高壓采氣管線堵塞原因及應對措施
作者：張艷玲 李明國 鄧雄 李善均
評論： 更新日期：2012年09月10日
摘要：為縮短產能建設周期，節(jié)省投資，中國石油西南油氣田公司重慶氣礦很多補充開發(fā)井都采取了建設高壓采氣管線、實現(xiàn)無人值守的建站方式。但由于管線投產初期井下臟物較多、運行壓力高等原因，管線冬季堵塞頻繁，影響了氣井的正常生產。對重慶氣礦14條高壓呆氣管線投產以來造成堵塞的各種因素進行分析總結，探討了高壓采氣管線保溫、防凍劑加注、優(yōu)化生產集輸參數(shù)等主要的管線防凍措施，提出了相應的意見和建議。
主題詞：高壓；采氣；管道；堵塞；原因；措施；探討
一、高壓采氣管線基本情況
??? 中國石油西南油氣田公司重慶氣礦(以下簡介氣礦)2004年至2007年7月投產無人值守高壓采氣管線14條，分布于重慶市忠縣、開縣、開江、梁平、萬州作業(yè)區(qū)，管線多采用憎水型復合硅酸鹽保溫材料(600mm×400mm×20mm)，管材為20G高壓鍋爐用鋼管。管線總長20.23km，設計壓力18～32MPa，目前部分高壓管線運行壓力已降到10MPa以下，管徑多為Ф83mm、Ф76mm。產水最多3m3/d，產氣量最大28×104m3/d。H2S含量為0.016～6.2g/m3。14條高壓采氣管線投產初期都發(fā)生過幾次堵塞，其中部分管線堵塞時間長，嚴重影響了氣井生產。
二、堵塞因素分析
1. 管線輸送壓力和溫度的影響
??? (1) 不同管輸壓力下管線堵塞分析
??? 利用高壓采氣管線水合物預測軟件，對氣井不同工況條件下水合物生成溫度進行預測，并根據進站溫度、水合物形成溫度和管線最大溫降梯度計算出管線能夠輸送距離，數(shù)據見表1。
表1 氣井不同工況條件下水臺物生成溫度預測表
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管線 | 壓力(MPa) | 輸氣量(104m3/d) | 出站溫度(℃) | 進站溫度(℃) | 水合物形成溫度(℃) | 溫降梯度(℃/100m) | 管線長度(m) | 管線堵塞 | 計算管線輸送距離(m) |
天東96井 | 28 7 | 9.0 | 24 0 | 17 | 21.85 | 0.57 | 1500 | 會 | 650 |
25.3 | 12.8 | 27 0 | 20 | 20 88 | 可能 | 1346 |
24.0 | 16.0 | 29.0 | 22 | 20 48 | 不會 | 1780 |
天東00井 | 16.4 | 5.6 | 23.2 | 12 | 19.98 | 0.60 | 1850 | 會 | 520 |
9.8 | 27 0 | 17 | 1600 | 不會 | 2016 |
天東98井—天東1井 | 8.4 | 7.8 | 26.0 | 15 | 1477 | 1.05 | 1427 | 可能 | 1450 |
9.1 | 7.8 | 28.0 | 15 | 15.05 | 1420 |
天東108井—天東55井 | 11.7 | 85.0 | 43.O | 24 | 17.30 | 0.77 | 2460 | 不會 | 3318 |
13.0 | 23.0 | 18.20 | 不會 | 3213 |
池71井—池64井 | 15.9 | 15.3 | 35.3 | 29 | 16.51 | 0.86 | 700 | 不會 | 1453 |
10 0 | 14.7 | 35.2 | 27 | 16.51 | 不會 | 1221 |
峰17并 | 0.86 | 7.5 | 29.0 | 22.5 | 18.20 | 0.56 | 1600 | 不會 | 2368 |
??? 從表1可知，天東96井管線堵塞的原因主要是運行壓力高，冬季若以9×104m3/d生產，管輸壓力28.7MPa，計算管線輸送距離為650m，預測管線必然會堵塞。若按16×104m3/d生產，管輸壓力為24MPa，預測管線可輸送1.78km，不會堵塞，所以通過改變天東96井的生產制度，可解決管線冬季堵塞問題。天東99井在相同氣量下，管輸壓力16.4MPa時，進站溫度低于水合物形成溫度，管線會堵塞，若管輸壓力降到9.8MPa時，水合物形成溫度下降，管線不會發(fā)生堵塞。天東98井—天東1井管線進站溫度接近水合物預測溫度，值班人員注意摸索規(guī)律，觀察壓差變化，管線不會發(fā)生堵塞。天東108井—天東55、池71井—池64、峰17井—峰11井3條管線進站溫度遠高于水合物形成溫度，管線不會發(fā)生堵塞。
