下古气井注醇不均工艺优化

2020-11-23屈建伸马鹏举侯宁博吕抒桓

石油化工应用 2020年10期

屈建伸，马鹏举，侯宁博，廖超，卢潇，史龙，吕抒桓，郝洁

（中国石油长庆油田分公司第五采气厂，陕西西安 710018）

1 国内外技术应用现状

国内外防止天然气水合物生产有多种方法，如加热法、注抑制剂法、井口脱水法、低温分离法等，早期国内外采用较多的是加热法，即提高天然气节流前的温度，或敷设平行于采气管线的伴热带，使气体流动温度保持在水合物形成温度2 ℃～3 ℃以上，防止水合物生产，利用保温措施来防止水合物的形成[1，2]。

苏里格气田位于毛乌素沙漠的南部，区内属于内陆性半干旱气候，夏季炎热、冬季严寒，昼夜温差大；常年冬季气温-10 ℃～-25 ℃，极端最低气温-29 ℃；苏里格气田区域广，气候差，传统的加热法无法大面积实施。2005 年在苏里格气田的地面集输工程设计，本着低成本战略开发的思想，对苏里格气田的内部集输工艺进行了优化，重点对如何在无人值守，不使用外部动力源的情况下防止采气管线水合物形成的工艺进行研究[3]。甲醇是目前国内外广泛采用的一种防止水合物形成的化学剂，在天然气中加入甲醇后，可以改变水溶液和水合物的化学位；通过油管注醇方式向油管内注入甲醇来改变水合物水分子之间相互作用，破坏水合物平衡，通过注醇集输实现工艺管线的防冻和解堵。

苏里格气田单井注醇技术于2005 年由长庆设计院提出，采用在集气站建设注醇泵房集中注醇，并建设集气站～各单井的注醇管线，各单井由注醇泵房柱塞计量泵控制加注量和加注速度。进站采用结合水套炉加热的方式防止水合物生成[4]。

近年苏里格气田逐渐开展了单井自动注醇技术的研究，根据动力源分为电动、气动和重力加注的方法：电动方式主要是采用远程控制电动泵将甲醇注入采气管线内；气动方式是将气井天然气调压后作为动力源推动甲醇加入采气管线；重力方式是将甲醇储罐架设在高于采气管线的地方，甲醇储罐液注压力和采气管线压力平衡后，利用重力势能滴注，将基准注入采气管线。自动注醇技术的应用一定程度解决了苏里格气田干管冬季注醇的问题，但暂未形成可靠的行业标准，管理成本和设备成本较高，且现场管理存在一定的困难，不满足苏东气田下古单井注醇要求。

2 注醇分配不均机理研究

根据文献调研和现场调研结果，注醇分配不均同时受注醇管线长度、材质、弯头、摩阻和起伏差等因素影响。根据研究方法和影响因素的搜集难度，本课题选择注醇管线管径、管线长度、干管回压对注醇不均的影响三个方面进行课题研究。根据区块整体影响相同、影响较小忽略，影响因素数据不可搜集等原因，忽略管线材质、粗糙度、起伏差、弯头摩阻、阀门摩阻等单一变量因素（见表1）。

表1 注醇不均影响因素表

2.1 注醇量分配不均影响因素研究

本文主要研究干管回压，注醇管线长度，注醇管线管径对不同井注醇量的影响。

使用Pipe flow expert 软件，选择达西-韦史巴赫方程建立注醇管网模型，设定甲醇为不可压缩流体，针对选取的研究因素进行模拟研究注醇分配不均机理。模拟气井管网布局，在软件界面插入集气站、管网节点、末端注入井等模块，通过输入注醇站压力、排量等数据和注醇管线长度、管径、摩阻和末端注入点压力等参数，模拟计算注醇点流量、流速的分配和各注醇管线的压力损失。

2.1.1 模拟条件在模拟过程中采用控制变量法，分别研究干管回压，注醇管线长度，注醇管线管径对注醇分配量影响。注醇模型建立注醇压力端，分支节点，3个气井干管注入点管网模型。具体模拟参数（见表2）。

2.1.2 模拟计算 Pipe flow expert 软件模拟参数输入后，自动模拟计算注醇流量分配，其中N1 为注醇站，P1、P2、P3 分别代表井1、井2、井3 所对应的三条注醇分支管线，L 代表各注醇管线的管线长度，D 代表各注醇管线的管线直径，模拟结果f 显示各注醇管线的流量分配值。输入不同模拟参数，经计算不同影响因素其结果（见表3）。

2.1.3 模拟计算结果分析通过软件模拟计算结果可知：（1）不同外输回压条件下注醇管线流量分配，主管线分配流量30 L/h，管线P1、P2、P3 分配流量分别为14.03 L/h、10.56 L/h、5.40 L/h，注入流量分配比例分别为46.77 %、35.20 %、18.00 %；（2）不同注醇管线长度条件下注醇管线流速和流量分配，软件计算结果主管线分配流量30 L/h，注醇分支管线P1、P2、P3 分配流量分别为7.31 L/h、9.18 L/h、13.50 L/h，注入流量比例分别为24.37 %、30.60 %、45.00 %；（3）不同注醇管线内径条件下注醇管线流速和流量分配，软件计算结果主管线分配流量30 L/h，管线P1、P2、P3 分配流量分别为13.16 L/h、9.16 L/h、7.68 L/h，注入流量比例分别为43.87 %、30.53 %、25.60 %。由图1、图2、图3 及计算结果可以得出注醇管线流量分配与注入端回压、注醇管线长度成反比，与注醇管线内径成正比。

