探析采氣管線水合物堵塞原因及處理措施

摘 要：天然氣的水合物是水和天然氣的冰狀結(jié)晶化合物，在正常運(yùn)行的輸氣管線內(nèi)形成水合物會(huì)造成正常采氣及運(yùn)輸管線和閥門(mén)的堵塞凍結(jié)，阻礙正常的采氣和運(yùn)輸。本文主要對(duì)采氣過(guò)程中天然氣中水合物的形成原因及危害進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理措施，有效地預(yù)防和解決采氣管線水合物堵塞問(wèn)題，從而確保氣井的正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：采氣管線;水合物;堵塞;危害;處理措施

天然氣氣井中含有地層水、雜質(zhì)等物質(zhì)，并沿內(nèi)壁不光滑的油管流動(dòng)，因此，具備形成水合物所必需的氣體分子和液態(tài)水條件，一旦壓力、溫度條件滿(mǎn)足，便會(huì)形成水合物。生產(chǎn)過(guò)程中受地表溫度和壓力的影響，天然氣水合物很容易在輸氣管線、閥門(mén)及彎頭等部位凝結(jié)。

水合物形成后，嚴(yán)重影響著天然氣管線的輸送能力，甚至?xí)氯芫€造成停產(chǎn)。因此，在采氣過(guò)程中預(yù)防水合物的形成是保證天然氣安全穩(wěn)定運(yùn)輸?shù)那疤帷?/p>

1 采氣管線水合物堵塞原因及危害

1.1 采氣管線水合物堵塞原因

首先，氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，自井底采出的地層水和凝析水以及注入的甲醇等進(jìn)入采氣管線。在理想情況下，氣液混合物在采氣管線中的流態(tài)為層流。但由于受氣井自身狀況及采氣管線所處地勢(shì)條件等諸多因素的影響，氣液在管線內(nèi)的流態(tài)變得十分復(fù)雜，另外，由于氣液重度與粘度的差異，氣相流動(dòng)較快，而液相流動(dòng)相對(duì)較慢，造成游離水在采氣管線低洼部位聚集，為采氣管線水合物形成提供了必要條件。其次，天然氣的溫度等于或低于水的露點(diǎn)，有游離水或液態(tài)水存在，均可形成水合物，在一定的壓力和氣體組成下，其溫度低于對(duì)應(yīng)的相平衡溫度，水便容易形成亞穩(wěn)態(tài)的晶格框架;通常情況下在開(kāi)采過(guò)程中如果天然氣內(nèi)的壓力降低則會(huì)造成天然氣的溫度下降，形成溫度差，進(jìn)而在采氣井內(nèi)的某一深度會(huì)達(dá)到水合物的形成溫度;當(dāng)采氣系統(tǒng)內(nèi)的溫度降低，即便是在井筒內(nèi)未形成水合物，但溫度過(guò)低的天然氣達(dá)到地面輸氣管線后，也給水合物的形成創(chuàng)造了條件，天然氣內(nèi)的有機(jī)氣體形成水合物。最后，天然氣管線內(nèi)形成水合物的條件是天然氣的組分條件。開(kāi)采出的天然氣中存在易形成水合物的硫化氫或二氧化碳分子以及其他等有機(jī)氣體。綜上所述，采氣管線游離水存在、足夠低溫度和雜質(zhì)越多、組分越復(fù)雜是形成水合物的必備條件，另外，井底污物被高速氣流帶到采氣管線且在局部聚集，氣流通過(guò)能力降低而產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，使氣流溫度降低，也是造成采氣管線堵塞的影響因素。

1.2 水合物形成的危害

采氣管線水合物形成的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：堵塞輸氣管線閘門(mén)及在用設(shè)備，降低輸氣管線的輸氣能力，嚴(yán)重時(shí)可使管線的當(dāng)量直徑全部堵死，甚至停產(chǎn);易造成站內(nèi)采氣工藝系統(tǒng)蹩壓，且管線堵塞后處理較為困難;投入的處理成本增加。

2 采氣管線水合物堵塞處理措施

2.1 降壓解堵法

當(dāng)氣井出現(xiàn)進(jìn)站壓力、產(chǎn)量、溫度下降的同時(shí)，泵壓與井口遠(yuǎn)傳油壓上升時(shí)，說(shuō)明采氣管線已經(jīng)形成水合物冰堵，通過(guò)對(duì)采氣管線進(jìn)行局部放空的方法，使壓力在較短時(shí)間降低，相應(yīng)地提高了水合物溫度，使水合物溫度低于管壁溫度，水合物會(huì)從管壁脫落并在壓差作用下，將水合物從放空管線推出。當(dāng)進(jìn)站壓力下降較快，說(shuō)明堵點(diǎn)離進(jìn)站較近，否則堵點(diǎn)靠近井口。當(dāng)進(jìn)站壓力在放空過(guò)程中上升，泵壓下降，說(shuō)明水合物已解除，當(dāng)分液罐液位沒(méi)有變化時(shí)，說(shuō)明采氣管線積液已清理干凈，關(guān)閉放空針閥及放空旋塞閥，將分液罐污水排干凈后并關(guān)閉排污閥。降壓解堵法方法適用于已形成水合物冰堵的氣井。

