试论高含硫气田天然气水合物可视化系统的应用

常琳 朱一琛

摘要：开发含硫气藏时，SNG水合物预防是需要认真解决的问题。对此，本文介绍了水合物形成热力学条件，阐述了两级节流生产体系，分析了水合物的可视化检测体系，希望能够为相关企业与人员提供参考，以充分检测、预防SNG，充分提高天然气生产效率。

关键词：高含硫气田;天然气;水合物;可视化系统

前言：当前，天然气公司主要借助湿气混输方式输送高硫天然气（SNG），在集输系统温度、压力以及其他参数不断变化过程中，特别在温度较低情况下，集输管线中会聚集大量凝析水，在节流效应或是管线低洼部位，极易形成水合物，使得管线过流面积降低，进而造成严重的管线节流问题，促使水合物形成速度增加，进而堵塞管道，还会由于憋压问题而造成事故问题。同时在管道堵塞過程中，可以借助减压、通风等措施保证生产活动稳定开展，但是会造成气体损失，产生不良影响。

1 水合物形成热力学条件

水合物形成主要受到压力与温度等因素影响。各个气体均具有水合物形成临界温度，若是气体比临界温度高，则不会受到压力影响而产生水合物。理解温度属于压力函数，例如甲烷零几温度，基于常压条件是21.5℃。结合研究数据显示，压力在33—76Mpa范围，并且温度是28.8℃情况下，仍然存在甲烷水合物。基于390Mpa条件下，产生甲烷水合物温度能够达到47℃[1]。

2 两级节流生产体系

S高含硫气藏选择连接节流方式，开展生产活动，借助生产管柱将气藏SNG传输到气井口，此过程虽然会造成部分热量损失问题，然而井口温度较高，可以有效避免形成水合物。中控室工作人员借助对一级节流阀开度进行远程控制，保证地面管线压力要求得到充分满足，此时会造成温度急剧下降，结合焦耳汤普森效应，完成一级节流之后，温度降低到50%的进口温度，另外，基于低温与低压条件，天然气的水汽会被压缩，同时会随着SNG流进水套炉，借助水套炉加热气流。在气流通过二级节流系统之后，向集气站中输送，由于节流作用，气流温度再次减少。

水合物成分涵盖烃类气体（甲烷等）与水分子，与轻烃相比，二氧化碳与硫化氢的水溶解度更高。所以，开展高含硫气藏生产活动时，与普通气藏相比，在温度和压力作用下，在生产装备中极易产生水合物。

对于集气站而言，SNG主要借助过滤分离器滤芯完成初步清洁工作，之后向脱水设备输送。气流通过滤芯微孔过程中，温度不断减小，完成脱水处理后，向净化厂传输高含硫气体完成脱硫工作。

虽然凝析水在天然气中含量较少，然而位于上述流程3个节流点下游部位，在温度与压力要求达到热力学条件之后，极易形成水合物。

现阶段，主要借助水合物抑制药品与一级节流阀上流方式对SNG水合物进行有效预防。

3 水合物的可视化检测体系

S高含硫气藏主要选择Honeywell软件中SCADA数据采集功能，在水合物形成部位，涵盖压缩机水路的出口位置、过滤分离器的下游位置、进口一级节流下游位置等，进行温度与压力传感器安装工作。通过集气站的中控室计算机设备实时显示全部数据。之后，构建水合物生成预防实时检测平台，该平台可以帮助中控工作人员对参数趋势进行有效检测，并进行异常条件下报警设置。

3.1 HYSIS水合物软件计算

借助模拟计算整个流程，获得单井一级—二级节流之后、单井天然气混合之后，向集气站节点部位进行输送，获得基于各个乙二醇添加量、产水量、气流温度、生产压力等条件下，水合物实际温度。见下图。

3.2生产活动中水合物形成报警系统

构建水合物检测单元，向中控监测平台嵌入该单元，对水合物抑制药品消耗量进行实时检测，同时对水合物进行有效预防。见下图。

若是在生产环节监测点出现水合物形成的趋势，则该平台会通过红灯闪烁与发出声音等方式进行报警，工作人员可以将水合物图板点开，对水合物生成图板进行分析和预防。见下表。

上表主要分析了二级节流后温度、乙二醇添加量以及产水量等参数，可以与水合物形成的温压曲线展开比较。见下图。

A井数据点在10m³/d产水量的水合物产生曲线上方，因此不会产生水合物，同时基于温度在23.7℃情况下，不会产生水合物，无需添加乙二醇。

产水量在5m³/d时，B井的一级节流阀，其上游乙二醇添加量设计为700L/d，而二级节流后实际温度是19℃，结合图板曲线，适当降低乙二醇添加量，设计为450L/d，降低添加量之后，数据点还是位于水合物产生曲线上方位置。

产水量在3m³/d条件下，S井数据点会产生水合物，需要适当提高乙二醇添加量，为500L/d，防止产生水合物。

各个井口均选择相同二级节流降压体系，即便进口温度、气井产量已知，然而因为各口井水套炉实际效果存在差异，因此，需要对单井一级/二级节流之后产生水合物的风险进行监控，同时对多井混合之后的进入管线温度进行监控，对管内水合物产生情况进行判断。

在乙二醇添加量为600L/d时，数据点A可能发生水合物，应该提高添加量，设计我1200L/d，避免管线内发生水合物。数据点B代表管线温度高、气井高产情况，由于气井高产，所以会增加井口温度。

结语：在气井高产情况下，会增加井口温度，然而节流阀位置焦耳汤普森效应非常显著。调整单井产量过程中，需要对各个节点水合物压力/温度曲线加以兼顾，以有效提高生产流程稳定性。水合物可视化体系是中控系统主要内容，可以充分保证乙二醇添加量合理性，有效预防水合物。

参考文献：

[1]基于Aspen Hysys软件在东胜气田天然气物态系统的分析应用[J]. 化工管理， 2019（33）：210-211.

中石化中原油田普光分公司采气厂，四川，达州，635000