煤层气井冬季产气曲线特征分析

张光波

(中石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司，山西 048000)

1 基本情况

针对沁水盆地南部樊庄区块煤层低压、低产、低渗、低饱和的特性和山西南部地形复杂、相对高差大，以低产、低压为出发点，以低成本为落脚点，通过多年的技术研究与现场实践，建立了“井口计量、阀组串接、按需增压、集中处理”的集气工艺模式(见图1)：单井低压气(0.05～0.1MPa)经简易流量计计量后进入阀组，阀组汇集入采气干线后进入集气站，增压至0.8～1.4MPa计量外输后进入集气干线，最后汇入中央处理厂，中央处理厂经过过滤分离、压缩增压、分离脱水等步骤以外输压力3.8～5.7MPa销售至下游销售终端。考虑到成本、管理等因素，井口煤层气未做除煤粉、脱水等工艺流程。

图1 樊庄区块集输工艺模式

2 冬季产气曲线类型

选取樊庄区块某井区的200口井为研究对象，从图2产气曲线可以看出：每年进入10月份后，产气量呈缓慢下降趋势，1月份左右达到最低值，到4月份后随着天气逐步回暖，产气量逐步回升。根据气量变化趋势，如图3所示，煤层气井冬季生产产气曲线可分为四种类型：波动型、台阶型、混合型和平稳型。

图2 樊庄区块某井区产气曲线

2.1 “波动型”产气曲线分析

该类型井表现为：进入冬季后产气曲线呈锯齿形波动，天气回暖后气量恢复正常。此类井约占总井数的21%，典型井产气曲线如图4所示。

图3 冬季生产产气曲线类型

图4 波动型典型井产气曲线

在井筒中聚集的煤层气是饱和气，这些饱和气到井口后由于管压与套压不同形成生产压差(即井口节流)，根据工程热力学中水的相态图，如图5所示，井口温度恒定，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，不饱和气逐渐变为饱和气，温度进一步降低，饱和气中析出液态水。气体从井筒经过生产阀门后，在井口压力表和流量计之间的U型采气管线入地部分(见图6)易产生积液，在极端恶劣天气情况下，有可能发生冻堵现象。由于积液存在，管容减少，管压增大，生产压差减小，造成气量瞬时下降，产气量也随之下降，清理管线内的积水后气量随之恢复。由于积液的存在，需要定期对管线清扫，造成产气曲线锯齿形波动特征。

图5 工程热力学水相态图

图6 煤层气井口工艺流程

2.2 “台阶型”产气曲线分析

该类型井表现为：进入冬季后单井产气量呈台阶式下降，天气回暖后气量恢复正常。此类型井占总井数的8%，典型井生产曲线如图7所示。造成此类型曲线形态的原因有两方面：流量计计量误差和采气支线管线积液。

图7 台阶型典型井产气曲线

图8 某管线高程图

2.2.1 流量计计量误差

考虑到交接计量和成本因素，除了集气站、中央处理厂使用智能流量计外，单井计量为三级计量，多采用非智能涡轮流量计，计量的标准状态为20℃，绝对压力为101.325KPa，根据井口产气计算公式：

式中：Q表为产气量；Q瞬为瞬时流量；p管为单井管压；T工为工况下热力学温度。

可以看出，煤层气计量准确度受到温度变化的影响。冬季生产中，在井口管线未做保温的情况下，气体温度远小于流量计设计温度20℃，在瞬时不变的情况下，计量出来的气量未考虑温度变化情况，小于实际产出气量,曲线呈现出台阶式下降特征，进入3、4月份天气回暖后，产气逐步恢复至正常。

2.2.2 采气支线管线积液

煤层气经单井计量后进入采气支线后汇入阀组。由于晋城地区地形复杂，采气支线高低起伏较大，饱和气析出的凝析水易在管线低洼处聚集，由于阀组的串接方式，无法采用通球清管作业的方式清除凝析水，由于采气支线管容减小、管压升高，造成管线前端生产压差降低，导致单井气量下降，产气呈台阶式下降特征。例如图8,管线A位置海拔775m，B位置海拔871m，C位置海拔784m，D位置海拔1019m，E位置海拔785m。当气体从A位置走向E位置时，析出的凝析水易在A、C、E位置汇集，若不及时清理管线积液，易导致产气呈台阶式下降。

2.3 “混合型”产气曲线分析

该类型井表现为：进入冬季后单井产气先台阶式下降，后呈现出锯齿形波动，天气回暖后两种情况均消失，气量恢复正常。此类型井占总井数的15%，典型井生产曲线如图9a所示。

图9 混合型、平稳型典型井产气曲线

造成此类曲线形态的原因是复合的：首先台阶式下降与台阶型产气曲线相同，流量计计量误差或者采气支线管线积液；其次锯齿形波动是因为井口U型采气管线积液，定期扫线造成的。

2.4 “正常型”产气曲线分析

此类型井曲线为正常生产曲线类型，说明未受到冬季管线积液影响和计量误差影响。此类型井占总井数的56%，典型井生产曲线如图9b所示。

3 治理措施

3.1 井口保温

由于饱和气从井筒进入生产流程时，产生节流现象导致压力、温度下降快，水大量凝析，从而导致管线积水气量下降。因此可以考虑在生产阀门之前的地面管线加缠电热带，减弱温度变化对气量计量的影响。

3.2 单井、阀组扫线放水

对于单井井口U型采气管线内的积液可通过扫线方式清理。在井口管线球阀前端加装放水阀门，单井气量发生波动后，关闭球阀，打开井口生产阀门，利用生产压差将单井U型采气管线内的积液吹扫清除。

由于采气支线采用阀组串接方式，无法采用通球清管作业的方式清除管线积液，为了提高管网的输送效率，可在采气支线的低洼处安装凝液缸，定期进行扫线放水，具体可分为正扫和反扫。正扫线是关闭阀组处的生产阀门，利用生产压差将单井至凝液缸段的管线积液汇集到凝液缸处，反扫线是指关闭单井生产阀门，利用阀组内的系统压力将凝液缸至阀组段管线积液最大限度的汇集到凝液缸处。通过凝液缸可以有效的清除采气支线的积液。

3.3 温度补偿

非智能流量计计量未考虑到温度补偿问题。在冬季生产过程中，井口计量除了做好管线保温处理外，还需要考虑温度补偿问题。选取部分单井安装温度变送器，测量井口计量点的气体温度，每天早晨8点计算前一天的平均温度，建立温度数据库。装有温度变送器的单井按照测量温度进行补偿计算，未安装温度变送器的单井选取邻近的装有温度变送器的单井测量温度进行近似补偿计算。

3.4 添加化学抑制剂

添加化学抑制剂法，是防止管线冻堵常采取的方法之一。考虑到经济性和实际应用效果，煤层气行业主要加入的化学抑制剂为甲醇。甲醇的冰点低且可以与水任意比互溶，通过向集输系统中添加甲醇等抑制剂，可以改变冰生成的热动力条件，预防冻堵现象的发生。

3.5 管线下放

沁水地区冻土层厚度一般为50～65cm，管线埋深应大于冻土层深度。由于管线多在丘陵山地中穿行，上覆沙土易被雨水冲刷走，造成管线埋深不足或者裸露。如果管线在冻土层以上或者裸露地表，容易发生积液或者冻堵。因此一般要求管线埋深1.2～1.5m且平时应加强管线巡护，发现管线埋深不足或者裸露，立即实施管线下放施工。