采氣管線解堵技術(shù)探索及應(yīng)用

胡 康，于淑珍，仵海龍，沈云波，許 飛

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

采氣管線解堵技術(shù)探索及應(yīng)用

胡 康1，于淑珍2，仵海龍1，沈云波1，許 飛1

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

蘇里格氣田地處毛烏素沙漠腹地，冬季氣溫低，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，凍土層較厚，采氣管線受地形、埋深、輸送壓力、環(huán)境溫度的影響，冬季運(yùn)行頻繁發(fā)生堵塞，嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能的正常發(fā)揮。近年來(lái)蘇里格氣田就解堵技術(shù)不斷進(jìn)行探索研究，力求解決冬季生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題，提高氣井開井時(shí)率。本文分析堵塞原因，簡(jiǎn)述堵塞定位技術(shù)，評(píng)價(jià)傳統(tǒng)解堵方法，并就新型電磁感應(yīng)加熱解堵在蘇里格氣田近兩年的應(yīng)用試驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)，為氣田尋找一種清潔環(huán)保、高效率、低能耗的解堵方法。

采氣管線；解堵；電磁加熱；探索

蘇里格氣田位于內(nèi)蒙古境內(nèi)，地處毛烏素沙漠腹地，環(huán)境惡劣，氣區(qū)冬季氣溫低，井口采出的天然氣到集氣站的輸送管線距離長(zhǎng)、管輸溫降大。冬季受采氣管線埋深不夠、壓縮機(jī)啟停、管輸能力不足等因素影響，地埋管線堵塞頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2010年11月至2011年3月供氣高峰期，蘇里格氣田累計(jì)堵塞關(guān)井?dāng)?shù)達(dá)到450余口/1700余井次，日均影響氣量200余萬(wàn)立方米，管線堵塞已經(jīng)成為影響氣井冬季產(chǎn)能發(fā)揮的主要因素。如何有效地對(duì)堵塞管線進(jìn)行解堵使氣井產(chǎn)能正常發(fā)揮意義重大。

1 堵塞原因分析

分析采氣管線堵塞原因可歸納為以下四點(diǎn)：

（1）管線運(yùn)行溫度為地溫，低于運(yùn)行壓力對(duì)應(yīng)下的水合物臨界生成溫度。

圖1 水合物臨界生成溫度與壓力曲線圖

（2）采氣管線規(guī)格與氣井產(chǎn)能不匹配，相同規(guī)格管線，高配產(chǎn)井管輸摩阻較大，存在節(jié)流降溫現(xiàn)象，低配產(chǎn)井氣量不足，管輸攜液能力不足。

（3）壓縮機(jī)停機(jī)、管輸壓力增高、流速減小，攜液能力減弱。

（4）部分管線裸露或埋深不足，同時(shí)由于地形起伏大，易造成低洼處大量積液。

溫度、壓力因素是導(dǎo)致堵塞的根本因素。低溫度、高壓力，易導(dǎo)致堵塞發(fā)生，如何有效判斷管線堵塞位置，并采取高效率的解堵措施及時(shí)解堵意義重大。

2 管線堵塞定位檢測(cè)技術(shù)分析

主要有快速充壓法、瞬態(tài)正壓波法、水力坡降瞬變特性檢測(cè)法。目前在蘇里格氣田主要應(yīng)用快速充壓法判斷堵塞點(diǎn)，瞬態(tài)正壓波法和水力坡降瞬變特性檢測(cè)法由于實(shí)施過(guò)程需專業(yè)設(shè)備及軟件輔助，實(shí)施相對(duì)困難，不能推廣應(yīng)用。

2.1 快速充壓法

通常為了快速判斷埋地管線堵塞位置，先將管線放空卸壓，然后通過(guò)對(duì)管線起末端充壓，依據(jù)管線充壓速度的快慢及充氣量的多少，粗略判斷堵塞點(diǎn)位置。

