常琳 朱一琛

摘要：開發(fā)含硫氣藏時(shí)，SNG水合物預(yù)防是需要認(rèn)真解決的問題。對(duì)此，本文介紹了水合物形成熱力學(xué)條件，闡述了兩級(jí)節(jié)流生產(chǎn)體系，分析了水合物的可視化檢測(cè)體系，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)企業(yè)與人員提供參考，以充分檢測(cè)、預(yù)防SNG，充分提高天然氣生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：高含硫氣田;天然氣;水合物;可視化系統(tǒng)

前言：當(dāng)前，天然氣公司主要借助濕氣混輸方式輸送高硫天然氣（SNG），在集輸系統(tǒng)溫度、壓力以及其他參數(shù)不斷變化過程中，特別在溫度較低情況下，集輸管線中會(huì)聚集大量凝析水，在節(jié)流效應(yīng)或是管線低洼部位，極易形成水合物，使得管線過流面積降低，進(jìn)而造成嚴(yán)重的管線節(jié)流問題，促使水合物形成速度增加，進(jìn)而堵塞管道，還會(huì)由于憋壓?jiǎn)栴}而造成事故問題。同時(shí)在管道堵塞過程中，可以借助減壓、通風(fēng)等措施保證生產(chǎn)活動(dòng)穩(wěn)定開展，但是會(huì)造成氣體損失，產(chǎn)生不良影響。

1 水合物形成熱力學(xué)條件

水合物形成主要受到壓力與溫度等因素影響。各個(gè)氣體均具有水合物形成臨界溫度，若是氣體比臨界溫度高，則不會(huì)受到壓力影響而產(chǎn)生水合物。理解溫度屬于壓力函數(shù)，例如甲烷零幾溫度，基于常壓條件是21.5℃。結(jié)合研究數(shù)據(jù)顯示，壓力在33—76Mpa范圍，并且溫度是28.8℃情況下，仍然存在甲烷水合物?；?90Mpa條件下，產(chǎn)生甲烷水合物溫度能夠達(dá)到47℃[1]。

2 兩級(jí)節(jié)流生產(chǎn)體系

S高含硫氣藏選擇連接節(jié)流方式，開展生產(chǎn)活動(dòng)，借助生產(chǎn)管柱將氣藏SNG傳輸?shù)綒饩?，此過程雖然會(huì)造成部分熱量損失問題，然而井口溫度較高，可以有效避免形成水合物。中控室工作人員借助對(duì)一級(jí)節(jié)流閥開度進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，保證地面管線壓力要求得到充分滿足，此時(shí)會(huì)造成溫度急劇下降，結(jié)合焦耳湯普森效應(yīng)，完成一級(jí)節(jié)流之后，溫度降低到50%的進(jìn)口溫度，另外，基于低溫與低壓條件，天然氣的水汽會(huì)被壓縮，同時(shí)會(huì)隨著SNG流進(jìn)水套爐，借助水套爐加熱氣流。在氣流通過二級(jí)節(jié)流系統(tǒng)之后，向集氣站中輸送，由于節(jié)流作用，氣流溫度再次減少。

水合物成分涵蓋烴類氣體（甲烷等）與水分子，與輕烴相比，二氧化碳與硫化氫的水溶解度更高。所以，開展高含硫氣藏生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，與普通氣藏相比，在溫度和壓力作用下，在生產(chǎn)裝備中極易產(chǎn)生水合物。

對(duì)于集氣站而言，SNG主要借助過濾分離器濾芯完成初步清潔工作，之后向脫水設(shè)備輸送。氣流通過濾芯微孔過程中，溫度不斷減小，完成脫水處理后，向凈化廠傳輸高含硫氣體完成脫硫工作。

雖然凝析水在天然氣中含量較少，然而位于上述流程3個(gè)節(jié)流點(diǎn)下游部位，在溫度與壓力要求達(dá)到熱力學(xué)條件之后，極易形成水合物。

