煤层气管线积液治理研究及对策
2020-10-19邹红刚黄仁琼孙泽军王金鹏
邹红刚 宋 军 黄仁琼 孙泽军 王金鹏 马 辉
(中国石油天然气集团有限公司山西煤层气勘探开发分公司,山西 048000)
1 引言
煤层气生产采用“排水采气”工艺,经过“水相流-气水两相流-气流(水流)”阶段排采,初期解吸后,采取阶梯式放气,管线压力高、气量攀升,输送效率较高;进入稳产期后,气量平稳,管线输送能力受气井生产能力、管容、积液、气体饱和含水量、管网压力低、管线位差等因素影响受到抑制,采气管线积液影响日益突显,直接影响采气、输气效率。
2 采气管线积液产出机理
煤层气开采过程中,由于煤层井壁失稳、基质破裂等原因而产生煤粉,井底的水和煤粉在排水采气过程中到达地面,大部分煤粉悬浮于水中在井口排出,但仍然有部分水和煤粉随气体进入采气管道。除此之外,饱和气体在采气管道中流动,随着温度和压力变化,其中的饱和水将会析出 ,因此,在煤层气采气管道中存在气固、气液等多相流动,水和固体颗粒都有可能影响煤层气采气管道内介质的流动状态。
从理想气态方程式来看,理想气体在处于平衡态时,压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。
pV=nRT
式中:P:理想气体压力;
V:理想气体体积;
n:气体物质的量;
T:热力学温度;
R:理想气体常数。
在同等体积流量下,温度、压力为两个主控因素当气体在管道中流动时,由于局部阻力,如遇到缩口和调节阀门时,其压力若显著下降,产生节流,节流膨胀后产生温降、压力变化,使气体饱和含水量减少。
2.1 计量阀组作为压降主导的凝析水产出认识
管线积液根据经验认识,只会在冬季气温低、温差大条件下产生,夏季温度高不会出现管线积液。9月,在华固2井、3井出现了管线积液现象,从图1华固2井、图2华固3井压力变化曲线分析看,当煤层气在单井计量阀组段压降越大,产生节流膨胀影响越大,那么温降越大,温降与饱和含水量成反比,凝析的水增多。
从图3华固1井七月生产曲线、图4华固1井十一月生产曲线来看,单井管压随温差变化明显反映到瞬时的变化,早期的影响初显端倪,从单井日气量来说变化小,易忽视;受单井井口、计量阀组节流、温度双重影响,煤层气饱和含水量开始减少,管线内的积液影响明显。
图1 华固2井压力变化曲线
图2 华固3井压力变化曲线
2.2 采气管网作为温降主导的凝析水产出认识
气体经过计量阀组后,进入低压集气管网,压降相对小,那么压降产生的温降小;煤层气在管网运移过程中依然要克服位差、沿程摩阻,必然产生能量损耗。单井管压与管网压力持平,压降趋于平缓,温度对凝析水的析出起主导作用,气体饱和含水量处于下降过程。
地形对煤层气水利计算实验数据表明:在其他相同条件下,起点、终点高程为100m时,流量、管长、管径、压力影响达5.8%。那么在低点存在积液成为可能。
3 积液排采井生产曲线特征
管线积液根据影响程度、影响范围划分为两个类型:持续性、阶段性影响。
3.1 持续性生产影响特征
从图5持续性影响生产曲线来看,气量影响时间较长,气量下降明显、不易消除,主要表现在管网采气支线上。
3.2 阶段性影响生产特征
从图6阶段性影响生产曲线来看,气量影响较短、气量波动明显、易控制、需频繁扫线,主要表现在单井阀组上。
图3 华固1井七月生产曲线
图4 华固1井十一月生产曲线
图5 持续性影响生产曲线
图6 阶段性影响生产曲线
4 治理对策
数字化、智能化排采以机巡与人巡交互式的管理模式,遵循“连续、渐变、稳定、长期”的排采管控思路,在积液治理上,多为单井扫线、凝液缸放水,建立“消防式”的预警(机巡)机制,“自主式”的周期(人巡)分片循环规律性扫线认识,大大降低了管线积液对煤层气生产的影响。
4.1 管线积液影响判定
机巡对管线积液的判定,单井套压、管压上升或波动明显,除去站场回压、仪表冻堵漂移、地质因素影响,需关联判断;瞬时(工况)波动大于等于4m3/h(瞬时波动、流量计进口旋涡发生器内有杂物、单流阀阀芯等因素);需扫线的井满足一个条件或多个条件,存在多重因素影响。
4.2 管线积液处理方法
根据生产压力偏低的特点,遵循三低:找低点井位、找管线低点、找凝液缸位置相结合作为憋压扫线、放空的依据与方法;根据生产井、管线铺设位差的特点,单井、支线扫线找低点、凝液缸,依次分段进行,将单井扫线扩展至支线的吹扫。
影响位置判断:现场核实数据,关闭计量阀组前后控制阀门,打开单流阀处(或扫线头丝堵),开关前后气源,根据气量强弱经验判断,初步认定影响位置,进行针对性的正反扫线;
影响距离判断:部分单井在打开单流阀处或扫线头,听“喘气、咕嘟”声,短暂的扫线效果不明显,因压力低、水堵距离较远不易扫出,可采取多次憋压、迅速放喷、延长扫线时间的办法。
5 结论
(1)煤层气管线积液、单井管压与管网压力差是从单井采气至采气支线,再到干线是一传递、积聚的过程,是因采气管线容积、过流截面积变化而不太突显,影响表现以点、到线、到面的变化趋势。
(2)煤层气采气管线积液治理,要从预防措施、监测机制、治理方法上,不断摸索方法,总结经验,降低管线积液对煤层气生产的影响。