2.2 瞬態(tài)正壓波法

對(duì)管道首端加壓，產(chǎn)生一正壓波向管道下游傳播，當(dāng)管道發(fā)生堵塞時(shí)，在堵塞點(diǎn)，流體受到擠壓而壓力上升，在堵塞點(diǎn)與堵塞點(diǎn)前的管道內(nèi)壓差作用下，堵塞點(diǎn)流體向管道上游不斷擴(kuò)充，相當(dāng)于堵塞點(diǎn)處產(chǎn)生了以一定速度傳播的正壓波。通過(guò)捕捉正壓波兩次到達(dá)首端壓力變送器的時(shí)間差，再結(jié)合正壓波的傳播速度便可以確定管道堵塞位置。

2.3 水力坡降瞬變特性檢測(cè)法

當(dāng)管道處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí),其水力坡降曲線平穩(wěn)光滑，當(dāng)管道堵塞時(shí)，堵塞點(diǎn)前由于管線憋壓,壓力上升，流速變緩，而堵塞點(diǎn)后的管段由于失去部分能量供給壓力下降，氣體膨脹,流速加快,其水力坡降曲線在堵塞點(diǎn)將發(fā)生劇烈變化,出現(xiàn)突變奇異點(diǎn)。因此，可以通過(guò)檢測(cè)管道水力坡降曲線的突變點(diǎn)以及突變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的管道網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)號(hào),來(lái)確定堵塞發(fā)生的位置。

3 蘇里格氣田解堵技術(shù)探索

3.1 傳統(tǒng)解堵方法評(píng)價(jià)

3.1.1 物理放空引導(dǎo)解堵 物理放空引導(dǎo)解堵是通過(guò)對(duì)管線首端或末端放空卸壓，在壓差作用下將管線內(nèi)的水合物或冰柱帶出的解堵方法。該方法雖能比較有效的排出管線內(nèi)的積液和其他臟物，但大量的液體如水、凝析油、甲醇等管內(nèi)混合液體在放空過(guò)程中瞬間流出，對(duì)下游氣液分離設(shè)備提出更高技術(shù)要求，易造成環(huán)境污染。

3.1.2 化學(xué)抑制劑解堵 化學(xué)抑制劑解堵主要通過(guò)定期向采氣管線內(nèi)加注一定量的化學(xué)抑制劑甲醇來(lái)抑制管線內(nèi)水合物的生成，管線已形成堵塞時(shí)，向管線內(nèi)注入甲醇，通過(guò)氣流攜帶甲醇吹掃管線，促使水合物溶解，從而達(dá)到管線解堵的目的。該方法預(yù)防水合物堵塞效果較好，但在已形成堵塞且堵塞嚴(yán)重的情況下，注入管線內(nèi)的甲醇很難到達(dá)堵塞位置，解堵效果不理想，且甲醇屬劇毒物質(zhì)，具有一定的危害性。

3.1.3 電伴熱解堵 電伴熱解堵是在堵塞的管線上纏繞電伴熱帶，通過(guò)伴熱帶的傳導(dǎo)作用來(lái)加熱管線融化解堵。該方法在堵塞點(diǎn)位置判斷準(zhǔn)確的情況下成功率較高，但該方法通過(guò)接觸傳導(dǎo)方式，只有緊靠管道表面的熱量可傳到介質(zhì)上，外側(cè)熱量分散到空氣中，存在較大熱傳導(dǎo)損失，另外電阻絲加熱功率低，無(wú)法達(dá)到較高的溫度。

從以上分析來(lái)看，傳統(tǒng)的解堵方法在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中存在不同程度的局限性及弊端，解堵成功率相對(duì)較低，效果一般。為此，蘇里格氣田不斷探索研究，開展了一種新型管線解堵技術(shù)—電磁感應(yīng)加熱解堵試驗(yàn)研究。

