煤層氣集輸管道積液判斷及治理技術

李 鵬 宋振坤 劉明仁 董建秋 張 潔 師 璐

(1.中國石油華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000；2.中國石油華北油田勘探開發研究院，河北 062552；3.中國石油華北油田公司，河北 062552)

1 概述

煤層氣集輸工藝中“集中處理”的特點決定了采出氣至集氣站間的低壓濕氣輸送，隨著氣體在采氣管網的運移，氣體溫度、壓力的不斷變化，導致氣體含水飽和率發生變化，而地勢的高低起伏更加助推了凝析水的產生，導致冬季局部管道水堵、井口憋壓、計量閥組凍堵等問題的發生。針對運行實際，深入開展采氣管網積水低端排放技術研究，開展冬季管網積液特征、凝析水產出機理研究，總結前期管控方式及針對性的治理措施，分析目前部分凝液缸放水效率不高的原因。

2 集氣管網積液產出機理及特征研究

2.1 計量閥組的凝析水產出認識

當氣體在管道中流動時，由于局部阻力，如遇到縮口和調節閥門時，其壓力若顯著下降，這種現象稱為節流。在壓力一定的情況下，隨著溫度的降低，氣液兩相呈分離流狀態，管壁處流速在增加的狀態下，氣體滑脫現象顯著。進入10月下旬，受單井井口、計量閥組節流、溫度雙重影響，煤層氣飽和含水量開始減少，(漸變的過程)在未形成積聚影響前，積液流入計量閥組后段，如圖1所示。

圖1 單井計量閥組示意圖

2.2 結合排采井不同生產特征，優化凝液缸安裝位置

傳統凝液缸安裝原則，只是單純考慮地勢因素：(1)采氣支、干線出現V形結構，低點爬坡處加裝凝液缸；(2)采氣支、干線出現>30°且連續爬坡處，加裝凝液缸；(3)井位相對閥組較高位，適宜在閥組或干線安裝凝液缸。這樣存在的問題是單純考慮地勢而忽略單井氣量變化規律，在低洼處設置凝液缸排液效果較差。

根據單井不同排采階段，調整凝液缸。根據排采井的排采周期，按照提產、穩產、遞減階段的氣量變化來調整凝液缸位置，如圖2所示。

圖2 凝液缸不同生產階段按照位置模擬圖

通過總結2018～2019年新增凝液缸的使用效果，優化部分單井凝液缸安裝位置，現場再部分井場實施調整：

華溪1-X原凝液缸放水效果差，分析認為，該井氣量較大，氣體流速快，攜液能力增強，判斷積液位置應在離井口較遠，將該井凝液缸位置調整在管線靠近閥組1/3處，擇低點安裝。調整后，效果明顯改善。

華加X井原凝液缸設在井口近端，隨著排采周期延長，該井進入遞減期，排液效果變差，調整凝液缸后(近井口)，掃線0.3L，凝液缸放水20L，效果明顯，有效降低了非自然遞減的影響。

3 不同排液方式

(1)結合凝液缸位置的掃線方法

針對井口地勢較低的單井，應在爬坡位置設置凝液缸，這樣可先通過凝液缸放水后，再進行反掃將爬坡位置的積水反掃到凝液缸中排出。

華溪2-X井組冬季受積液影響明顯，掃線周期為2天且通過簡單地井口掃線無效果。現場勘查管線走勢后，在單井井場外，地勢高點加裝凝液缸后，通過反掃線，凝液缸放水效果良好，日放水量最高達到3L，基本恢復正常氣量。

(2)結合山區復雜地勢的掃線方法

管線爬坡時掃線，由于壓力較小在上坡時水會停留在上坡的管線中，首先將坡底的凝液缸需先放去水，然后再反掃線，使山坡管線中的水進入凝液缸，然后再放將凝液缸徹底放水。有的管線在山坳處，管線兩端A井進行正掃，B井進行反掃線，將水掃入凝液缸，再從凝液缸中放出(圖3)。

圖3 華溪2-X井組地形模擬圖

(3)結合不同管網布局的掃線方法

枝狀管網：可直接反掃，管壓能量不會降低；放射狀管網：管網上各井各有一條線，匯聚到同一閥組，各支線壓力高低不平衡。掃線時，需關閉閥組的某條支線，提高管壓，集中掃線(圖4)。

圖4 爬坡井組地形模擬圖

4 技術設想

借鑒液面測試儀原因，設想聲波裝置產生的聲波沿管道傳播，通過接收裝置測量聲波變化可以識別管道內部界面變化情況，從而確定管道內的氣液界面位置和積液液位(圖5)。

圖5 氣液界面識別模擬圖