現(xiàn)階段，主要借助水合物抑制藥品與一級(jí)節(jié)流閥上流方式對(duì)SNG水合物進(jìn)行有效預(yù)防。

3 水合物的可視化檢測(cè)體系

S高含硫氣藏主要選擇Honeywell軟件中SCADA數(shù)據(jù)采集功能，在水合物形成部位，涵蓋壓縮機(jī)水路的出口位置、過濾分離器的下游位置、進(jìn)口一級(jí)節(jié)流下游位置等，進(jìn)行溫度與壓力傳感器安裝工作。通過集氣站的中控室計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)時(shí)顯示全部數(shù)據(jù)。之后，構(gòu)建水合物生成預(yù)防實(shí)時(shí)檢測(cè)平臺(tái)，該平臺(tái)可以幫助中控工作人員對(duì)參數(shù)趨勢(shì)進(jìn)行有效檢測(cè)，并進(jìn)行異常條件下報(bào)警設(shè)置。

3.1 HYSIS水合物軟件計(jì)算

借助模擬計(jì)算整個(gè)流程，獲得單井一級(jí)—二級(jí)節(jié)流之后、單井天然氣混合之后，向集氣站節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行輸送，獲得基于各個(gè)乙二醇添加量、產(chǎn)水量、氣流溫度、生產(chǎn)壓力等條件下，水合物實(shí)際溫度。見下圖。

3.2生產(chǎn)活動(dòng)中水合物形成報(bào)警系統(tǒng)

構(gòu)建水合物檢測(cè)單元，向中控監(jiān)測(cè)平臺(tái)嵌入該單元，對(duì)水合物抑制藥品消耗量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)對(duì)水合物進(jìn)行有效預(yù)防。見下圖。

若是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)水合物形成的趨勢(shì)，則該平臺(tái)會(huì)通過紅燈閃爍與發(fā)出聲音等方式進(jìn)行報(bào)警，工作人員可以將水合物圖板點(diǎn)開，對(duì)水合物生成圖板進(jìn)行分析和預(yù)防。見下表。

上表主要分析了二級(jí)節(jié)流后溫度、乙二醇添加量以及產(chǎn)水量等參數(shù)，可以與水合物形成的溫壓曲線展開比較。見下圖。

A井?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)在10m3/d產(chǎn)水量的水合物產(chǎn)生曲線上方，因此不會(huì)產(chǎn)生水合物，同時(shí)基于溫度在23.7℃情況下，不會(huì)產(chǎn)生水合物，無需添加乙二醇。

產(chǎn)水量在5m3/d時(shí)，B井的一級(jí)節(jié)流閥，其上游乙二醇添加量設(shè)計(jì)為700L/d，而二級(jí)節(jié)流后實(shí)際溫度是19℃，結(jié)合圖板曲線，適當(dāng)降低乙二醇添加量，設(shè)計(jì)為450L/d，降低添加量之后，數(shù)據(jù)點(diǎn)還是位于水合物產(chǎn)生曲線上方位置。

產(chǎn)水量在3m3/d條件下，S井?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生水合物，需要適當(dāng)提高乙二醇添加量，為500L/d，防止產(chǎn)生水合物。

各個(gè)井口均選擇相同二級(jí)節(jié)流降壓體系，即便進(jìn)口溫度、氣井產(chǎn)量已知，然而因?yàn)楦骺诰谞t實(shí)際效果存在差異，因此，需要對(duì)單井一級(jí)/二級(jí)節(jié)流之后產(chǎn)生水合物的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)對(duì)多井混合之后的進(jìn)入管線溫度進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)管內(nèi)水合物產(chǎn)生情況進(jìn)行判斷。

在乙二醇添加量為600L/d時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)A可能發(fā)生水合物，應(yīng)該提高添加量，設(shè)計(jì)我1200L/d，避免管線內(nèi)發(fā)生水合物。數(shù)據(jù)點(diǎn)B代表管線溫度高、氣井高產(chǎn)情況，由于氣井高產(chǎn)，所以會(huì)增加井口溫度。

結(jié)語：在氣井高產(chǎn)情況下，會(huì)增加井口溫度，然而節(jié)流閥位置焦耳湯普森效應(yīng)非常顯著。調(diào)整單井產(chǎn)量過程中，需要對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)水合物壓力/溫度曲線加以兼顧，以有效提高生產(chǎn)流程穩(wěn)定性。水合物可視化體系是中控系統(tǒng)主要內(nèi)容，可以充分保證乙二醇添加量合理性，有效預(yù)防水合物。

參考文獻(xiàn)：

[1]基于Aspen Hysys軟件在東勝氣田天然氣物態(tài)系統(tǒng)的分析應(yīng)用[J]. 化工管理， 2019（33）：210-211.

中石化中原油田普光分公司采氣廠，四川，達(dá)州，635000