高壓高氣油比自噴井水合物凍堵解除及防治

覃 勇，張世棟，邢廷瑞，劉建東，張 軍

(中國石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000)

在高壓高氣油比自噴井生產(chǎn)過程中，在一定條件下液態(tài)水與天然氣中的某些組分就會在某些部位形成冰雪狀復(fù)合物，通常稱之為天然氣水合物。這些水合物能堵塞井筒、閥門、管線和設(shè)備，降低油井產(chǎn)能，影響正常生產(chǎn)，情況嚴(yán)重時甚至?xí)斐捎蜌饩．a(chǎn)。凍堵發(fā)生后若處理不當(dāng)，又有可能傷害操作人員和損壞相關(guān)設(shè)備，造成安全事故和經(jīng)濟損失[1-2]。因此，水合物凍堵解除及防治是多年來困擾生產(chǎn)的一個突出問題。

針對上述問題，本文從水合物的生成條件及影響因素入手，對水合物凍堵解除及防治技術(shù)進行研究，并成功對因水合物凍堵被迫關(guān)井近一年半的陸梁油田SN6320井進行解堵和防治，實現(xiàn)了該井的復(fù)活并維持其正常生產(chǎn)。

1 水合物的生成條件及影響因素

要想研究水合物凍堵解除及防治的有效方法，須對水合物的生成條件有所了解。它的生成除與天然氣的組分及組成和游離水含量有關(guān)外，還需要一定的熱力學(xué)條件，即壓力和溫度。水合物的生成需要以下條件[3]，其中兩個必要條件是：①天然氣中含有足夠的水分，以形成孔穴結(jié)構(gòu)；②具有一定的溫度和壓力條件，如高壓和低溫。另外的輔助條件是：①氣體處于脈動紊流等激烈擾動中；②硫化氫、二氧化碳等酸性氣體的存在；③微小水合晶核的誘導(dǎo)以及晶核停留的特定物理位置如彎頭、孔板、閥門和粗糙的管壁等。

水合物的生成過程，實際上是水合物-溶液-天然氣三相平衡變化的過程，任何能影響相平衡的因素均能影響水合物的生成和分解過程。水合物相平衡的影響因素主要有[1]：①天然氣的組分及組成：它是決定是否生成水合物的內(nèi)因，其酸性組分可促進水合物的形成，而非水合物生成組分則抑制水合物的形成；②壓力和溫度：降低溫度和升高壓力均有利于水合物生成，且壓力越高，生成水合物的臨界溫度也越高；③含水飽和度：氣體被水蒸氣飽和是水合物生成的基本因素之一；④離子濃度：水溶液中離子濃度越高，水合物形成溫度越低。

焦耳-湯姆遜效應(yīng)，又稱節(jié)流效應(yīng)，是描述氣體或液體在絕熱條件下通過閥門或多孔塞等節(jié)流裝置前后溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象。除氫氣、氦氣和氖氣等少數(shù)氣體外，大多數(shù)氣體在室溫常壓下節(jié)流時均為冷效應(yīng)。在正常生產(chǎn)過程中，當(dāng)油氣流經(jīng)油嘴時，產(chǎn)生節(jié)流膨脹效應(yīng)，使得油嘴后體系溫度降低，當(dāng)溫度降至水合物生成的臨界溫度時，就有可能開始生成水合物；在氣液混合物從井底流向井口的多相管流中，沿程壓力和溫度均逐漸降低，當(dāng)溫度降低到水合物生成溫度時，有可能形成水合物[4-5]。

2 水合物凍堵解除

SN6320井于2010年11月壓裂后自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)原油3 t、天然氣5000 m3，生產(chǎn)氣油比高達1666 m3/t，含水率為2%，井口壓力高達17 MPa。由于井口壓力高、溫度低，地面油嘴處產(chǎn)生水合物較多，導(dǎo)致井筒上部、地面管線和生產(chǎn)閘門等部件結(jié)冰霜嚴(yán)重，造成油井清蠟困難，閘門開關(guān)緊澀，且影響油井產(chǎn)量，存在堵管和爆管安全隱患，故井口工藝流程不能滿足油井安全生產(chǎn)和配產(chǎn)要求，亟需采取相關(guān)措施解決。鑒于引進一套高氣井防凍堵裝置經(jīng)濟效益不高，而井下節(jié)流技術(shù)具有成本較低、技術(shù)成熟的優(yōu)勢，故采用安裝井下油嘴解決。但在安裝過程中井筒遇阻，油嘴下不到預(yù)定位置，使得該井開井生產(chǎn)僅一月井筒就完全凍堵，被迫關(guān)井。因此，安全高效地解除水合物凍堵并防止水合物再生成是該油井成功復(fù)活和維持正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。

關(guān)井期間，曾先后采用三種方法對水合物解堵[6-7]，但只有最后一種方法成功，下面分別簡述這三種方法并分析其成敗原因。

(1)注化學(xué)劑法。從采油樹防噴管間斷灌入少量乙二醇，利用水合物與油管壁之間的毛細管，逐步向下滲透，促使井筒上部水合物解凍。但由于乙二醇與井筒水合物接觸面積較小，解堵速度非常緩慢，達不到解堵效果。

