探析采氣管線水合物堵塞原因及處理措施

摘 要：天然氣的水合物是水和天然氣的冰狀結晶化合物，在正常運行的輸氣管線內形成水合物會造成正常采氣及運輸管線和閥門的堵塞凍結，阻礙正常的采氣和運輸。本文主要對采氣過程中天然氣中水合物的形成原因及危害進行了分析，并提出了相應的處理措施，有效地預防和解決采氣管線水合物堵塞問題，從而確保氣井的正常生產。

關鍵詞：采氣管線;水合物;堵塞;危害;處理措施

天然氣氣井中含有地層水、雜質等物質，并沿內壁不光滑的油管流動，因此，具備形成水合物所必需的氣體分子和液態水條件，一旦壓力、溫度條件滿足，便會形成水合物。生產過程中受地表溫度和壓力的影響，天然氣水合物很容易在輸氣管線、閥門及彎頭等部位凝結。

水合物形成后，嚴重影響著天然氣管線的輸送能力，甚至會堵塞管線造成停產。因此，在采氣過程中預防水合物的形成是保證天然氣安全穩定運輸的前提。

1 采氣管線水合物堵塞原因及危害

1.1 采氣管線水合物堵塞原因

首先，氣井在生產過程中，自井底采出的地層水和凝析水以及注入的甲醇等進入采氣管線。在理想情況下，氣液混合物在采氣管線中的流態為層流。但由于受氣井自身狀況及采氣管線所處地勢條件等諸多因素的影響，氣液在管線內的流態變得十分復雜，另外，由于氣液重度與粘度的差異，氣相流動較快，而液相流動相對較慢，造成游離水在采氣管線低洼部位聚集，為采氣管線水合物形成提供了必要條件。其次，天然氣的溫度等于或低于水的露點，有游離水或液態水存在，均可形成水合物，在一定的壓力和氣體組成下，其溫度低于對應的相平衡溫度，水便容易形成亞穩態的晶格框架;通常情況下在開采過程中如果天然氣內的壓力降低則會造成天然氣的溫度下降，形成溫度差，進而在采氣井內的某一深度會達到水合物的形成溫度;當采氣系統內的溫度降低，即便是在井筒內未形成水合物，但溫度過低的天然氣達到地面輸氣管線后，也給水合物的形成創造了條件，天然氣內的有機氣體形成水合物。最后，天然氣管線內形成水合物的條件是天然氣的組分條件。開采出的天然氣中存在易形成水合物的硫化氫或二氧化碳分子以及其他等有機氣體。綜上所述，采氣管線游離水存在、足夠低溫度和雜質越多、組分越復雜是形成水合物的必備條件，另外，井底污物被高速氣流帶到采氣管線且在局部聚集，氣流通過能力降低而產生節流效應，使氣流溫度降低，也是造成采氣管線堵塞的影響因素。

1.2 水合物形成的危害

采氣管線水合物形成的危害主要表現在以下幾個方面：堵塞輸氣管線閘門及在用設備，降低輸氣管線的輸氣能力，嚴重時可使管線的當量直徑全部堵死，甚至停產;易造成站內采氣工藝系統蹩壓，且管線堵塞后處理較為困難;投入的處理成本增加。

2 采氣管線水合物堵塞處理措施

2.1 降壓解堵法

當氣井出現進站壓力、產量、溫度下降的同時，泵壓與井口遠傳油壓上升時，說明采氣管線已經形成水合物冰堵，通過對采氣管線進行局部放空的方法，使壓力在較短時間降低，相應地提高了水合物溫度，使水合物溫度低于管壁溫度，水合物會從管壁脫落并在壓差作用下，將水合物從放空管線推出。當進站壓力下降較快，說明堵點離進站較近，否則堵點靠近井口。當進站壓力在放空過程中上升，泵壓下降，說明水合物已解除，當分液罐液位沒有變化時，說明采氣管線積液已清理干凈，關閉放空針閥及放空旋塞閥，將分液罐污水排干凈后并關閉排污閥。降壓解堵法方法適用于已形成水合物冰堵的氣井。

