页岩气井下节流工艺技术的应用研究

周慧敏

摘要：为解决页岩气开采时经常遇到的有水合物生成的问题，本文提出一种在井下放入节流器的解决方法，对这项技术的应用进行分析介绍，并通过对比验证了该技术的有效性与可行性，以期为相关人员提供参考。

关键词：页岩气开采;水合物;井下节流

如今，天然气逐渐成为我国主要能源类型，页岩气开采作为获取天然气的重要方式，随着开采的不断进行，逐渐暴露出一些问题，其中最棘手也是影响最大的就是井下水合物产生。因此，有必要针对该问题探讨有效的解决方法。目前针对该问题应用最多的方法为井下节流技术。

1生产特点及现实问题

我国页岩气不断开采，对过度依赖传统煤炭能源有很大的扭转作用，还能降低对外依存度。就目前来看，页岩气井逐步形成了对外出口的能力。然而，在实际的开采过程当中，井筒筒内高压气流一旦含水，将导致水合物生成，使井筒发生冻堵。针对这一实际问题，若在地面采用加热炉与节流降压管路，虽然能实现对水合物生成的有效控制，但需要很大的投资，且设备的占地面积很大。

2水合物生成

当温度与压力一定时，天然气和液态水之间将形成白色晶体，此白色晶体极不稳定，俗称水合物，其密度比水小，在0.90g/cm3左右。在水合物当中，和一个气体分子相结合的水分子数量并不是固定的[1]。

当天然气的温度比水的冰点温度高时，受压力作用会产生晶体，水合物生成温度可简称为水合温度。水合物生成需满足以下必要条件：首先，天然气当中有游离态的水存在，并且温度不能比天然气所含水蒸气对应的露点温度高;其次，压力和天然气的组分一定，天然氣的实际温度不能比水合温度高;最后，当操作压力相对较高时，水合温度将升高至可操作温度。对于相对密度保持恒定的天然气，当压力发生变化时，其水合温度也将发生变化。此外，在气体温度升高至一定程度后，无论压力如何都不会有水合物继续生成，该温度即为临界温度，不同气体的临界温度不同，如甲烷的临界温度为21.5℃、乙烷的临界温度为14.5℃、丙烷的临界温度为5.5℃、异丁烷的临界温度为2.5℃、正丁烷的临界温度为1.0℃、二氧化碳的临界温度为10.0℃、硫化氢气体的临界温度为29.0℃[2]。

3节流技术应用

井下节流是指利用节流气嘴进行节流降压，同时充分利用地热进行加热，以此在减小气流压力的基础上，对水合物实际生成条件予以改善，避免水合物冻堵。对配产准确率有直接影响的因素包括以下两个：第一，井底流压。生产时，井底流压发生变化，伴随产能不断降低，井底流压开始下降，气嘴下部压力对产量计算结果有直接影响。第二，气液两相流。前期压裂液需要很长的时间才能完成返排，其返排率相对较低，如果此时采用单相流进行计算，则必然产生很大的误差[3]。

在下入节流器时，具体的下入深度需要以避免水合物生成为根本目的选择和控制。以某页岩气井为例，根据现有温度与压力资料，在1500m的垂直深度，井筒的温度在54℃-67℃范围内，压力在17-30MPa范围内。此时节流器的实际下入深度应确保在此温压条件下气流经节流器的节流之后，温度比水合温度高。节流嘴的出口位置温度降到最低值，地层和气流之间实现热传导，使气流的温度开始回升，按照相关经验公式，温度降低了25℃左右，气流温度不低于27.5℃。以水合温度与压力之间的关系为依据，当井筒的压力为30MPa，且井筒的温度超过27℃时，若深度为1500m，则基本不会产生水合物[4]。

由于自然产能逐渐递减，所以将节流器下入之后10d采集的数据的平均值用于分析。通过对比可知，适应性良好，具体如表1所示。

在井下设置节流器后，能良好满足高压生产各项要求，采用钢丝作业的方法能在不更改井筒实际生产状态的条件下完成作业，同时及时以配产需求为依据对气嘴进行适当的调整，表现出良好的地质、经济与时效优势。另外，在过去的气田开发过程中，利用高压集气，并通过集中注醇或对井口进行加热来解决水合物的问题。以上工艺在实施过程中，为有效防止水合物的生成，生产时需要用到很多抑制剂，不仅投资巨大，而且灵活性也很差，后期需要大量的资金用于维护。但在采用节流技术以后，能直接利用地热进行加热，取代传统的水套炉，使井下压力降低，但温度保持不变，为地面常压输气奠定良好基础，减少地面设施的数量与占地。

4结语

综上所述，通过对井下节流技术的应用，能减小井口与管道输送压力，使不同的采气平台均能实现管线集气，减少高压管线设备投入，并降低相应的安全风险。另外，井下节流还能彻底取消传统的加热炉，并减少地面设施，为设备管理与维护工作都创造更好的条件，这对推动页岩气开采有重要作用和意义。

参考文献：

[1]李小益.涪陵页岩气井出砂机理研究及合理工作制度确定[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（11）：153-154.

[2]金强，李加明，黄天朋.页岩气井下节流工艺技术研究与应用[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（02）：243-244.