張光波

(中石油華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000)

1 基本情況

針對(duì)沁水盆地南部樊莊區(qū)塊煤層低壓、低產(chǎn)、低滲、低飽和的特性和山西南部地形復(fù)雜、相對(duì)高差大，以低產(chǎn)、低壓為出發(fā)點(diǎn)，以低成本為落腳點(diǎn)，通過(guò)多年的技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，建立了“井口計(jì)量、閥組串接、按需增壓、集中處理”的集氣工藝模式(見(jiàn)圖1)：?jiǎn)尉蛪簹?0.05～0.1MPa)經(jīng)簡(jiǎn)易流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入閥組，閥組匯集入采氣干線后進(jìn)入集氣站，增壓至0.8～1.4MPa計(jì)量外輸后進(jìn)入集氣干線，最后匯入中央處理廠，中央處理廠經(jīng)過(guò)過(guò)濾分離、壓縮增壓、分離脫水等步驟以外輸壓力3.8～5.7MPa銷售至下游銷售終端?？紤]到成本、管理等因素，井口煤層氣未做除煤粉、脫水等工藝流程。

圖1 樊莊區(qū)塊集輸工藝模式

2 冬季產(chǎn)氣曲線類型

選取樊莊區(qū)塊某井區(qū)的200口井為研究對(duì)象，從圖2產(chǎn)氣曲線可以看出：每年進(jìn)入10月份后，產(chǎn)氣量呈緩慢下降趨勢(shì)，1月份左右達(dá)到最低值，到4月份后隨著天氣逐步回暖，產(chǎn)氣量逐步回升。根據(jù)氣量變化趨勢(shì)，如圖3所示，煤層氣井冬季生產(chǎn)產(chǎn)氣曲線可分為四種類型：波動(dòng)型、臺(tái)階型、混合型和平穩(wěn)型。

圖2 樊莊區(qū)塊某井區(qū)產(chǎn)氣曲線

2.1 “波動(dòng)型”產(chǎn)氣曲線分析

該類型井表現(xiàn)為：進(jìn)入冬季后產(chǎn)氣曲線呈鋸齒形波動(dòng)，天氣回暖后氣量恢復(fù)正常。此類井約占總井?dāng)?shù)的21%，典型井產(chǎn)氣曲線如圖4所示。

圖3 冬季生產(chǎn)產(chǎn)氣曲線類型

圖4 波動(dòng)型典型井產(chǎn)氣曲線

在井筒中聚集的煤層氣是飽和氣，這些飽和氣到井口后由于管壓與套壓不同形成生產(chǎn)壓差(即井口節(jié)流)，根據(jù)工程熱力學(xué)中水的相態(tài)圖，如圖5所示，井口溫度恒定，隨著壓力降低飽和氣變?yōu)椴伙柡蜌狻．?dāng)管線壓力恒定時(shí)，隨著溫度降低，不飽和氣逐漸變?yōu)轱柡蜌猓瑴囟冗M(jìn)一步降低，飽和氣中析出液態(tài)水。氣體從井筒經(jīng)過(guò)生產(chǎn)閥門后，在井口壓力表和流量計(jì)之間的U型采氣管線入地部分(見(jiàn)圖6)易產(chǎn)生積液，在極端惡劣天氣情況下，有可能發(fā)生凍堵現(xiàn)象。由于積液存在，管容減少，管壓增大，生產(chǎn)壓差減小，造成氣量瞬時(shí)下降，產(chǎn)氣量也隨之下降，清理管線內(nèi)的積水后氣量隨之恢復(fù)。由于積液的存在，需要定期對(duì)管線清掃，造成產(chǎn)氣曲線鋸齒形波動(dòng)特征。

圖5 工程熱力學(xué)水相態(tài)圖

圖6 煤層氣井口工藝流程

2.2 “臺(tái)階型”產(chǎn)氣曲線分析

該類型井表現(xiàn)為：進(jìn)入冬季后單井產(chǎn)氣量呈臺(tái)階式下降，天氣回暖后氣量恢復(fù)正常。此類型井占總井?dāng)?shù)的8%，典型井生產(chǎn)曲線如圖7所示。造成此類型曲線形態(tài)的原因有兩方面：流量計(jì)計(jì)量誤差和采氣支線管線積液。

圖7 臺(tái)階型典型井產(chǎn)氣曲線

圖8 某管線高程圖

2.2.1 流量計(jì)計(jì)量誤差

考慮到交接計(jì)量和成本因素，除了集氣站、中央處理廠使用智能流量計(jì)外，單井計(jì)量為三級(jí)計(jì)量，多采用非智能渦輪流量計(jì)，計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為20℃，絕對(duì)壓力為101.325KPa，根據(jù)井口產(chǎn)氣計(jì)算公式：

式中：Q表為產(chǎn)氣量；Q瞬為瞬時(shí)流量；p管為單井管壓；T工為工況下熱力學(xué)溫度。

可以看出，煤層氣計(jì)量準(zhǔn)確度受到溫度變化的影響。冬季生產(chǎn)中，在井口管線未做保溫的情況下，氣體溫度遠(yuǎn)小于流量計(jì)設(shè)計(jì)溫度20℃，在瞬時(shí)不變的情況下，計(jì)量出來(lái)的氣量未考慮溫度變化情況，小于實(shí)際產(chǎn)出氣量,曲線呈現(xiàn)出臺(tái)階式下降特征，進(jìn)入3、4月份天氣回暖后，產(chǎn)氣逐步恢復(fù)至正常。