2.2 氣井實(shí)行油套管同時(shí)采氣

采取氣井油套管同時(shí)采氣，有利于增大氣體與井筒管壁的接觸面積，流體接近管壁，流速越慢越有利于氣體中所攜帶的水份在管壁上凝析，可減少水合物生成的機(jī)率; 可大大減少油套環(huán)形空間的壓差。例如油管單采，套壓高于油壓，如果油管接頭處有密封不嚴(yán)現(xiàn)象，套管中的氣體就會(huì)竄入油管。當(dāng)氣體膨脹，吸收熱量，油管漏點(diǎn)內(nèi)壁氣體溫度降低，當(dāng)?shù)陀谔烊粴饴饵c(diǎn)時(shí)，在油管壁上就會(huì)結(jié)成水合物。如果實(shí)行雙管生產(chǎn)時(shí)，并不存在油套環(huán)形空間的壓力差，不給水合物的形成創(chuàng)造條件。

2.3 向采氣管線加注抑制劑

加抑制劑的作用是使抑制劑與氣體中游離水形成冰點(diǎn)很低的溶液，導(dǎo)致水合物生成溫度明顯下降。目前常用的抑制劑為甲醇。根據(jù)形成水合物所處的位置，及時(shí)加注甲醇，可有效預(yù)防水合物的增加和堆積。

①當(dāng)氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)泵壓不變，進(jìn)站壓力、產(chǎn)量、溫度同時(shí)降低，產(chǎn)液量無(wú)變化時(shí)，則可判斷采氣管線有水合物堵塞征兆。關(guān)閉加熱爐節(jié)流針閥及進(jìn)站閘板閥，將注醇泵排量調(diào)至最大，注醇2h左右，待進(jìn)站壓力正常后，按氣井配產(chǎn)正常開(kāi)井，觀察進(jìn)站壓力變化情況，進(jìn)站壓力緩慢平穩(wěn)正常下降時(shí)，將注醇流程改至地面注醇，依據(jù)配產(chǎn)調(diào)整大注醇量;

②當(dāng)氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)泵壓不變，進(jìn)站壓力、產(chǎn)量、溫度同時(shí)降低，產(chǎn)液量增大時(shí)，則可判斷是采氣管線有水合物堵塞的征兆。將注醇泵排量調(diào)大，開(kāi)大或關(guān)閉加熱爐節(jié)流針閥的方法來(lái)回活動(dòng)幾次，注意觀察進(jìn)站壓力變化情況，當(dāng)進(jìn)站壓力正常后，將注醇流程改至地面注醇，依據(jù)配產(chǎn)及產(chǎn)液情況，調(diào)整大注醇量。注醇解堵適用于進(jìn)站壓力、產(chǎn)量下降，采氣管線未形成水合物前的氣井應(yīng)用的解堵方法。

2.4 提產(chǎn)帶液法

氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，若進(jìn)站壓力波動(dòng)較大，產(chǎn)氣量下降，井口遠(yuǎn)傳油壓與進(jìn)站壓力相差較大，在氣量沒(méi)有變化的情況下，分離器偶然產(chǎn)少量液，同時(shí)進(jìn)站壓力與井口遠(yuǎn)傳油壓有回升現(xiàn)象，采氣管線積液造成回壓增大，產(chǎn)氣量下降，用開(kāi)大或關(guān)小的方法，活動(dòng)加熱爐節(jié)流針閥，聽(tīng)到氣流中夾雜明顯水流或堅(jiān)硬物體撞擊聲音，說(shuō)明采氣管線有水合物冰堵現(xiàn)象。將該井注醇泵排量調(diào)大，提高配產(chǎn)量，達(dá)到提高氣流速度與溫度雙重效果，較高氣流速度可以提升氣流溫度，增強(qiáng)對(duì)管線積液擾動(dòng)能力，干擾水合物形成與聚集，注意觀察使氣流保持較好攜液能力，否則因井筒積液大量帶出，造成采氣管線冰堵，同時(shí)，調(diào)高加熱爐水浴溫度，確保節(jié)流后溫度在 10℃以上，防止節(jié)流效應(yīng)造成節(jié)流后管線冰堵而超壓。提產(chǎn)帶液法適用于采氣管線積液造成產(chǎn)量下降，稍有冰堵現(xiàn)象的氣井應(yīng)用。

2.5 敷設(shè)電伴熱帶

在采氣管線上敷設(shè)電伴熱帶，通過(guò)伴熱，使天然氣溫度達(dá)到形成水合物的溫度以上，是有效防止水合物形成的手段之一。實(shí)踐證明，水合物與金屬接觸面的溫度升至30～40℃，在這種條件下水合物會(huì)分解。應(yīng)用此類(lèi)方法需要明確水合物的生成位置，從兩段向中間位置加熱避免由于輸氣管線內(nèi)的溫度升高、水合物的分解造成管線內(nèi)壓力增加。通常采用外管道纏繞伴熱帶或用蒸汽、熱水進(jìn)行局部加熱，將水合物進(jìn)行分解。

3 結(jié)論

綜上所述，天然氣在開(kāi)采過(guò)程中形成水合物的條件受到多種因素的影響，水合物形成后，嚴(yán)重影響著天然氣管線的輸送能力，甚至?xí)氯芫€造成停產(chǎn)。因此，在日常生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)氣井實(shí)際情況，采取合理的處理措施，有效地預(yù)防和解決采氣管線水合物堵塞問(wèn)題，從而確保氣井的正常生產(chǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：

岳擁軍（1981- ），男，河南淅川縣人，高級(jí)工，從事采氣工作。