宋深103H井水化物的形成與解決對(duì)策研究

[摘 要]本文主要介紹了水化物的形成條件，水化物的分子結(jié)構(gòu)。宋深103H井施工過(guò)程中水化物凍堵的成因和解決辦法。并結(jié)合實(shí)際情況找出高壓氣井施工過(guò)程中解決水化物凍堵問(wèn)題有效可行的解決辦法。并在此基礎(chǔ)上展望試氣施工水化物的解決辦法。

[關(guān)鍵詞]水化物；危害

中圖分類(lèi)號(hào)：TU989 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）37-0046-01

1 水化物的形成以及危害

隨著勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，大慶油氣田深層氣井的開(kāi)發(fā)，在地面試氣過(guò)程中，每年都出現(xiàn)由于在井下100m、井口或油嘴管匯下游出現(xiàn)不同程度的水化物凍堵而關(guān)井的現(xiàn)象，影響資料錄取和施工進(jìn)度，截止到目前共發(fā)生水化物凍堵問(wèn)題16井次，延長(zhǎng)施工時(shí)間900小時(shí)，因此，需對(duì)水化物的生成、預(yù)防和處理進(jìn)行研究，以解決試氣施工難。

水合物的形成是在一定的溫度和壓力條件下，由天然氣某些組分（如甲烷、乙烷等）和游離水形成的籠形結(jié)構(gòu)的冰狀晶體，為非化學(xué)計(jì)量型固態(tài)化合物，其分子式可表示為M·nH2O。水分子靠氫鍵結(jié)合成骨架結(jié)構(gòu)，小分子氣體被包裹其中，氣體分子和水分子靠靠范德華力結(jié)合。

形成水化物氣體要處于水汽的飽和或者過(guò)飽和狀態(tài)并存游離水，有足夠高的壓力足夠低的溫度。同時(shí)，壓力的波動(dòng)和氣體高速流動(dòng)；流向突變產(chǎn)生的攪動(dòng)；水合物的存在及晶體停留的特定物理位置（閥門(mén)、孔板、彎頭、粗糙管壁）；酸性氣體（硫化氫和二氧化碳）的存在、微小水合物晶核的誘導(dǎo)等因素也起促進(jìn)作用。

天然氣水合物的形成過(guò)程與周?chē)h(huán)境、水的狀態(tài)以及管內(nèi)溫度、壓力等有關(guān)。在Ⅰ中水在管線下層少量氣體溶于水形成微小的晶核，在Ⅱ中部分晶核向在氣液界面轉(zhuǎn)移形成水合物薄膜，在Ⅲ中薄膜破裂水合物晶核分散到氣體和水中，在Ⅳ中大量氣體溶于水形成數(shù)量眾多的水合物晶核，氣液界面繼續(xù)下移，在Ⅴ中水合物晶核繼續(xù)形成并凝結(jié)成塊堵塞管線。

2 宋深103H井施工過(guò)程中形成的水化物問(wèn)題及解決辦法

2016年3月8日-3月15日鋼絲作業(yè)測(cè)采前靜壓及壓力梯度。鋼絲作業(yè)使用58mm通井規(guī)通井，于井口四通處遇阻，反復(fù)多次上下活動(dòng)后仍無(wú)法通過(guò)，使用48mm通井規(guī)通井，于井下5m處遇阻，起出工具帶有大量水化物，判斷出宋深103H井于井下5m處結(jié)水化物，于井口四通處連接有變扣縮徑，造成鋼絲作業(yè)工具無(wú)法下入，因此，先采用鋼絲作業(yè)打鉛印，確定了井口四通位置縮徑的尺寸為53mm，并經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)人員研究和反復(fù)論證，設(shè)計(jì)加工了能通過(guò)井口縮徑位置的壓力計(jì)懸掛工具。采取應(yīng)用加熱爐加熱熱水至85℃，利用水泥車(chē)分別向油管和套管內(nèi)擠注熱水的方式解堵，由于井下水化物完全堵住油管，油管內(nèi)無(wú)法擠入熱水，需向套管內(nèi)擠注熱水，因該井套管為41/2"，油套環(huán)空間隙較小，當(dāng)向套管內(nèi)擠注熱水時(shí)，需嚴(yán)格控制擠注的流量速度，并反復(fù)擠注熱水后，再向油管內(nèi)擠注熱水解堵，經(jīng)過(guò)連續(xù)7天奮戰(zhàn)，確定了井下縮徑位置及尺寸，改進(jìn)了井下懸掛壓力計(jì)工具，解除了井底水化物造成的井堵，圓滿(mǎn)完成了鋼絲作業(yè)測(cè)靜壓梯度施工，并為下步施工奠定了基礎(chǔ)。