2.2 氣井實行油套管同時采氣

采取氣井油套管同時采氣，有利于增大氣體與井筒管壁的接觸面積，流體接近管壁，流速越慢越有利于氣體中所攜帶的水份在管壁上凝析，可減少水合物生成的機率; 可大大減少油套環形空間的壓差。例如油管單采，套壓高于油壓，如果油管接頭處有密封不嚴現象，套管中的氣體就會竄入油管。當氣體膨脹，吸收熱量，油管漏點內壁氣體溫度降低，當低于天然氣露點時，在油管壁上就會結成水合物。如果實行雙管生產時，并不存在油套環形空間的壓力差，不給水合物的形成創造條件。

2.3 向采氣管線加注抑制劑

加抑制劑的作用是使抑制劑與氣體中游離水形成冰點很低的溶液，導致水合物生成溫度明顯下降。目前常用的抑制劑為甲醇。根據形成水合物所處的位置，及時加注甲醇，可有效預防水合物的增加和堆積。

①當氣井在生產過程中，發現泵壓不變，進站壓力、產量、溫度同時降低，產液量無變化時，則可判斷采氣管線有水合物堵塞征兆。關閉加熱爐節流針閥及進站閘板閥，將注醇泵排量調至最大，注醇2h左右，待進站壓力正常后，按氣井配產正常開井，觀察進站壓力變化情況，進站壓力緩慢平穩正常下降時，將注醇流程改至地面注醇，依據配產調整大注醇量;

②當氣井在生產過程中，發現泵壓不變，進站壓力、產量、溫度同時降低，產液量增大時，則可判斷是采氣管線有水合物堵塞的征兆。將注醇泵排量調大，開大或關閉加熱爐節流針閥的方法來回活動幾次，注意觀察進站壓力變化情況，當進站壓力正常后，將注醇流程改至地面注醇，依據配產及產液情況，調整大注醇量。注醇解堵適用于進站壓力、產量下降，采氣管線未形成水合物前的氣井應用的解堵方法。

2.4 提產帶液法

氣井在生產過程中，若進站壓力波動較大，產氣量下降，井口遠傳油壓與進站壓力相差較大，在氣量沒有變化的情況下，分離器偶然產少量液，同時進站壓力與井口遠傳油壓有回升現象，采氣管線積液造成回壓增大，產氣量下降，用開大或關小的方法，活動加熱爐節流針閥，聽到氣流中夾雜明顯水流或堅硬物體撞擊聲音，說明采氣管線有水合物冰堵現象。將該井注醇泵排量調大，提高配產量，達到提高氣流速度與溫度雙重效果，較高氣流速度可以提升氣流溫度，增強對管線積液擾動能力，干擾水合物形成與聚集，注意觀察使氣流保持較好攜液能力，否則因井筒積液大量帶出，造成采氣管線冰堵，同時，調高加熱爐水浴溫度，確保節流后溫度在 10℃以上，防止節流效應造成節流后管線冰堵而超壓。提產帶液法適用于采氣管線積液造成產量下降，稍有冰堵現象的氣井應用。

2.5 敷設電伴熱帶

在采氣管線上敷設電伴熱帶，通過伴熱，使天然氣溫度達到形成水合物的溫度以上，是有效防止水合物形成的手段之一。實踐證明，水合物與金屬接觸面的溫度升至30～40℃，在這種條件下水合物會分解。應用此類方法需要明確水合物的生成位置，從兩段向中間位置加熱避免由于輸氣管線內的溫度升高、水合物的分解造成管線內壓力增加。通常采用外管道纏繞伴熱帶或用蒸汽、熱水進行局部加熱，將水合物進行分解。

3 結論

綜上所述，天然氣在開采過程中形成水合物的條件受到多種因素的影響，水合物形成后，嚴重影響著天然氣管線的輸送能力，甚至會堵塞管線造成停產。因此，在日常生產過程中，需要根據氣井實際情況，采取合理的處理措施，有效地預防和解決采氣管線水合物堵塞問題，從而確保氣井的正常生產。

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作者簡介：

岳擁軍（1981- ），男，河南淅川縣人，高級工，從事采氣工作。