關于港西油田氣井井口伴熱流程的研究

王冬梅（中國石油大港油田第五采油廠）

前言

港西油田位于天津市大港區(qū)最南端，距天津市區(qū)65 km，北靠北大港水庫。港西所在地區(qū)屬大陸性氣候區(qū)，其特征表現(xiàn)為冬季寒冷、干燥，春季干燥、多風，夏季炎熱、多雨，秋季天氣晴朗。四季分明，冬夏長，春秋短。冬季最低氣溫達到-27℃[1]。港西油田自噴純氣井，一般井口壓力較高，在保溫套內(nèi)高壓氣體通過油嘴降到低壓系統(tǒng)時，由于油嘴節(jié)流，天然氣膨脹吸收熱能，導致流程凍結(jié)，不能進行天然氣正常集輸[2]。港西油田天然氣成分見表1（水露點為8.8℃）。

通過對氣井井口流程伴熱方式長期的探索及應用，總結(jié)出了3種實用性較高的伴熱流程，從而保障冬季純氣井的正常生產(chǎn)。

表1 港西油田天然氣成分 單位：%

1 伴熱方式工作原理

1.1 摻水循環(huán)伴熱流程

摻水循環(huán)伴熱流程依賴于摻水系統(tǒng)，通過加熱爐對摻水來液進行加熱，加熱后的摻水進入井口保溫套循環(huán)空間（低進高出）對油嘴處進行伴熱，伴熱后的摻水隨井口產(chǎn)出氣液進入至油系統(tǒng)。

選取2017年4月12日西54-2-3井報表數(shù)據(jù)。油壓8.79 MPa，回壓0.67 MPa，使用3 mm油嘴，使用2.0 mm摻水水嘴，日摻水量12.3 m3。計算油嘴后溫度為169 K[3]，該井產(chǎn)氣量10 311 m3/d。

氣體溫度升高到-3℃需要的熱量為1740330kJ/d。該熱量使12.3 m3的熱摻水一天的降溫幅度為34℃。即在該氣井的工作制度和工作壓力下，摻水的來水溫度至少保持34℃以上才能防止油嘴及管線凍堵。加熱爐加熱后的摻水溫度一般在50℃以上，完全能夠滿足要求，井口無凍堵現(xiàn)象。進口摻水循環(huán)伴熱流程見圖1。

圖1 氣井井口摻水循環(huán)伴熱流程

1.2 同心管循環(huán)伴熱流程

同心管循環(huán)伴熱流程（圖2），是繼摻水循環(huán)伴熱流程后實施的氣井井口伴熱流程，該項流程通過加熱爐對井口產(chǎn)出的氣液進行加熱，加熱后的氣液通過加長保溫套的環(huán)狀空間伴熱油嘴處，然后通過同心管的環(huán)空空間對管道進行伴熱，再進入小氣包進行氣液分離，分離出的天然氣為加熱爐提供起源。

圖2 氣井井口同心管循環(huán)伴熱流程

選取2016年10月5日西1603井報表數(shù)據(jù)。油壓6.1 MPa，回壓0.45 MPa，使用5.5 mm油嘴，產(chǎn)出氣進加熱爐加熱后循環(huán)保溫套和中心筒。在無熱傳導的條件下，計算油嘴后溫度為168 K，該井產(chǎn)氣量24 051 m3/d。該產(chǎn)量下油嘴后氣體溫度升高到-8℃需要的熱量為3 898 652 kJ/d。

假設加熱爐來氣溫度70℃，加長保溫套和同心管進行了充分的熱交換，在同心管的出口端溫度平衡，加熱爐進口溫度為-17.5℃，同心管循環(huán)加熱效果較好，井口無凍堵、結(jié)霜現(xiàn)象。

1.3 電磁感應加熱裝置

電磁感應加熱設備是通過高頻控制器將380 V/50 Hz交流電變成15～20 kHZ的高頻交流電流，通過電磁感應毯轉(zhuǎn)換為高頻交變磁場，該高頻交變磁場的磁力線作用到閥門、管道上產(chǎn)生蝸流，從而快速加熱金屬[4]。開機幾十秒可使金屬管件達到設定溫度；由于是感應加熱，磁力線能快速穿透保溫材料實現(xiàn)加熱。

設備由3部分組成，分別是主機、電熱毯、熱電偶，主機在油氣井現(xiàn)有配電箱取電，電熱毯分為五塊包扎在需要加熱的保溫套及管道上，信號線、電纜線穿鍍鋅防爆管埋地鋪設，安裝簡單。

該設備在港西油田的西9-14-2k實驗應用，該井日產(chǎn)氣量12000m3，油壓8.5MPa，套壓9.1MPa，回壓0.26 MPa，井口產(chǎn)出氣通過油嘴時，天然氣膨脹吸收熱能，溫度將至-25℃左右，在無伴熱裝置時，井口發(fā)生凍堵現(xiàn)象，無法正常生產(chǎn)，安裝電磁感應伴熱裝置后，井口溫度調(diào)試至100℃，該井能夠正常生產(chǎn)運行，產(chǎn)出氣能夠達到5℃，運行以來井口都無凍堵、結(jié)霜現(xiàn)象發(fā)生，裝置運行平穩(wěn)。

設備采用的是國家環(huán)?？偩忠?guī)定的安全頻率范圍，所以對人體沒有影響，另外，因為是非接觸加熱，不存在漏電等安全隱患；無熱源加熱的典型應用，所以非常安全可靠，特別適用于易燃易爆等石化行業(yè)使用。

2 伴熱方式效果分析

港西油田采用了以上3種伴熱方式，均能有效的防止凍堵現(xiàn)象的發(fā)生，滿足氣井的正常生產(chǎn)，相較而言各有利弊。伴熱方式對比見表2。

3 結(jié)論

1）摻水循環(huán)保溫套工藝因有水的參與，循環(huán)降溫后，氣體和摻水溫度必須保持在0℃以上。而水的比熱容較高，水量可調(diào)，加熱爐溫度可調(diào)，能保證一般氣井的正常生產(chǎn)[5]。

2）同心管工藝適用于壓力10 MPa以下，日產(chǎn)氣量在2×104m3以下的氣井。更高壓力和更高氣量氣井需對該工藝進行改進。

3）電磁加熱工藝適用于壓力10 MPa以下，日產(chǎn)氣量在13 000 m3以下的純氣井。對放套管氣井需根據(jù)油管產(chǎn)液量而定。由于油管產(chǎn)液的影響，氣體的溫度太低，如果油管產(chǎn)出的液量不足，氣體和液體進行熱交換以后，溫度降低到零度以下，回壓升高，管線凍堵。

表2 伴熱方式優(yōu)缺點對比

4）3種伴熱方式均能滿足港西油田氣井井口冬季生產(chǎn)的伴熱[6]需求，通過優(yōu)缺點對比，電磁感應伴熱設備較其他2種方式優(yōu)勢更為突出。具有安裝便捷、節(jié)約安裝、采購費用、節(jié)約能源的特點。電磁加熱較其他兩種工藝節(jié)省安裝、采購費用5萬元/井次，單井節(jié)約天然氣量73000m3/a。