬季影响前气量，扫线周期延长至30至35天，有效的降低人工劳动强度(图8)。

图8 hc1-17加装凝液缸后效果示意图

(2)地势复杂的单井扫线方法

通过对研究区每口单井管网走向、地理位置和地面海拔高差的分析，认为在生产过程中扫线效果不明显的主要有两类。第一类只需要在井口反扫后，在阀组进行放空即可。第二类则需要结合单井所处位置的高低、单井产气能力和管线连通位置摸索方法。以图9为例，单井1井日产气量下降500m3，而邻井单井2产量基本不受影响，依此可以判断凝析水应聚集在单井2井口管线之前，则先将阀组上3口井串联管线支线关闭，对两口相对高点的单井1和单井2单井两头进行扫线，将凝析水扫至相对低点单井3处排出，通过扫线，三口单井产量快速恢复至原产量(图10)。

图9 单井与阀组相对位置示意图

图10 扫先前后效果对比柱状图

(3)阀组扫线方法

针对阀组压力过低的单井，则需要利用同阀组内气量大的单井进行反扫。以CZ1#阀组为例，由于该阀组增设增压站，导致阀组压力只有0.017MPa。且阀组内单井地面海拔落差较大，管线积水明显，且压力过低无法通过单井反扫，以及阀组正扫清除管线积水。因此需将压缩机减载，提高单井压力，增强管线内气体的携水能力排出积水。