大牛地氣田氣井停醇時(shí)機(jī)研究

劉 慧 張家偉 周子淳

(中石化華北分公司第一采氣廠，鄭州 450006)

大牛地氣田經(jīng)過十余年的開發(fā)，目前部分老井壓力較低，氣井堵塞情況明顯減少。在此基礎(chǔ)上，大牛地氣田在多個(gè)采氣隊(duì)開展了夏季停醇工作。操作當(dāng)中，過早停醇導(dǎo)致氣井大面積堵塞，過晚停醇則造成甲醇浪費(fèi)。經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)驗(yàn)證，不產(chǎn)水的氣井可全年停醇且無堵塞發(fā)生［1-2］。對(duì)于產(chǎn)水氣井，大牛地氣田主要采用加注甲醇的方法預(yù)防解堵。為了進(jìn)一步節(jié)約成本并確保氣井穩(wěn)定生產(chǎn)，本次研究從水合物的形成機(jī)理入手，針對(duì)氣井停醇時(shí)機(jī)進(jìn)行室內(nèi)模擬和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。通過PIPESIM軟件建立模型來完成室內(nèi)模擬，以獲得不同環(huán)境溫度下可停醇?xì)饩臈l件;同時(shí)依據(jù)室內(nèi)模擬結(jié)果選取274口氣井進(jìn)行現(xiàn)場停醇實(shí)驗(yàn)，對(duì)停醇結(jié)果進(jìn)行分析。將該方法應(yīng)用于大牛地氣田，以期把握合理停醇時(shí)機(jī)，降低含醇污水處理成本。

1 水合物形成溫度的預(yù)測

1.1 水合物形成溫度的影響因素

在給定壓力下，當(dāng)天然氣流體溫度低于某溫度時(shí)，便會(huì)形成水合物，該溫度稱為水合物形成溫度。水合物形成的充要條件是:(1)水和天然氣;(2)一定壓力下，流體溫度低于水合物形成溫度［3-4］。影響天然氣水合物形成溫度的主要因素包括氣體組成、抑制劑、壓力、離子濃度、酸性氣體等［5-6］。早期研究發(fā)現(xiàn)，低壓條件下(壓力小于10 MPa)離子濃度對(duì)水合物形成溫度的影響很小，可以忽略;大牛地氣田老井的生產(chǎn)層位均為不含硫氣層，氣樣中無SO2等酸性氣體。在此根據(jù)大牛地氣田的實(shí)際情況，對(duì)氣樣組分、水氣比、醇?xì)獗鹊纫蛩剡M(jìn)行分析，并判斷水合物形成溫度。

1.1.1 單因素影響分析

利用PIPESIM建立模型，分別單獨(dú)改變氣樣組分、水氣比、醇?xì)獗鹊葏?shù)，并對(duì)模擬結(jié)果中水合物形成溫度進(jìn)行分析。

(1)氣樣組分的影響。研究發(fā)現(xiàn)，天然氣各組分對(duì)水合物形成溫度的影響具有多重性［7-10］。但總體上看，其他組分的增加(相應(yīng)的甲烷組分降低)會(huì)導(dǎo)致水合物形成溫度升高，較易形成水合物。選取3組氣樣，僅以甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行氣樣區(qū)分。甲烷含量越高，相同壓力下水合物形成溫度越低，越不易形成水合物。圖1所示為相同壓力下甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水合物形成溫度的影響。

圖1 相同壓力下甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水合物形成溫度的影響

(2)水氣比的影響。氣井產(chǎn)水量很大程度上影響著水合物的形成溫度。相同壓力下，水氣比越高水合物形成溫度越高，越易形成水合物。不同水氣比的天然氣，水合物形成溫度差別可達(dá)20℃。圖2所示為水氣比對(duì)水合物形成溫度的影響。

圖2 水氣比對(duì)水合物形成溫度的影響

(3)醇?xì)獗鹊挠绊?。由圖3可知，在壓力相同的條件下，醇?xì)獗葘?duì)水合物形成溫度有極大影響。當(dāng)壓力為5 MPa時(shí)，對(duì)比醇?xì)獗葹?(即不注醇)和醇?xì)獗葹?的情況，水合物形成溫度相差20℃以上。

圖3 醇?xì)獗葘?duì)水合物形成溫度的影響

(4)其他影響因素的判斷。僅保持氣樣組分、水氣比、醇?xì)獗裙潭ú蛔?，分別以井A-1、A-2、A-3及A-4的基礎(chǔ)資料和生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行模擬。

通過模擬對(duì)比發(fā)現(xiàn)，甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水氣比、醇?xì)獗裙潭ú蛔儯我飧淖兤渌麉?shù)，可得到唯一水合物形成溫度與壓力對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖4所示為水合物形成溫度與壓力關(guān)系曲線。由此可知，固定甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水氣比、醇?xì)獗炔蛔儯我飧臍饩撵o態(tài)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及外界溫度等數(shù)據(jù)，所得壓力與水合物形成溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系不變。

圖4 水合物形成溫度與壓力關(guān)系曲線

1.1.2 多因素正交分析

由前述分析可知，影響水合物形成溫度的關(guān)鍵因素包括壓力、甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水氣比和醇?xì)獗?。為了確定這4種因素的綜合影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行模擬分析。

在固定的壓力和甲烷含量條件下，醇?xì)獗认嗟葧r(shí)，水氣比越大水合物形成溫度就越高。圖5所示為壓力為8 MPa時(shí)水合物形成溫度與醇?xì)獗茸兓P(guān)系。當(dāng)醇?xì)獗葹?時(shí)，水合物形成溫度趨于定值，即停醇條件下的水合物形成溫度只與壓力和氣樣組分有關(guān)，與水氣比無關(guān)。