2016年3月16日-4月19日地面開(kāi)井降壓清液階段。由于油嘴較小，且氣體中含有CO2，極易在井下及地面形成水化物。在采用4.76mm油嘴控制開(kāi)井放噴，日產(chǎn)氣85000m3/d，試氣3.5h后，地面管線被水化物堵死。在利用鍋爐車(chē)刺通地面流程后，再次采用4.76mm油嘴控制開(kāi)井放噴試氣4.5h左右以后，井口油壓由28.93MPa，下降至10.58MPa，由此判斷井下結(jié)水化物嚴(yán)重，水化物返出地面后造成地面流程凍堵。

在采用5.56mm油嘴控制開(kāi)井放噴，日產(chǎn)氣113000m3/d，試氣1h后，井口油壓由28.84MPa，下降至23.31MPa，判斷井下結(jié)水化物嚴(yán)重，放噴試氣4h后，從井口至熱交換器地面管線被水化物堵死。在利用鍋爐車(chē)刺通地面流程后，再次采用5.56mm油嘴控制開(kāi)井放噴試氣6h以后，地面流程堵塞，地面關(guān)井后，將地面流程中的壓力釋放掉后，拆卸地面管線，從井口至熱交換器處地面流程已被水化物堵塞，判斷水化物返出地面后造成地面流程凍堵。

采用4.76mm油嘴試氣2次，5.56mm油嘴試氣3次，在開(kāi)井試氣3h-4h后都出現(xiàn)井下產(chǎn)生的水化物返出地面后，造成地面流程堵死的現(xiàn)象。在采用6.35mm油嘴控制防噴試氣時(shí)，日產(chǎn)氣142000m3/d，地面流程也頻繁出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，但未堵死，通過(guò)采用鍋里車(chē)不斷刺地面流程及提高油嘴管匯下游壓力的方式，降低地面流程的保溫壓力，維持測(cè)氣25h后，地面關(guān)井，等待下一步?jīng)Q定。

結(jié)論，采用小油嘴試氣過(guò)程中，井下產(chǎn)生的水化物堵塞管柱及地面流程，給安全施工帶來(lái)極大的困難，因此，向甲方建議采用6.35mm以上油嘴控制試氣，待井底液返出或井底熱量通過(guò)天然氣流動(dòng)帶到地面流程后，再逐級(jí)調(diào)小油嘴尺寸至設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)甲方論證，同意并實(shí)施了該方案，順利完成了試采前期的降壓清液階段施工。

3 宋深103H井試采階段水化物的處理

2016年4月20日至截止到目前為定產(chǎn)試采階段。由于該井壓力較高，且氣體中含有CO2，試采期間采用油嘴管匯針閥調(diào)節(jié)產(chǎn)量變化，因針閥為環(huán)形的流通通道，極易造成針閥位置凍堵，因此，為解決試采期間凍堵的施工難題，我們定制了4.73mm固定油嘴，并采取了以下措施，保障了試采施工順利進(jìn)行：（1）開(kāi)井前，向除砂器砂筒內(nèi)注乙二醇至出氣口位置，由于出氣口在砂筒上部，因此保持砂筒浸泡在乙二醇中，防止砂筒內(nèi)形成水化物，避免堵塞除砂器。（2）開(kāi)井前，先將熱交換器水柜及分離器水柜溫度加熱至85℃。（3）測(cè)氣過(guò)程中，從井口持續(xù)向地面流程中注入乙二醇。（4）開(kāi)井正常試氣后，利用分離器盤(pán)管上的針閥控制油嘴管匯與分離器之間的壓力至10MPa，降低油嘴管匯節(jié)流壓差，提高下流溫度至12℃，省去使用鍋爐車(chē)及燃油鍋爐的保溫，平均每日可節(jié)省柴油1248kg，節(jié)約了施工成本。

4.下步工作

宋深103H井的順利施工，為今后的高壓氣井施工中水化物的預(yù)防積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)，在接下來(lái)宋深9H的施工過(guò)程中，利用此前預(yù)防水化物的經(jīng)驗(yàn)一次性成功開(kāi)井并順利施工至今，并順利完成天然氣回收的施工任務(wù)。

宋深103H、宋深9H的順利施工為今后高壓氣井預(yù)防水化物的施工積累的相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和預(yù)防辦法，為接下來(lái)的試氣工作打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周仲河；；采油井表面活性劑吞吐與選擇性堵水結(jié)合工藝及應(yīng)用[J]；大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)；2008年02期

[2] 李安星；；天然氣水合物形成速度的影響因素[J]；油氣田地面工程；2008年07期

作者簡(jiǎn)介

邊鑫，男，出生于1986年8月，畢業(yè)于黑龍江綏化學(xué)院計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)工作于試油試采分公司試油大隊(duì)地面計(jì)量隊(duì)，聯(lián)系地址：大慶試油試采分公司試油大隊(duì)，郵政編碼：163412。endprint