气井开采单井不加热集输.doc

加强气井生产管理加强气井生产管理 实现单井不加热集输实现单井不加热集输 采气一厂采气一厂 郭永超郭永超 吕吕慧芳慧芳 一、前言一、前言 某气田于 1998 年 10 月 28 日建成投产 50104m3/d 天然气临时 处理装置，1999 年建成投产天然气处理正规处理装置，设计处理能 力为 150104m3/d，2004 年扩建后生产能力提高到 180104m3/d。 截止到 2008 年底，气田累计生产天然气 47.33389108m3，凝析油 20.72757104t，连续安全生产 3690 天。 到 2008 年，整个气田单井及处理装置已连续运行了近 10 年， 2004 年 11 月为缓解冬季供气紧张局面，进行了气田增产扩建，工 程改建后生产能力最高提高到 180104Nm3/d。2006 年完成气田工 程改造，单井更换 6 台水套炉（315kw2 台、500kw4 台） ，增设 了自动化监控系统，呼 2 井加装注醇工艺设备 1 套等；随气田开发 地层压力逐年下降，井口油压下降至 12 MPa，节流效应变差，外输 气温度较高，工艺参数变化较大， 为达到节能降耗、降低采气成本 的目的， 2006 检修后作业区对单井工艺参数校核、优化，通过摸 索从呼 2002 井开始进行水套炉不加热冷输试验，2006 年有 3 口井 不加热冷输，2007 年有 6 口井水套炉夏天不加热，2008 年有五口井 全年不加热集输，作业区全面实现了单井不加热冷输。 二、生产现状二、生产现状 1、 单井工艺流程介绍单井工艺流程介绍 2 V-1V-2V-3 V-6 V-7 V-8V-9V-10 V-12 I-1 I-2 V-14V-15 V-16 V-17 V-19V-20 V-21 V-22 5 E-3 气井来 气 集气站来干气 V-26V-27V-28V-29 V-30V-31 V-32 V-33 10 V-34 V-35 V-36 V-37 E-5 I-4 V-38 V-39 1 燃气排污 2 3 4 6 9 7 8 j进入集气站 图 1 单井加热节流工艺流程 1采气树；2套压；3油压；4紧急切断阀；5水浴炉；6 节流阀；7安全阀（自动放空） ；8手动放空阀；9外输至集气 站闸门；10分气包 2、单井主要工艺运行参数、单井主要工艺运行参数 表 1 单井运行工艺参数（2008年 12 月） 序 号油压一级前外输压力外输温度一级前温度产量 呼 00111.611.07.4354628 呼 200212.712.56.8254218 呼 200312.011.77.0314220 呼 200411.711.58.2384528 呼 200512.211.87.8344522 呼 200612.411.38.138（停炉 31）4320 3、 存在问题存在问题 随气田开发地层压力逐年下降，井口油压下降，节流效应变差， 3 外输气温度较高，此外 2006 年通过对气藏地质资料及井口物流资料 分析：天然气含饱和水，天然气含凝析油分率为 493.67kg/104Nm3； 远期，凝析油逐年减少，含水率逐年上升，井口温度也呈上升趋势。 （1）随着井口温度的上升，一些单井夏季已没有点炉的必要， 根据节能降耗的要求，部分单井应考虑停炉。 （2）单井点炉增加了气井无人职守的安全隐患，也增加了员工 的劳动强度。 三、单井参数校核三、单井参数校核 1、 有关水合物形成的基本知识有关水合物形成的基本知识 （1）天然气水合物的定义 天然气水合物（Gas hydrate）也称水化物。它是由碳氢化合物 和水组成的一种复杂的、但又不稳定的白色晶体。一般用 M.nH2O 表 示。大量研究水合物结构表明，在水合物中水分子形成了多面体骨 架，其中有孔穴，孔穴体积由气体分子所占据，即水合物是一种笼 形包合物，水分子借氢键结合笼形晶格，气体分子则在范德华力作 用下，被包围在晶格中。 中高压下的天然气在 0（甚至 25）以上就能形成水合物 （一种固体） 。 天然气集输系统中水合物的存在将堵塞井筒、油咀、管线、阀 门和设备，造成生产故障或事故，在天然气脱水以前必须保证生产 温度大于天然气的露点温度。 4 （2）天然气水合物生成条件预测 主要条件： 1）必须有水：天然气必须处于或低于水汽的露点，出现“自由 水” ； 2）足够高的压力：即水蒸气的分压等于或超过在水合物体系中 与天然气的温度所对应的水的饱和蒸汽压； 3）足够低的温度：天然气的温度必须等于或低于其在给定压力 下的水合物形成温度。 次要条件： 4）高流速、气流扰动或压力脉动； 5）出现小的水合物晶种； 6）含有硫化氢或二氧化碳。 2、 单井进站温度的校核单井进站温度的校核 通过长期的实践或实验的方法，找到了不同相对密度的天然气 生成水合物的条件，并把它绘制成图， （见图 2）图中曲线为形成水 合物的压力温度曲线，曲线上方为水合物的形成区，曲线下方为 不存在区。根据该图可以大致确定水合物形成的压力和温度，但对 含 H2S 的天然气误差较大，不宜使用。 某气田天然气有二低一高的特点，天然气密度较低，非烃含量 较低，甲烷含量高，不含硫。所以可以使用水合物压力温度曲线 来预测水合物的形成。 