3.2 電磁感應(yīng)加熱解堵技術(shù)研究

3.2.1 電磁感應(yīng)加熱理論研究

3.2.1.1 電磁感應(yīng)加熱原理 電磁感應(yīng)加熱是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行加熱工作。交變電流通過(guò)電磁感應(yīng)器外殼陶瓷板里的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線穿過(guò)管道時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流，渦流克服金屬管道的內(nèi)阻流動(dòng)時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的焦耳熱IC2R就是加熱的熱源，達(dá)到加熱管道內(nèi)部介質(zhì)的目的。

圖2 電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)方框圖

簡(jiǎn)言之，電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)中有三個(gè)階段的能量轉(zhuǎn)換，首先是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍?，接著通過(guò)電磁感應(yīng)原理將磁能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽詈笥删哂袑?dǎo)電性的物體吸收電能轉(zhuǎn)換為熱能，達(dá)到升溫的效果。

圖3 電磁感應(yīng)加熱能量轉(zhuǎn)換圖

電磁感應(yīng)加熱技術(shù)是使金屬管道自身發(fā)熱，并且可以根據(jù)具體情況在管道外部包裹一定隔熱保溫材料，這樣就大大減少熱量的散失，提高了熱效率，因此節(jié)電效果十分顯著，可達(dá)30%～80%。該技術(shù)可以將消耗的電能95%以上轉(zhuǎn)換成熱能，同時(shí)不會(huì)將熱能散發(fā)到空氣中去，能效高。

3.2.1.2 裝置主要技術(shù)參數(shù)

表1 裝置技術(shù)參數(shù)

3.2.2 室內(nèi)模擬試驗(yàn)及分析

3.2.2.1 室內(nèi)模擬解堵 室內(nèi)模擬堵塞情況，對(duì)電磁感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)，為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)做準(zhǔn)備，以Φ114鋼管內(nèi)堵塞冰塊為加熱介質(zhì)，室內(nèi)模擬解凍，環(huán)境溫度5℃，試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖5）。

圖5 室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)

從試驗(yàn)效果看，運(yùn)用電磁感應(yīng)加熱管線8～9 min，管線溫度升高到80℃，然后再加熱到20 min，管線溫度上升較慢，達(dá)到93℃。

3.2.2.2 室外模擬解堵 將Φ114鋼管置于室外，充填冰塊，以堵塞冰塊為加熱介質(zhì)，室外模擬解凍。環(huán)境溫度－4℃，試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖 6）。

圖6 室外模擬實(shí)驗(yàn)

加熱夾頭長(zhǎng)1 m，在加熱夾頭外緣管道上纏繞溫度感應(yīng)器進(jìn)行溫度監(jiān)控，模擬管線出口距離加熱夾頭外緣約30 cm，當(dāng)加熱到16 min時(shí)，管線出口凍冰開始融化，加熱到20 min時(shí)，管線出口溫度達(dá)50℃，管線已暢通。從試驗(yàn)效果來(lái)看，管線解堵加熱夾頭加熱長(zhǎng)度可達(dá)1.5 m。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用效果分析

3.2.3.1 X集氣站某干管解堵試驗(yàn) 2011年1月對(duì)X集氣站某干管進(jìn)行了電磁解堵作業(yè)。該干管因裸露20m，發(fā)生堵塞，堵塞部分長(zhǎng)約10 m，堵塞段距離集氣站約600 m。使用電磁加熱裝置加熱解堵共計(jì)用時(shí)5h，徹底解通。在距離堵塞點(diǎn)位置100 m，200 m處各開挖一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

加熱過(guò)程中全程對(duì)管線溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，加熱前管線溫度在-2.0～1.0℃之間，試驗(yàn)過(guò)程中兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度（見(jiàn)表 2）。

表2 試驗(yàn)過(guò)程中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度

從2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化來(lái)看，溫度在堵塞點(diǎn)位置由近及遠(yuǎn)緩慢升高，達(dá)到了良好的解堵效果。