2.2.2 采氣支線管線積液

煤層氣經(jīng)單井計(jì)量后進(jìn)入采氣支線后匯入閥組。由于晉城地區(qū)地形復(fù)雜，采氣支線高低起伏較大，飽和氣析出的凝析水易在管線低洼處聚集，由于閥組的串接方式，無(wú)法采用通球清管作業(yè)的方式清除凝析水，由于采氣支線管容減小、管壓升高，造成管線前端生產(chǎn)壓差降低，導(dǎo)致單井氣量下降，產(chǎn)氣呈臺(tái)階式下降特征。例如圖8,管線A位置海拔775m，B位置海拔871m，C位置海拔784m，D位置海拔1019m，E位置海拔785m。當(dāng)氣體從A位置走向E位置時(shí)，析出的凝析水易在A、C、E位置匯集，若不及時(shí)清理管線積液，易導(dǎo)致產(chǎn)氣呈臺(tái)階式下降。

2.3 “混合型”產(chǎn)氣曲線分析

該類型井表現(xiàn)為：進(jìn)入冬季后單井產(chǎn)氣先臺(tái)階式下降，后呈現(xiàn)出鋸齒形波動(dòng)，天氣回暖后兩種情況均消失，氣量恢復(fù)正常。此類型井占總井?dāng)?shù)的15%，典型井生產(chǎn)曲線如圖9a所示。

圖9 混合型、平穩(wěn)型典型井產(chǎn)氣曲線

造成此類曲線形態(tài)的原因是復(fù)合的：首先臺(tái)階式下降與臺(tái)階型產(chǎn)氣曲線相同，流量計(jì)計(jì)量誤差或者采氣支線管線積液；其次鋸齒形波動(dòng)是因?yàn)榫赨型采氣管線積液，定期掃線造成的。

2.4 “正常型”產(chǎn)氣曲線分析

此類型井曲線為正常生產(chǎn)曲線類型，說(shuō)明未受到冬季管線積液影響和計(jì)量誤差影響。此類型井占總井?dāng)?shù)的56%，典型井生產(chǎn)曲線如圖9b所示。

3 治理措施

3.1 井口保溫

由于飽和氣從井筒進(jìn)入生產(chǎn)流程時(shí)，產(chǎn)生節(jié)流現(xiàn)象導(dǎo)致壓力、溫度下降快，水大量凝析，從而導(dǎo)致管線積水氣量下降。因此可以考慮在生產(chǎn)閥門之前的地面管線加纏電熱帶，減弱溫度變化對(duì)氣量計(jì)量的影響。

3.2 單井、閥組掃線放水

對(duì)于單井井口U型采氣管線內(nèi)的積液可通過(guò)掃線方式清理。在井口管線球閥前端加裝放水閥門，單井氣量發(fā)生波動(dòng)后，關(guān)閉球閥，打開井口生產(chǎn)閥門，利用生產(chǎn)壓差將單井U型采氣管線內(nèi)的積液吹掃清除。

由于采氣支線采用閥組串接方式，無(wú)法采用通球清管作業(yè)的方式清除管線積液，為了提高管網(wǎng)的輸送效率，可在采氣支線的低洼處安裝凝液缸，定期進(jìn)行掃線放水，具體可分為正掃和反掃。正掃線是關(guān)閉閥組處的生產(chǎn)閥門，利用生產(chǎn)壓差將單井至凝液缸段的管線積液匯集到凝液缸處，反掃線是指關(guān)閉單井生產(chǎn)閥門，利用閥組內(nèi)的系統(tǒng)壓力將凝液缸至閥組段管線積液最大限度的匯集到凝液缸處。通過(guò)凝液缸可以有效的清除采氣支線的積液。

3.3 溫度補(bǔ)償

非智能流量計(jì)計(jì)量未考慮到溫度補(bǔ)償問(wèn)題。在冬季生產(chǎn)過(guò)程中，井口計(jì)量除了做好管線保溫處理外，還需要考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。選取部分單井安裝溫度變送器，測(cè)量井口計(jì)量點(diǎn)的氣體溫度，每天早晨8點(diǎn)計(jì)算前一天的平均溫度，建立溫度數(shù)據(jù)庫(kù)。裝有溫度變送器的單井按照測(cè)量溫度進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，未安裝溫度變送器的單井選取鄰近的裝有溫度變送器的單井測(cè)量溫度進(jìn)行近似補(bǔ)償計(jì)算。

3.4 添加化學(xué)抑制劑

添加化學(xué)抑制劑法，是防止管線凍堵常采取的方法之一?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)際應(yīng)用效果，煤層氣行業(yè)主要加入的化學(xué)抑制劑為甲醇。甲醇的冰點(diǎn)低且可以與水任意比互溶，通過(guò)向集輸系統(tǒng)中添加甲醇等抑制劑，可以改變冰生成的熱動(dòng)力條件，預(yù)防凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。

3.5 管線下放

沁水地區(qū)凍土層厚度一般為50～65cm，管線埋深應(yīng)大于凍土層深度。由于管線多在丘陵山地中穿行，上覆沙土易被雨水沖刷走，造成管線埋深不足或者裸露。如果管線在凍土層以上或者裸露地表，容易發(fā)生積液或者凍堵。因此一般要求管線埋深1.2～1.5m且平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)管線巡護(hù)，發(fā)現(xiàn)管線埋深不足或者裸露，立即實(shí)施管線下放施工。