(2)井口加熱法。采用蒸汽車對采油樹及地面管線加熱解凍，效果較差，主要原因在于井筒完全凍堵，只對采油樹及地面管線解凍不能解決問題。

(3)油套環(huán)空流體加熱法?？紤]到油套環(huán)空流體自身溫度較高，套壓高于油壓，通過微開規(guī)格化閘門放套氣降低套壓，使油套環(huán)空流體液面緩慢上升并對油管均勻加熱，當(dāng)井筒溫度高于水合物形成的臨界溫度時，水合物與油管就會逐步剝離，待井筒水合物松動跡象明顯后，通過閘門控排，解除井筒水合物凍堵。2012年4月24日發(fā)現(xiàn)井筒水合物松動明顯，4月25日上午11點，通過有節(jié)奏地開關(guān)該井副生產(chǎn)閘門，經(jīng)過3小時的努力，終于將井筒內(nèi)部水合物成功排進外排罐車，安全有效地解除了水合物凍堵。

水合物凍堵解除存在一定風(fēng)險，在備料和操作時必須采取相應(yīng)的防范措施。在閘門控排過程中，管材和連接方式務(wù)必符合安全要求，并且要平穩(wěn)操作，因為高壓差能迅速將外排水合物的速度提高至聲速，且水合物密度較大，在其流向改變或遇到障礙物時(如管線彎頭、關(guān)閉的閥門等)，高動量的水合物存在較強沖擊力，會造成管線破裂，設(shè)備損壞，火災(zāi)發(fā)生，甚至人身傷害。在利用油套環(huán)空流體對油管加熱時，必須采取措施保證油套環(huán)空流體液面緩慢上升，因為若液面上升速度過快，可能導(dǎo)致某些正在分解的水合物段塞中部的氣體壓力急劇增加，從而導(dǎo)致管線破裂。

3 水合物防治

水合物生成的三個必要條件是溫度、壓力和游離態(tài)的水，只要控制其中的一個，就可以成功預(yù)防水合物的生成。根據(jù)對水合物生成條件的研究，防止水合物生成的主要措施有脫水法、升溫法、降壓法、注化學(xué)抑制劑法以及上述各種方法的組合。天然氣中含有水分是生成水合物的內(nèi)在因素，脫除天然氣中的水分是杜絕水合物生成的根本途徑，但對于油井來說較難實現(xiàn)。根據(jù)實際情況，SN6320井凍堵解除后主要采取了兩項措施防止水合物再堆積。

3.1 水合物生成位置外移法

對井口工藝流程進行改造，即從副生產(chǎn)閘門處接一根長度為10 m的高壓管線，并在其末端安裝一套標(biāo)準(zhǔn)油嘴套。工藝流程改造后，水合物生成位置外移至地面，從根本上達到防止水合物再堆積的目的。因冬季溫度較低，故冬季時對副生產(chǎn)閘門接出的管線安裝電熱帶并包裹保溫材料，并對油嘴套安裝保溫箱，以便保證正常生產(chǎn)及便于日常維護。

3.2 降低井口壓力

因水合物生成的臨界溫度隨壓力的增加而增加，當(dāng)井口壓力很高時，即使井口采取保溫措施仍有可能生成水合物。排水采氣是封閉型水驅(qū)氣藏開采中常見的工藝措施，因為井筒積液將增加對氣層的回壓，限制氣井的生產(chǎn)能力，嚴(yán)重時會使氣井停噴[8]。定期向井筒擠注同層水，采用人工制造井筒積液的方式控制井口壓力，使油壓保持在3～8 MPa之間，從而降低水合物產(chǎn)生的臨界溫度。

對該井采取上述兩項措施后，自2013年4月27日起順利開井生產(chǎn)31天，平均日產(chǎn)油13.87 t、日產(chǎn)氣5 223 m3、含水率為0.75%。6月13日安裝了井下油嘴并恢復(fù)正常生產(chǎn)流程，截止2013年11月30日，該井累計生產(chǎn)536天，平均日產(chǎn)油9.07 t、日產(chǎn)氣6 584 m3、含水率為3.52%，生產(chǎn)平穩(wěn)，并取得了明顯的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)采取油套環(huán)空流體加熱法，安全有效地解決了水合物凍堵問題，使因水合物凍堵被迫關(guān)井近一年半的SN6320井成功復(fù)活。這對以后此類高壓高氣油比特殊井的凍堵解除具有參考意義。

(2)受現(xiàn)場工藝流程的限制，通過對井口工藝流程進行臨時改造，外移水合物生成位置并控制井口壓力，使該井順利開井生產(chǎn)。

(3)安全生產(chǎn)，重在預(yù)防。應(yīng)加強水合物防治技術(shù)的研究，并積極采取相應(yīng)措施，把水合物凍堵消滅在萌芽中，防止凍堵發(fā)生后對油井產(chǎn)能和生產(chǎn)安全造成不利影響。

[1] 郭平，劉士鑫，杜建芬.天然氣水合物氣藏開發(fā)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2006:167-176.

[2] 呂景昶，馬德志，楊朝霞.天然氣井水合物的形成及解決措施[J].天然氣工業(yè)，2001,21(增):111-112.

[3] 于洪敏，左景欒，張琪.氣井水合物生成條件預(yù)測[J].天然氣地球科學(xué)，2010,21(3):522-527.

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[5] 李文革，尹國君，劉文寶，等.淺談水合物生成預(yù)測方法[J].鉆采工藝，2008,31(增):91-93.

[6] 李潁川，王志彬，鐘海全.油套環(huán)空放空防止氣井井筒生成水合物技術(shù)[J].石油學(xué)報，2010,31(2):318-321.

[7] 倪行宇，王德金，劉志煥，等.氣井水合物凍堵防治技術(shù)[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2005,24(4):62-63.

[8] 李士倫.天然氣工程[M].北京:石油工業(yè)出版社，2008:217-218.