圖5 壓力為8 MPa時(shí)水合物形成溫度與醇?xì)獗茸兓P(guān)系

分析當(dāng)固定醇?xì)獗葹?時(shí)不同氣樣組分和不同壓力下水合物形成溫度的變化，結(jié)果如圖6所示。甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變時(shí)，壓力升高則水合物形成溫度升高，且呈多項(xiàng)式關(guān)系，R2達(dá)到0.999 9。因此將所得多項(xiàng)式用Excel進(jìn)行編輯，可批量計(jì)算水合物形成溫度。

圖6 醇?xì)獗葹?時(shí)水合物形成溫度隨壓力、甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系

1.2 水合物形成溫度計(jì)算方法可行性驗(yàn)證

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)全年氣井采氣管線堵塞次數(shù)占?xì)饩偠氯螖?shù)的92.32%，氣井堵塞主要集中在采氣管線內(nèi)。冬季采氣管線埋地1.5 m處的溫度介于2～10℃，低于天然氣流體井口溫度，在氣體流動(dòng)過程中進(jìn)站處溫度最低。又因井口油壓為采氣管線內(nèi)壓力最高點(diǎn)，壓力越高水合物形成溫度也越高，因此只要進(jìn)站溫度高于井口油壓下水合物形成溫度，則整個(gè)采氣管線內(nèi)無水合物形成，此時(shí)可以實(shí)施停醇。依據(jù)該理論，選取22口氣井進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)站處加裝溫度計(jì)，監(jiān)測進(jìn)站溫度。

實(shí)驗(yàn)第1天(4月14日)，對(duì)全部實(shí)驗(yàn)井實(shí)施停醇，觀察溫差及氣井節(jié)流堵塞情況。表1所示為停醇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表。此處，溫差=進(jìn)站溫度 -水合物生成溫度。由表1可觀察到以下規(guī)律:溫差大于-2℃的氣井很少出現(xiàn)節(jié)流現(xiàn)象;溫差小于-4℃的氣井在停醇前5天均頻繁節(jié)流;溫差為-8℃的氣井停醇第2天即出現(xiàn)堵塞;管注井在注醇當(dāng)天即無節(jié)流現(xiàn)象，而套注井在開始注醇第2天才無節(jié)流現(xiàn)象。此實(shí)驗(yàn)表明，水合物形成溫度計(jì)算方法可用，溫差高于-2℃的氣井可以停醇。

表1 停醇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2 氣井停醇條件的確定

利用PIPESIM軟件模擬停醇條件下管線內(nèi)流體溫度變化發(fā)現(xiàn):井口溫度、采氣管線長度、埋地1.5 m處地溫這3個(gè)因素對(duì)天然氣流體溫降影響較大，溫降波動(dòng)可達(dá)10℃;井口壓力和采氣管線規(guī)格對(duì)管線內(nèi)流體溫降波動(dòng)影響不大，溫降波動(dòng)不大于0.5℃;氣樣組分、水氣比、環(huán)境溫度及氣嘴規(guī)格對(duì)管線內(nèi)氣體溫降影響稍小，溫降波動(dòng)小于0.3℃。

使上述影響較小的參數(shù)保持固定不變，分別改變井口溫度、埋地1.5 m地溫和采氣管線長度，分析采氣管線內(nèi)流體溫度的變化。圖7所示為地溫2℃時(shí)不同井口溫度下氣體進(jìn)站溫度變化曲線。氣體進(jìn)站溫度與井口溫度呈線性關(guān)系，R2=1。當(dāng)?shù)販胤謩e為5，8，11℃時(shí)進(jìn)行模擬，均得到同樣結(jié)果。

圖7 地溫為2℃時(shí)不同井口溫度下氣體進(jìn)站溫度變化

根據(jù)上述線性關(guān)系式編寫Excel語句，同時(shí)與水合物形成溫度的Excel語句結(jié)合，得到不同地溫下停醇井預(yù)測模板(表2)。利用此模板與大牛地氣田實(shí)測環(huán)境、地層溫度結(jié)合，便可選取停醇井確定氣井停醇時(shí)機(jī)。例如:查看氣溫對(duì)照?qǐng)D，2014年4月15日對(duì)應(yīng)埋地1.5 m地溫為11℃，根據(jù)停醇井預(yù)測模板查詢11 ℃地溫下可停井，分別為C-1、C-2、C-6、C-9到C-17，C-20。圖8所示為大牛地氣田氣溫對(duì)照?qǐng)D。

圖8 大牛地氣田氣溫對(duì)照?qǐng)D

表2 不同地溫下停醇預(yù)測模板

3 現(xiàn)場停醇實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上模擬結(jié)果，選取274口氣井進(jìn)行分階段停醇實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，溫度越高，預(yù)測可停與停醇成功氣井的符合率越高，最高可達(dá)100%。如2014年5月的污水含醇率與2013年7月污水含醇率相同，如圖9所示;2014年6月1日起實(shí)現(xiàn)單井零注醇，停醇時(shí)間比2013年提前了一個(gè)月以上，如圖10所示。

圖9 污水含醇率

圖10 單井日均注醇量

4 結(jié)語

(1)停醇條件下，水合物形成溫度僅與壓力和氣樣組分有關(guān)，與水氣比無關(guān)。

(2)計(jì)算進(jìn)站溫度與井口油壓下水合物形成溫度之差的方法，可為氣井停醇提供一定的依據(jù)，進(jìn)站溫度與水合物形成溫度之差大于-2℃時(shí)可安排停醇。

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該停醇選井方法可用于指導(dǎo)現(xiàn)場停醇工作，且氣溫越高，氣井停醇模板對(duì)停醇井選井的成功率也越高;當(dāng)?shù)販貫?4℃時(shí)，停醇模板的符合率可達(dá)到100%。

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