地面渦流工具應(yīng)用效果評價(jià)

賴 燕，景 元，陳甲新，蘇河套，王 軒，高好潔

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

氣田生產(chǎn)過程中，始終存在氣井堵塞情況，其中由于地面管線中形成水合物導(dǎo)致的井堵關(guān)井所占頻次極高，嚴(yán)重影響氣田產(chǎn)能發(fā)揮。此次地面渦流技術(shù)的成功應(yīng)用開創(chuàng)了長慶氣田地面流程防凍堵工藝技術(shù)的先例，為今后集輸管線的排水防凍采氣工藝發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，是極為寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有指導(dǎo)性意義。

1 工藝原理

地面渦流工具的基本原理是將管線中的介質(zhì)流體運(yùn)動方向改變?yōu)檠刂芫€內(nèi)壁方向螺旋狀運(yùn)動，形成螺旋狀的渦流流態(tài)。當(dāng)氣液兩相流進(jìn)入渦流工具時(shí)，流體流動的截面積變小，從而使流體加速，并沿著螺旋面旋轉(zhuǎn)，加速度使得密度較大的液態(tài)流體甩向管壁，沿著管壁在流動方向上做螺旋運(yùn)動。渦流工具的結(jié)構(gòu)使得流體的旋轉(zhuǎn)達(dá)到一個非常有效的旋轉(zhuǎn)角度，合適的旋轉(zhuǎn)角度可以傳播和維持非常長的距離。

圖1 地面渦流工具工作示意圖

地面渦流工具的特點(diǎn)是：安裝渦流工具后，液體和氣體在管線內(nèi)分成了明顯的氣、液兩相層流。越靠近管壁的介質(zhì)密度越大，含液量越多，最終，液體和氣體在管道內(nèi)分成了明顯的氣、液兩相層流。

與紊流狀態(tài)相比，這種流動方式減少了介質(zhì)相互之間的沖擊和摩擦做功，大大降低了管線的總體能耗。于是，整個管網(wǎng)的輸差（或壓力損耗）也減少到最低。

2 地面渦流工具選型及安裝

2.1 地面渦流工具選型

目前國內(nèi)外常用的地面渦流工具主要有以下三種型號：SX 型、SXP 型、SXI 型。

（1）SX 型地面渦流工具為基本型號，應(yīng)用于切向入口處，用以幫助解決管線結(jié)凍、集輸管線低點(diǎn)的液體淤積，同時(shí)降低管線壓力降。

圖2 SX 型地面渦流工具

（2）SXP 型地面渦流工具專為結(jié)蠟管線設(shè)計(jì)，帶有可拆卸的底板，渦流流體可協(xié)助清除結(jié)蠟、凈化管線。用于防止管線和集輸系統(tǒng)結(jié)蠟。

圖3 SXP 型地面渦流工具

（3）SXI 型地面渦流工具應(yīng)用范圍與SX 相同，可不需要繞線安裝。

圖4 SXI 型地面渦流工具

根據(jù)以上三種地面渦流工具的應(yīng)用范圍及特點(diǎn)，結(jié)合長慶子洲氣田單井地面管線易凍堵、管線低點(diǎn)易積液及管線壓力降較大的現(xiàn)狀，選擇安裝SX 型地面渦流工具。

2.2 地面渦流工具安裝

地面渦流工具安裝在單井井口針閥下游的地面管線上，增設(shè)原流程作為旁通流程，實(shí)現(xiàn)井口氣既可通過地面渦流工具進(jìn)入地面管線，也可通過旁通管線進(jìn)入地面管線。

圖5 地面渦流工具安裝示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

3.1 國內(nèi)外應(yīng)用情況

地面渦流技術(shù)作為一種新型采集輸管線增產(chǎn)提效技術(shù)，到目前已經(jīng)成功用于北美、中東數(shù)千口天然氣井、油井的管線生產(chǎn)優(yōu)化。在國內(nèi)澀北氣田臺6-15 井也首次成功應(yīng)用于防凍堵采氣工藝先導(dǎo)試驗(yàn)。