5 表 2 某气田天然气组成表（V%） C1C2C3i-C4n-C4 92.71583.74890.65830.16530.2169 i-C5n-C5C6C7+N2 0.11240.06260.05230.92891.3356 图 2 预测形成水合物的压力温度曲线 已知目前呼气田各单井的进站压力平均为 P=6.8MPa，天然气 相对密度 =0.5992 ，从“预测形成水合物的压力-温度曲线”中 可以查出，对应的温度值约为 15。根据 GB503502005油气集 输设计规范水合物的防止规范要求，天然气水合物的防止，应确 保天然气集输温度应高于水合物形成温度 3以上，因此可确定天 然气的最低进站温度为 18，为安全起见结合处理站实际运行情况， 按单井进站温度不低于 20进行校核。 6 3 3、 各单井外输温度的校核各单井外输温度的校核 根据油气集输设计规范,油气集输管道任意点的流体温度应 按下式可计算求得。 式（3 e x x tttt )( 010 1） 式中管道沿线任意点的流体温度（） ； x t 管外环境温度（埋地管道取管中心深度地温） （） ； 0 t 管道计算段起点的流体温度（） ； 1 t 自然对数底数，宜按 2.718 取值；e 系数按式（32）计算； 管道计算段起点至沿线任意点的长度。用于原油集输管道x 计算时单位为“m” ，用于集气管道计算时单位为“km” 。 式（3 pv cq KD 6 10256.225 2） 式中管道中气体到土壤的总传热系数；K)/( 2 CmW o 管道外径（m） ；D 气体流量（m3/d） ； v q 气体的相对密度； 系数按式（32）计算；。 p c)/(CkgJ o 式中气体的相对密度 为 0.6；传热系数 K 由可查得； 由表 2 天然气组成表通过 hysis 计算软件计算 p c 可得为 2.7。式（31） 、式（32）中各参数见下表：)/(CkgkJ o 7 表 3 各计算参数 井号呼 001呼 2002呼 2003呼 2004呼 2005呼 2006 管线长度 x（km） 5.30.21.73.44.44.4 管道外径 D(mm) 11489898911489 气体流量（万方） 281820182220 传热系数 K 1.361.261.261.261.361.26 已知单井进站最低温度为 20，设=20；=0（一般情况 x t 0 t 下管道埋深处0，=0时计算的单井外输温度为最大值） ，参 0 t 0 t 考表 3 各参数，由公式（31）反算求得单井外输温度。 （表 4） 表 4 同产量情况下单井外输温度校核值与实际值 井号呼 001呼 2002呼 2003呼 2004呼 2005呼 2006 实际外输值（）3525313834 38（停炉 31） 校核外输值（）302123242928 气体流量（万方） 281820182220 4 4、 一级节流前（井口）温度校核一级节流前（井口）温度校核 单井外输温度已校核得知，外输压力及一级前压力、温度也由 表 1 可得，一级前温度校核可由公式（33）计算求得，也根据 8 （图 3）采用图解法天然气节流中压降与温度的关系的得知校 核后的一级前温度（或井口温度） 。 式（3 )1()( 010ee x X x x PJ tttt 3） 式中 焦耳汤姆逊效应系数（/ MPa）J 长度管段的压降（MPa）其他参数与式（3-2）相同。 X P 图 3 天然气节流中压降与温度的关系 表 5 校核后的各单井一级前温度 井号呼 001呼 2002呼 2003呼 2004呼 2005呼 2006 一级前压力（MPa） 1112.511.711.511.811.3 单井外输压力 （MPa） 7.46.87.08.27.8 81 节流压差 P（MPa） 3.65.74.73.34.03.2 9 温度降 t（）131916111311 校核温度值（）434039354239 实际温度值（）464242454543 根据校核结果可知各单井除呼 2（关井）外，均可停炉。 四、实际运行结果分析四、实际运行结果分析 由以上校核分析结合 2007 和 2008 年停炉试验结果得知，呼 001、呼 2002、呼 2003、呼 2004、呼 2005 五口单井均可停炉，但 只限于在高产量情况下运行。因为各单井在产量下调时，井温也会 随之下降，当单井产量低于 15 万方情况，仍然需要点炉，所以单井 停炉（拆除水浴炉）后各单井调产时需要合理配产。 经 2007 年和 2008 年停炉试验时，呼 2006 虽然理论校核满足停 炉要求，但经试验得知冬季仍需点炉。 呼 2002 井虽然满足停炉条件，但考虑到气田每年停产检修期间， 要给呼县供气，且产量在 10 万方以下，此时就不满足停炉条件。 因此由校核结果结合实际试验运行情况只有呼 001、呼 2003、 呼 2004、呼 2005 四口单井可停炉或拆除单井水浴炉。 五、效果分析五、效果分析 1 1、 经济效益经济效益 通过单井停炉措施的实施，在满足安全生产的前提下，降低了 单井能耗。至今某气田 6 口单井（除呼 2）均停炉，通过计量一台 水浴炉耗气约 550 方/天， 6 口单井一年停炉天数平均在