惠州油田氣舉采油過程中天然氣冰堵產(chǎn)生原因分析及解決措施探討

王效東 陸姚華

(中海油煙臺港石化倉儲有限公司)

0 引言

氣舉采油技術(shù)是通過向油管內(nèi)注入高壓氣體，降低油管內(nèi)流體密度，以降低井筒壓力損失，使油氣繼續(xù)流出并舉升至地面。氣舉采油具有舉升能力強、適應(yīng)范圍廣、油井故障率低等特點，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

在海上平臺的采油過程中，氣舉工藝也多被使用。中海油深圳分公司惠州油田(CACT作業(yè)者集團)是國內(nèi)第一家海洋對外合作采油機構(gòu)，也是國內(nèi)較早采用氣舉采油的生產(chǎn)單位之一。在惠州油田的幾十口油井當(dāng)中，高峰時期，氣舉井占了半數(shù)以上。然而，從第一口氣舉井投入開始，天然氣水合物就時有產(chǎn)生，不斷給氣舉采油帶來麻煩，甚至造成過巨額的經(jīng)濟損失。

1 天然氣水合物的特征及其歷史

天然氣水合物是天然氣和水在一定的溫度、壓力條件下相互作用所形成的貌似冰狀可以燃燒的固體，俗稱可燃冰。在早期天然氣交易時期，其生產(chǎn)和運輸都是在壓力相對較低的情況下進行的，因此，從未出現(xiàn)過水合物。隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，天然氣的生產(chǎn)、處理和分輸變?yōu)楦邏哼\行，在高壓下除了溫度高而不能結(jié)冰外，人們發(fā)現(xiàn)管道和處理設(shè)備出現(xiàn)了被冰堵的情況，直到二十世紀(jì)三十年代，名叫 Hammercchmidt 的人才證明了所謂的冰實際是天然氣水合物[1,2]。

2 天然氣水合物的形成條件

一般情況下，水合物形成有三個基本條件[3,4]：

(1)低溫：溫度足夠低，在0℃以上可以生成。高于20℃時高壓也不會生成。

(2)高壓：壓力要足夠大。0℃時，3MPa以上就可能生成。

(3)液態(tài)水：要有游離態(tài)水存在。

3 惠州油田氣舉采油中水合物的形成

在惠州油田的氣舉采油過程當(dāng)中，很容易具備天然氣水合物的形成條件。目前中海油惠州油田HZ26平臺上的氣舉井的生產(chǎn)參數(shù)見表1。

表1 惠州油田HZ26平臺氣舉井生產(chǎn)參數(shù)

天然氣經(jīng)壓縮、脫水后，干燥的壓縮氣體(9MPa)經(jīng)氣舉管線注入到氣舉井底進行采油。在此過程中，壓縮后的天然氣要面臨輸送過程中的降溫以及控制閥開啟時的節(jié)流降壓等過程，如果生產(chǎn)參數(shù)控制不當(dāng)，就可能造成冰堵事故。

惠州油田多年的經(jīng)驗表明，以下三種情況下容易導(dǎo)致冰堵的產(chǎn)生：

(1)注氣壓力為10MPa時，注入溫度在20℃及其以下；

(2)注氣壓力為9MPa時，注入溫度在10℃及其以下；

(3)井底節(jié)流閥開啟過快，壓力變化超過0.35MPa /min。

4 天然氣水合物的防治措施

為了防止天然氣水合物的形成，盡可能地減少氣舉采油過程中的損失，必須解決冰堵的難題。通過多年的采油實踐經(jīng)驗，結(jié)合天燃?xì)馑衔锏男纬蓹C理，逐漸摸索出了以下兩種方法來抑制水合物的形成。

4.1 脫水

從氣體中分離水分(被稱為脫水)是首選，沒有水分就不可能形成水合物，這也是生產(chǎn)過程中采用的主要方法。在惠州油田，采用三甘醇脫水，而且使三甘醇能夠重生循環(huán)利用。通過脫水處理，可以很好地預(yù)防冰堵現(xiàn)象。脫水及再生流程如圖1。

圖1 惠州油田氣舉氣脫水及再生流程

從生產(chǎn)分離器分離出來的氣舉氣進入到吸收塔，經(jīng)三甘醇脫水后再次被注入到氣舉井內(nèi)完成氣舉循環(huán)。富含水分的三甘醇依次經(jīng)過過濾器除雜、閃蒸罐除氣、重沸罐除水等流程，最終被再生為含水極低的三甘醇。

4.2 抑制劑

另外一種重要方法是利用化學(xué)制劑來抑制水合物的形成。在HZ26平臺，在注氣管線中連續(xù)注入甲醇來防止水合物的形成。當(dāng)注氣量是5800mscf/d(千立方英尺/天)時，注入甲醇34gpd(加侖/天)，一旦停止注入甲醇，氣舉井將出現(xiàn)異常。如2010年7月13日晚上22點，生產(chǎn)中控操作人員發(fā)現(xiàn)某氣舉井監(jiān)控系統(tǒng)顯示的生產(chǎn)參數(shù)出現(xiàn)異常(圖2)：注氣壓力快速升高，很快壓力高報警；井底壓力快速降低，很快壓力低報警；油井采出液迅速降低，產(chǎn)液量接近零。

檢查發(fā)現(xiàn)因甲醇泵停止往氣舉氣中注入甲醇，導(dǎo)致井底冰堵，迅速恢復(fù)甲醇泵工作，并調(diào)節(jié)注氣量，3個小時后，井底壓力逐漸升高，然后慢慢加大注氣量至正常值，氣井恢復(fù)正常生產(chǎn)。

加大甲醇的注入量后，氣井在2010年7月14日凌晨1點，井底壓力逐漸升高，表明井底氣舉管線中的“冰”逐漸開始溶化，然后慢慢加大注氣量至正常值，最后生產(chǎn)恢復(fù)正常(圖3)。

圖2 冰堵產(chǎn)生時的生產(chǎn)檢測系統(tǒng)界面

圖3 冰堵消失時的生產(chǎn)檢測系統(tǒng)界面

5 幾點認(rèn)識

(1)惠州油田易發(fā)生冰堵的三個條件：①注氣壓力為10MPa時，注入溫度≤20℃；②注氣壓力為9MPa時，注入溫度≤10℃及其以下；③井底節(jié)流閥開啟過快，壓力變化超過0.35MPa/min。

(2)提出了兩種天然氣水合物的防治措施：脫水和加注水合物抑制劑。

1 陳賡良．天然氣采輸過程中水合物的形成與防止[J]．天然氣工業(yè)，2004，24(8)：89-91.

2 趙義，丁靜，楊曉西，等．天然氣水合物及其生成促進與抑制研究進展[J]．天然氣工業(yè)，2004，24(8)：132-134.

3 白云程，孫敬杰，羅向權(quán)，等．石油工程中的水合物抑制[J]．特種油氣藏，2006，13(02)：5-8.

4 邱奎．天然氣水合物的預(yù)測與防治措施[J]．重慶石油高等專科學(xué)校學(xué)報，2001，3(4)：35-38.