煤層氣管線積液治理研究及對(duì)策

鄒紅剛 宋 軍 黃仁瓊 孫澤軍 王金鵬 馬 輝

(中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司,山西 048000)

1 引言

煤層氣生產(chǎn)采用“排水采氣”工藝,經(jīng)過(guò)“水相流-氣水兩相流-氣流(水流)”階段排采，初期解吸后，采取階梯式放氣，管線壓力高、氣量攀升，輸送效率較高；進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)期后，氣量平穩(wěn)，管線輸送能力受氣井生產(chǎn)能力、管容、積液、氣體飽和含水量、管網(wǎng)壓力低、管線位差等因素影響受到抑制，采氣管線積液影響日益突顯，直接影響采氣、輸氣效率。

2 采氣管線積液產(chǎn)出機(jī)理

煤層氣開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層井壁失穩(wěn)、基質(zhì)破裂等原因而產(chǎn)生煤粉，井底的水和煤粉在排水采氣過(guò)程中到達(dá)地面，大部分煤粉懸浮于水中在井口排出，但仍然有部分水和煤粉隨氣體進(jìn)入采氣管道。除此之外，飽和氣體在采氣管道中流動(dòng)，隨著溫度和壓力變化，其中的飽和水將會(huì)析出 ,因此，在煤層氣采氣管道中存在氣固、氣液等多相流動(dòng)，水和固體顆粒都有可能影響煤層氣采氣管道內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)。

從理想氣態(tài)方程式來(lái)看，理想氣體在處于平衡態(tài)時(shí)，壓強(qiáng)、體積、物質(zhì)的量、溫度間關(guān)系的狀態(tài)方程。

pV=nRT

式中：P:理想氣體壓力；

V：理想氣體體積；

n:氣體物質(zhì)的量；

T：熱力學(xué)溫度；

R：理想氣體常數(shù)。

在同等體積流量下，溫度、壓力為兩個(gè)主控因素當(dāng)氣體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于局部阻力，如遇到縮口和調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)，其壓力若顯著下降，產(chǎn)生節(jié)流，節(jié)流膨脹后產(chǎn)生溫降、壓力變化，使氣體飽和含水量減少。

2.1 計(jì)量閥組作為壓降主導(dǎo)的凝析水產(chǎn)出認(rèn)識(shí)

管線積液根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，只會(huì)在冬季氣溫低、溫差大條件下產(chǎn)生，夏季溫度高不會(huì)出現(xiàn)管線積液。9月，在華固2井、3井出現(xiàn)了管線積液現(xiàn)象，從圖1華固2井、圖2華固3井壓力變化曲線分析看，當(dāng)煤層氣在單井計(jì)量閥組段壓降越大，產(chǎn)生節(jié)流膨脹影響越大，那么溫降越大，溫降與飽和含水量成反比，凝析的水增多。

從圖3華固1井七月生產(chǎn)曲線、圖4華固1井十一月生產(chǎn)曲線來(lái)看，單井管壓隨溫差變化明顯反映到瞬時(shí)的變化，早期的影響初顯端倪，從單井日氣量來(lái)說(shuō)變化小，易忽視；受單井井口、計(jì)量閥組節(jié)流、溫度雙重影響，煤層氣飽和含水量開(kāi)始減少，管線內(nèi)的積液影響明顯。

圖1 華固2井壓力變化曲線

圖2 華固3井壓力變化曲線

2.2 采氣管網(wǎng)作為溫降主導(dǎo)的凝析水產(chǎn)出認(rèn)識(shí)

氣體經(jīng)過(guò)計(jì)量閥組后，進(jìn)入低壓集氣管網(wǎng)，壓降相對(duì)小，那么壓降產(chǎn)生的溫降??；煤層氣在管網(wǎng)運(yùn)移過(guò)程中依然要克服位差、沿程摩阻，必然產(chǎn)生能量損耗。單井管壓與管網(wǎng)壓力持平，壓降趨于平緩，溫度對(duì)凝析水的析出起主導(dǎo)作用，氣體飽和含水量處于下降過(guò)程。

