試論高含硫氣田天然氣水合物可視化系統(tǒng)的應用

常琳 朱一琛

摘要：開發(fā)含硫氣藏時，SNG水合物預防是需要認真解決的問題。對此，本文介紹了水合物形成熱力學條件，闡述了兩級節(jié)流生產體系，分析了水合物的可視化檢測體系，希望能夠為相關企業(yè)與人員提供參考，以充分檢測、預防SNG，充分提高天然氣生產效率。

關鍵詞：高含硫氣田;天然氣;水合物;可視化系統(tǒng)

前言：當前，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、壓力以及其他參數不斷變化過程中，特別在溫度較低情況下，集輸管線中會聚集大量凝析水，在節(jié)流效應或是管線低洼部位，極易形成水合物，使得管線過流面積降低，進而造成嚴重的管線節(jié)流問題，促使水合物形成速度增加，進而堵塞管道，還會由于憋壓問題而造成事故問題。同時在管道堵塞過程中，可以借助減壓、通風等措施保證生產活動穩(wěn)定開展，但是會造成氣體損失，產生不良影響。

1 水合物形成熱力學條件

水合物形成主要受到壓力與溫度等因素影響。各個氣體均具有水合物形成臨界溫度，若是氣體比臨界溫度高，則不會受到壓力影響而產生水合物。理解溫度屬于壓力函數，例如甲烷零幾溫度，基于常壓條件是21.5℃。結合研究數據顯示，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，產生甲烷水合物溫度能夠達到47℃[1]。

2 兩級節(jié)流生產體系

S高含硫氣藏選擇連接節(jié)流方式，開展生產活動，借助生產管柱將氣藏SNG傳輸到氣井口，此過程雖然會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一級節(jié)流閥開度進行遠程控制，保證地面管線壓力要求得到充分滿足，此時會造成溫度急劇下降，結合焦耳湯普森效應，完成一級節(jié)流之后，溫度降低到50%的進口溫度，另外，基于低溫與低壓條件，天然氣的水汽會被壓縮，同時會隨著SNG流進水套爐，借助水套爐加熱氣流。在氣流通過二級節(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活動時，與普通氣藏相比，在溫度和壓力作用下，在生產裝備中極易產生水合物。

對于集氣站而言，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個節(jié)流點下游部位，在溫度與壓力要求達到熱力學條件之后，極易形成水合物。

現階段，主要借助水合物抑制藥品與一級節(jié)流閥上流方式對SNG水合物進行有效預防。

3 水合物的可視化檢測體系

S高含硫氣藏主要選擇Honeywell軟件中SCADA數據采集功能，在水合物形成部位，涵蓋壓縮機水路的出口位置、過濾分離器的下游位置、進口一級節(jié)流下游位置等，進行溫度與壓力傳感器安裝工作。通過集氣站的中控室計算機設備實時顯示全部數據。之后，構建水合物生成預防實時檢測平臺，該平臺可以幫助中控工作人員對參數趨勢進行有效檢測，并進行異常條件下報警設置。

3.1 HYSIS水合物軟件計算

借助模擬計算整個流程，獲得單井一級—二級節(jié)流之后、單井天然氣混合之后，向集氣站節(jié)點部位進行輸送，獲得基于各個乙二醇添加量、產水量、氣流溫度、生產壓力等條件下，水合物實際溫度。見下圖。

3.2生產活動中水合物形成報警系統(tǒng)

構建水合物檢測單元，向中控監(jiān)測平臺嵌入該單元，對水合物抑制藥品消耗量進行實時檢測，同時對水合物進行有效預防。見下圖。

若是在生產環(huán)節(jié)監(jiān)測點出現水合物形成的趨勢，則該平臺會通過紅燈閃爍與發(fā)出聲音等方式進行報警，工作人員可以將水合物圖板點開，對水合物生成圖板進行分析和預防。見下表。

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

A井數據點在10m3/d產水量的水合物產生曲線上方，因此不會產生水合物，同時基于溫度在23.7℃情況下，不會產生水合物，無需添加乙二醇。

產水量在5m3/d時，B井的一級節(jié)流閥，其上游乙二醇添加量設計為700L/d，而二級節(jié)流后實際溫度是19℃，結合圖板曲線，適當降低乙二醇添加量，設計為450L/d，降低添加量之后，數據點還是位于水合物產生曲線上方位置。

產水量在3m3/d條件下，S井數據點會產生水合物，需要適當提高乙二醇添加量，為500L/d，防止產生水合物。

各個井口均選擇相同二級節(jié)流降壓體系，即便進口溫度、氣井產量已知，然而因為各口井水套爐實際效果存在差異，因此，需要對單井一級/二級節(jié)流之后產生水合物的風險進行監(jiān)控，同時對多井混合之后的進入管線溫度進行監(jiān)控，對管內水合物產生情況進行判斷。

在乙二醇添加量為600L/d時，數據點A可能發(fā)生水合物，應該提高添加量，設計我1200L/d，避免管線內發(fā)生水合物。數據點B代表管線溫度高、氣井高產情況，由于氣井高產，所以會增加井口溫度。

結語：在氣井高產情況下，會增加井口溫度，然而節(jié)流閥位置焦耳湯普森效應非常顯著。調整單井產量過程中，需要對各個節(jié)點水合物壓力/溫度曲線加以兼顧，以有效提高生產流程穩(wěn)定性。水合物可視化體系是中控系統(tǒng)主要內容，可以充分保證乙二醇添加量合理性，有效預防水合物。

參考文獻：

[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，達州，635000