表2 各影响因素对注醇量分配模拟参数

表3 各影响因素对注醇量分配模拟计算结果

图1 管线流量分配和注入端回压关系曲线

图2 流量分配和管线长度关系曲线

图3 注醇管线流量分配和管线内径关系曲线

注醇管线压力损失与注入端回压及注醇管线内径成反比，注醇管线内径越大，注入端回压越大注醇管线压力损失越小。而注醇管线长度对管线压力损失影响不大（见图1～图3）。

2.2 注醇不均机理研究结果

根据现场调研结果，各注醇管线的内径、材质、摩阻相同，忽略弯头、起伏差等因素影响，注醇分配不均的主要因素为各单井分支注醇管线的长度和甲醇注入点的干管回压，管线长度越长，注醇量分配越小，甲醇注入点的回压（同干管压力）越大，注醇量分配也越小。结合现场历年冻堵情况，外输压力较高和注醇管线较长的末端井注醇量分配较小，经常发生冬季冻堵现象，和研究结果一致。

3 注醇不均单井模拟研究

3.1 建立模型

综合历年气井冻堵情况，选取典型井苏东57-34、苏东57-30、苏东57-30C1 三口井进行注醇分配不均研究，绘制注醇管网模型，输入注醇管线长度、注入端点压力、注醇泵排量、管线内径、粗糙度等参数，建立试验井注醇分配不均研究模型（见表4）。

管线P1 为注醇站至注醇支线节点段注醇管线，长度为400 m，注醇站输出压力为6.5 MPa，注醇泵排量为30 L/h；管线P4 为节点A 至苏东57-34 井段注醇管线，长度为500 m，干线注入点回压为5.24 MPa；管线P3 为节点A 至苏东57-30 井段注醇管线，长度为3 000 m，干线注入点回压为5.28 MPa；管线P6 为苏东57-30 井至苏东57-30C1 段注醇管线，长度为10 m，干线注入点回压为5.28 MPa，管线尺寸均为Φ32×5 mm。

3.2 模拟计算

在建立的苏东57-34、苏东57-30、苏东57-30C1三口井注醇分配研究模型中，输入相关参数，软件自动模拟计算各井注醇管线实际注醇量分配，软件模拟计算得出注醇分配流量结果（见表5）。

3.3 结果分析

苏东57-34、苏东57-30、苏东57-30C1 三口井注醇分配模型软件计算结果可知，苏东57-34 实际注醇分配最大，苏东57-30C1 实际注醇分配最小，在气井产液量相等的情况下，苏东57-30C1 发生冬季冻堵概率最高（见图4）。

4 注醇不均优化方案

4.1 方案概况

表4 注醇管线内径对注醇量分配模拟计算结果

表5 注醇分配不均模拟计算结果

图4 注醇分配比例饼状图

根据实际需求，选取苏东5X 站4#干管苏东57-34 井、苏东57-30、苏东57-30C1 井进行注醇优化工艺改造，通过在现有数字化系统组态网后台添加控制程序，判断管网冻堵情况。通过后台程序控制井口注醇管线处的电动阀门，实现自动、手动、远程控制等运行方式控制；总结自动注醇逻辑，摸索新工艺的精准注醇排量，形成一套最优化注醇方法。

4.2 注醇优化现场实施

现场自动化注醇工艺改造，主要包含安装执行机构和控制线路，执行机构主要由高压电动球阀及其连接法兰组件构成。

2019 年6 月25 日-6 月27 日完成苏东57-34、苏东57-30、苏东57-30C1 三口井现场远程控制增加供电系统及点位；2019 年7 月1 日-7 月5 日完成三口井站内组态网平台增加控制界面。

2019 年6 月10 日完成苏东5X 站4# 干管苏东57-34、苏东57-30、苏东57-30C1 井现场阀门改造，改造后试压、稳压后不刺不漏，控制线路埋地，改造合格。

4.3 现场试验

2019 年11 月11 日-11 月25 日开展注醇分配不均优化试验，11 月11 日-11 月15 日对苏东57-30 井开展靶向注醇试验，注醇5 d，累计注醇量3 600 L；11月16 日-11 月20 日对苏东57-30C1 井开展靶向注醇试验，注醇5 d，累计注醇量3 600 L；11 月21 日-11月25 日对苏东57-30 井和苏东57-34 井开展精准注醇试验，因苏东57-34 井为柱塞工艺井，仅在开井期间关闭苏东57-30 井和苏东57-30C1 注醇阀门，针对苏东57-34 井进行精准注醇试验，日注醇时间8 h，累计注醇试验5 d，累计注醇量1 200 L。试验过程中自动注醇系统运行正常，现场阀门开关到位，试验阶段未发生管线冻堵现象。