地形對(duì)煤層氣水利計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在其他相同條件下，起點(diǎn)、終點(diǎn)高程為100m時(shí)，流量、管長(zhǎng)、管徑、壓力影響達(dá)5.8%。那么在低點(diǎn)存在積液成為可能。

3 積液排采井生產(chǎn)曲線特征

管線積液根據(jù)影響程度、影響范圍劃分為兩個(gè)類(lèi)型：持續(xù)性、階段性影響。

3.1 持續(xù)性生產(chǎn)影響特征

從圖5持續(xù)性影響生產(chǎn)曲線來(lái)看，氣量影響時(shí)間較長(zhǎng)，氣量下降明顯、不易消除，主要表現(xiàn)在管網(wǎng)采氣支線上。

3.2 階段性影響生產(chǎn)特征

從圖6階段性影響生產(chǎn)曲線來(lái)看，氣量影響較短、氣量波動(dòng)明顯、易控制、需頻繁掃線，主要表現(xiàn)在單井閥組上。

圖3 華固1井七月生產(chǎn)曲線

圖4 華固1井十一月生產(chǎn)曲線

圖5 持續(xù)性影響生產(chǎn)曲線

圖6 階段性影響生產(chǎn)曲線

4 治理對(duì)策

數(shù)字化、智能化排采以機(jī)巡與人巡交互式的管理模式，遵循“連續(xù)、漸變、穩(wěn)定、長(zhǎng)期”的排采管控思路，在積液治理上，多為單井掃線、凝液缸放水，建立“消防式”的預(yù)警(機(jī)巡)機(jī)制，“自主式”的周期(人巡)分片循環(huán)規(guī)律性掃線認(rèn)識(shí)，大大降低了管線積液對(duì)煤層氣生產(chǎn)的影響。

4.1 管線積液影響判定

機(jī)巡對(duì)管線積液的判定，單井套壓、管壓上升或波動(dòng)明顯，除去站場(chǎng)回壓、儀表凍堵漂移、地質(zhì)因素影響，需關(guān)聯(lián)判斷；瞬時(shí)(工況)波動(dòng)大于等于4m3/h(瞬時(shí)波動(dòng)、流量計(jì)進(jìn)口旋渦發(fā)生器內(nèi)有雜物、單流閥閥芯等因素)；需掃線的井滿(mǎn)足一個(gè)條件或多個(gè)條件，存在多重因素影響。

4.2 管線積液處理方法

根據(jù)生產(chǎn)壓力偏低的特點(diǎn)，遵循三低：找低點(diǎn)井位、找管線低點(diǎn)、找凝液缸位置相結(jié)合作為憋壓掃線、放空的依據(jù)與方法；根據(jù)生產(chǎn)井、管線鋪設(shè)位差的特點(diǎn)，單井、支線掃線找低點(diǎn)、凝液缸，依次分段進(jìn)行，將單井掃線擴(kuò)展至支線的吹掃。

影響位置判斷：現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)數(shù)據(jù)，關(guān)閉計(jì)量閥組前后控制閥門(mén)，打開(kāi)單流閥處(或掃線頭絲堵)，開(kāi)關(guān)前后氣源，根據(jù)氣量強(qiáng)弱經(jīng)驗(yàn)判斷，初步認(rèn)定影響位置，進(jìn)行針對(duì)性的正反掃線；

影響距離判斷：部分單井在打開(kāi)單流閥處或掃線頭，聽(tīng)“喘氣、咕嘟”聲，短暫的掃線效果不明顯，因壓力低、水堵距離較遠(yuǎn)不易掃出，可采取多次憋壓、迅速放噴、延長(zhǎng)掃線時(shí)間的辦法。

5 結(jié)論

(1)煤層氣管線積液、單井管壓與管網(wǎng)壓力差是從單井采氣至采氣支線，再到干線是一傳遞、積聚的過(guò)程，是因采氣管線容積、過(guò)流截面積變化而不太突顯，影響表現(xiàn)以點(diǎn)、到線、到面的變化趨勢(shì)。

(2)煤層氣采氣管線積液治理，要從預(yù)防措施、監(jiān)測(cè)機(jī)制、治理方法上，不斷摸索方法，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，降低管線積液對(duì)煤層氣生產(chǎn)的影響。