3.2.3.2 X井截?cái)嚅y解堵試驗(yàn)

表3 試驗(yàn)過(guò)程中各溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度

從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況可得出以下結(jié)論：

（1）電磁解堵裝置發(fā)熱效果明顯，通電1 min左右被裝置包裹的管線溫度迅速上升，大約1 h可解通2～3 m的管線。

（2）從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用情況分析該裝置對(duì)堵塞管線長(zhǎng)度在0～10 m左右的管線解堵效果較為明顯，堵塞管線過(guò)長(zhǎng)則無(wú)法達(dá)到解堵目的。

（3）從裝置耗油量看，5 h的作業(yè)共用去93#汽油約15 L。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）電磁感應(yīng)加熱解堵操作方便，只需將感應(yīng)器靠近金屬管道、閥門即可加熱實(shí)現(xiàn)解凍；感應(yīng)器為柔性設(shè)計(jì)，配合便攜式發(fā)電機(jī)，移動(dòng)靈活，同時(shí)可自動(dòng)設(shè)定加熱時(shí)間，實(shí)現(xiàn)定時(shí)加熱，降低了能耗。

（2）磁力線可快速穿透保溫材料實(shí)現(xiàn)加熱，不破壞管道保溫層；安全性高，操作過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染，采用安全頻率范圍，非接觸加熱，操作過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)低。

（3）電磁感應(yīng)加熱解堵技術(shù)加熱速度快、解堵效率高，具備方便、高效、清潔、環(huán)保的特點(diǎn)，在蘇里格氣田有廣闊的應(yīng)用前景。

幾點(diǎn)建議：

（1）加熱夾頭的尺寸規(guī)格目前只有Φ114和Φ89兩種規(guī)格。后期將根據(jù)蘇里格氣田目前采集輸管線的規(guī)格完善加熱夾頭的規(guī)格尺寸。

（2）由目前電磁加熱解堵裝置的分體向設(shè)備撬裝化改造，加強(qiáng)整套電磁加熱解堵裝備的可移動(dòng)性。

（3）配套管線堵塞檢測(cè)定位技術(shù)，需要在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確定位堵塞點(diǎn)，避免重復(fù)加熱。

[1] 四川石油管理局.天然氣工程手冊(cè)（上、下）[M] .北京:石油工業(yè)出版社，1982.

[2] 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司人事服務(wù)中心[M] .采氣工（上、下）.北京:石油工業(yè)出版社，2005.

[3] 魏千盛，王小佳.電熱解堵技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用[J] .石油化工應(yīng)用，2010，29（11）:85-87.

[4] 王治華，朱強(qiáng).傳統(tǒng)解防堵技術(shù)存在的弊端及渦流電磁加熱的應(yīng)用前景[J] .科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，25（5）:77-78.

Exploartion and application of deplugging technology in natural gas pipeline

HU Kang1，YU Shuzhen2，WU Hailong1，SHEN Yunbo1，XU Fei1
（1.Gas Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Jingbian Shanxi 718500，China；2.Sulige Gasfield Research Center of PetroChina Chongqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China）

Sulige gas field located in the Maomsu desert,where the area is low temperature,longe duration and thick permafrost in winter,Gas pipelines are affected by the topography,depth,delivery pressure and ambient temperature,so the pipelines are frequently blocked during the whole winter,the blockage severly affected the normal function of well productivity.In recent years Sulige gas field continues to explore research on deplugging technology,and strives to solve the bottleneck problem in winter,This paper analyzed the reasons for blockage,described blockage positioned technologyand evaluated the traditional deplugging methods，analyzed and summarized the application of tests of the new electromagnetic induction heating deplugging technology in Sulige gas field in the past two years.In oder to seek a clean and environmentally,high efficiency and low-power deplugging method for the gas field.

natural gas pipeline；deplugging；electromagnetic heating；explore

TE973

A

1673-5285（2012）03-0088-04

2012－01-03

胡康，男（1983-），現(xiàn)工作于長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠采氣工藝研究所，主要從事采氣工藝研究方面工作。