??? (2) 溫度對管線堵塞影響
通過2006年8月～11月在高壓采氣管線進出站處安裝地溫測試樁(共14處，埋深60～100cm不等)，對幾條高壓采氣管線所在區(qū)域氣溫、地溫數(shù)據進行測試。通過數(shù)據分析，1～2月、12月為全年氣溫、地溫最低時期(此段時間管線堵塞最嚴重)。2007年最低氣溫l℃，2006年最低氣溫2℃，兩年最低氣溫相差不多。
??? 圖1為池37井在起點溫度為40℃時，不同地溫下的沿程溫度分布及水合物生成曲線。從圖1可以看出：地溫對管線沿程溫度的影響非常大，不同地溫下管線沿程溫降不同，地溫越高，管線沿程溫降越小[1]。地溫小于15℃時(最大溫降11℃/km)池37—池27井管線輸送至2.6km左右基本無法輸送，所以池37池27井管線在冬季11月至次年4月之間氣溫下降到15℃以后，池27井無法進行氣舉生產。天東99—天東67井管線在地溫為10℃時，沿程溫降9℃左右，實際測得管線最大溫降10.8℃，說明修正后理論公式計算比較符合實際，當天東99井投產初期管輸壓力15MPa時，水合物形成溫度為19.3℃，由圖1-b可知當?shù)販叵陆档?5℃以后，管線可能會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。從以上理論分析及管線實際運行可知，溫度對管線冬季運行影響很大，通過對管線的埋深來提高地溫，減少管線沿程溫降很重要。
2. 井下臟物對管線堵塞的影響
??? 所有高壓管線投產初期都存在堵塞現(xiàn)象，臟物是堵塞的主要影響因素，并因污物量、氣井工況及投產時間的不同，導致管線堵塞程度和時間不同。為減少井下臟物對氣井生產的影響，投產初期應對氣井進行充分放噴，以凈化井底減少管線堵塞時間。
3. 沿線環(huán)境對管線堵塞的影響
??? 根據現(xiàn)場踏勘的9條高壓采氣管線，池37池27井及天東98井—天東1井2條管線沿線環(huán)境最惡劣，管線高差最大，對冬季生產造成一定影響。管線高程對管線沿線壓力、溫度影響很大，優(yōu)化管線走向設計非常重要。分析可知：隨著管線位置變化，由于壓力的變化引起各點的水合物生成溫度也發(fā)生變化。進站管線的溫度最低，但并非在進站處形成的水合物溫度最低。因此，進行管線設計時對水合物形成溫度預測要綜合考慮，不能以終點不會形成水合物，就認為管線沿程都不生成水合物。
4. 高壓采氣管線流速對管線堵塞的影響
??? 根據各管道起終點壓力和管道相關參數(shù)，計算出管流速度(見表2)。
表2 高壓采氣管線流速計算表
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管線 | 實際流量(104m3/d) | 實際流速(m/s) |
天東96—天東90井 | 9.0
16.5 | 4.39
8.04 |
天東99—天東67井 | 5.2
6.5 | 2.28
2.85 |
天東98—天東1井 | 7.5 | 3.29 |
天東108—天東55井 | 28.0
25.0 | 11.09
9.91 |
池37—池27井 | 6.0
5.0 | 4.78
3.99 |
池71—池64井 | 16.1 | 7.85 |
池037-1—池37井 | 25.0 | 12.19 |
峰20—峰6井 | 6.8 | 3.31 |
天東97X—五科1井 | 1.4 | 0.98 |
??? 從表2知，天東99井以(5.2～6.5)×104m3/d、天東97X井以1.4×104m3/a生產時低于管線最低流速要求(3m/s)，對于產水氣井且投產初期井下污物較多的氣井(特別是投產時間在上年11月到次年3月之間的氣井)，如天東99井，其管流速度較低且低于最低攜水能力要求，管線很容易在低洼處形成積液，給水臺物形成提供了條件，流速低是天東99井—天東67井管線冬季凍堵頻繁的主要原因。而天東97X井—五科1井管流速度更低，但天東97X井本身不產水，流速對天東97X井—五科1井管線運行影響不大。因此，在管徑設計計算時，應根據輸量、壓力、攜液能力綜合考慮，優(yōu)化選擇。
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