3.2 長慶子洲氣田應(yīng)用情況

為了使SX 型地面渦流工具清除管線積液、降低輸差、提高輸送效率的作用得到充分發(fā)揮，根據(jù)以下四條選井原則來確定試驗(yàn)氣井。

（1）產(chǎn)氣量在2～4×104m3/d；（2）單井地面管線敷設(shè)起伏較大；（3）積液無法帶出，管線輸差大于1 MPa；（4）2012 年堵井頻次達(dá)到4 次以上氣井。

根據(jù)以上選井原則，確定在子洲氣田洲18-18 井和洲19-20 井安裝地面渦流工具開展現(xiàn)場試驗(yàn)。

表1 地面渦流工具試驗(yàn)井基本情況統(tǒng)計(jì)表

3.2.1 洲18-18 井的應(yīng)用 2013 年10 月20 日，首次在洲18-18 井安裝地面渦流工具后，流體流態(tài)改變，使原有的紊流狀態(tài)改變成明顯的氣、液兩相層流，提高了管線的攜液能力，使得積液能夠順利帶出。在相同產(chǎn)氣量4×104m3/d 下，平均產(chǎn)液量由0.36 m3/d 增加至0.42 m3/d，管線平均輸差由1.7 MPa 降低至0.3 MPa，平均液氣比由0.09 提高至0.21，2013 年至今未堵井，使氣田產(chǎn)能得到充分發(fā)揮。

圖6 洲18-18 井試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖

3.2.2 洲19-20 井的應(yīng)用 2013 年11 月5 日，在洲19-20 井安裝地面渦流工具后，產(chǎn)氣量由4×104m3/d提高至6×104m3/d，平均產(chǎn)液量由0.29 m3/d 增加至0.53 m3/d，管線平均輸差由0.59 MPa 升高至2.45 MPa，平均液氣比由0.072 提高至0.088，2013 年至今未堵井。

圖7 洲19-20 井試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析圖

洲18-18 井的地面管線長度為3.7 km，洲19-20井的地面管線長度為5.44 km，由于洲18-18 井安裝地面渦流工具后效果較好，說明該井長度在工具的有效作用距離范圍內(nèi)；洲19-20 井的效果一般，輸差反而增大，說明該井長度未在工具的有效作用距離范圍內(nèi)，工具的有效作用距離有限，在工具作用末點(diǎn)、低點(diǎn)可能存在大量積液，不能徹底帶出。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

地面渦流工具首次在長慶子洲氣田安裝及應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

（1）洲18-18 井的試驗(yàn)表明，在相同產(chǎn)氣量下，平均產(chǎn)液量明顯增加，管線平均輸差明顯降低，平均液氣比明顯升高。

（2）洲18-18 井的地面管線長度在工具的有效作用距離范圍內(nèi)，洲19-25 井的地面管線長度較長，未在工具的有效作用距離范圍內(nèi)，工具的有效作用距離有限，在工具作用末點(diǎn)、低點(diǎn)可能存在大量積液，不能徹底帶出。

（3）有效降低了堵井頻次，氣田產(chǎn)能得到充分發(fā)揮。

4.2 建議

此次安裝應(yīng)用的地面渦流工具是成品渦流工具，并未針對子洲氣田重新設(shè)計(jì)渦流工具相關(guān)參數(shù)，因此造成兩口試驗(yàn)井中其中一口井試驗(yàn)效果一般。為此建議下一步開展渦流參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論研究，如：helix加速軸內(nèi)實(shí)體截面積、長度，螺旋葉片的螺旋角、截面積及螺距、投放坐封器的強(qiáng)度、卡簧強(qiáng)度設(shè)計(jì)、有效作用距離等，以確保流體的旋轉(zhuǎn)達(dá)到一個非常有效的狀態(tài)，更加適用于長慶子洲氣田，使該項(xiàng)工藝技術(shù)在我國能夠得到推廣應(yīng)用。

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