下古氣井注醇不均工藝優(yōu)化

屈建伸，馬鵬舉，侯寧博，廖 超，盧 瀟，史 龍，呂抒桓，郝 潔

（中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

1 國內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)外防止天然氣水合物生產(chǎn)有多種方法，如加熱法、注抑制劑法、井口脫水法、低溫分離法等，早期國內(nèi)外采用較多的是加熱法，即提高天然氣節(jié)流前的溫度，或敷設(shè)平行于采氣管線的伴熱帶，使氣體流動溫度保持在水合物形成溫度2 ℃～3 ℃以上，防止水合物生產(chǎn)，利用保溫措施來防止水合物的形成[1，2]。

蘇里格氣田位于毛烏素沙漠的南部，區(qū)內(nèi)屬于內(nèi)陸性半干旱氣候，夏季炎熱、冬季嚴(yán)寒，晝夜溫差大；常年冬季氣溫-10 ℃～-25 ℃，極端最低氣溫-29 ℃；蘇里格氣田區(qū)域廣，氣候差，傳統(tǒng)的加熱法無法大面積實施。2005 年在蘇里格氣田的地面集輸工程設(shè)計，本著低成本戰(zhàn)略開發(fā)的思想，對蘇里格氣田的內(nèi)部集輸工藝進行了優(yōu)化，重點對如何在無人值守，不使用外部動力源的情況下防止采氣管線水合物形成的工藝進行研究[3]。甲醇是目前國內(nèi)外廣泛采用的一種防止水合物形成的化學(xué)劑，在天然氣中加入甲醇后，可以改變水溶液和水合物的化學(xué)位；通過油管注醇方式向油管內(nèi)注入甲醇來改變水合物水分子之間相互作用，破壞水合物平衡，通過注醇集輸實現(xiàn)工藝管線的防凍和解堵。

蘇里格氣田單井注醇技術(shù)于2005 年由長慶設(shè)計院提出，采用在集氣站建設(shè)注醇泵房集中注醇，并建設(shè)集氣站～各單井的注醇管線，各單井由注醇泵房柱塞計量泵控制加注量和加注速度。進站采用結(jié)合水套爐加熱的方式防止水合物生成[4]。

近年蘇里格氣田逐漸開展了單井自動注醇技術(shù)的研究，根據(jù)動力源分為電動、氣動和重力加注的方法：電動方式主要是采用遠(yuǎn)程控制電動泵將甲醇注入采氣管線內(nèi)；氣動方式是將氣井天然氣調(diào)壓后作為動力源推動甲醇加入采氣管線；重力方式是將甲醇儲罐架設(shè)在高于采氣管線的地方，甲醇儲罐液注壓力和采氣管線壓力平衡后，利用重力勢能滴注，將基準(zhǔn)注入采氣管線。自動注醇技術(shù)的應(yīng)用一定程度解決了蘇里格氣田干管冬季注醇的問題，但暫未形成可靠的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，管理成本和設(shè)備成本較高，且現(xiàn)場管理存在一定的困難，不滿足蘇東氣田下古單井注醇要求。

2 注醇分配不均機理研究

根據(jù)文獻調(diào)研和現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，注醇分配不均同時受注醇管線長度、材質(zhì)、彎頭、摩阻和起伏差等因素影響。根據(jù)研究方法和影響因素的搜集難度，本課題選擇注醇管線管徑、管線長度、干管回壓對注醇不均的影響三個方面進行課題研究。根據(jù)區(qū)塊整體影響相同、影響較小忽略，影響因素數(shù)據(jù)不可搜集等原因，忽略管線材質(zhì)、粗糙度、起伏差、彎頭摩阻、閥門摩阻等單一變量因素（見表1）。

表1 注醇不均影響因素表

2.1 注醇量分配不均影響因素研究

本文主要研究干管回壓，注醇管線長度，注醇管線管徑對不同井注醇量的影響。

使用Pipe flow expert 軟件，選擇達西-韋史巴赫方程建立注醇管網(wǎng)模型，設(shè)定甲醇為不可壓縮流體，針對選取的研究因素進行模擬研究注醇分配不均機理。模擬氣井管網(wǎng)布局，在軟件界面插入集氣站、管網(wǎng)節(jié)點、末端注入井等模塊，通過輸入注醇站壓力、排量等數(shù)據(jù)和注醇管線長度、管徑、摩阻和末端注入點壓力等參數(shù)，模擬計算注醇點流量、流速的分配和各注醇管線的壓力損失。

2.1.1 模擬條件 在模擬過程中采用控制變量法，分別研究干管回壓，注醇管線長度，注醇管線管徑對注醇分配量影響。注醇模型建立注醇壓力端，分支節(jié)點，3個氣井干管注入點管網(wǎng)模型。具體模擬參數(shù)（見表2）。

2.1.2 模擬計算 Pipe flow expert 軟件模擬參數(shù)輸入后，自動模擬計算注醇流量分配，其中N1 為注醇站，P1、P2、P3 分別代表井1、井2、井3 所對應(yīng)的三條注醇分支管線，L 代表各注醇管線的管線長度，D 代表各注醇管線的管線直徑，模擬結(jié)果f 顯示各注醇管線的流量分配值。輸入不同模擬參數(shù)，經(jīng)計算不同影響因素其結(jié)果（見表3）。

2.1.3 模擬計算結(jié)果分析 通過軟件模擬計算結(jié)果可知：（1）不同外輸回壓條件下注醇管線流量分配，主管線分配流量30 L/h，管線P1、P2、P3 分配流量分別為14.03 L/h、10.56 L/h、5.40 L/h，注入流量分配比例分別為46.77 %、35.20 %、18.00 %；（2）不同注醇管線長度條件下注醇管線流速和流量分配，軟件計算結(jié)果主管線分配流量30 L/h，注醇分支管線P1、P2、P3 分配流量分別為7.31 L/h、9.18 L/h、13.50 L/h，注入流量比例分別為24.37 %、30.60 %、45.00 %；（3）不同注醇管線內(nèi)徑條件下注醇管線流速和流量分配，軟件計算結(jié)果主管線分配流量30 L/h，管線P1、P2、P3 分配流量分別為13.16 L/h、9.16 L/h、7.68 L/h，注入流量比例分別為43.87 %、30.53 %、25.60 %。由圖1、圖2、圖3 及計算結(jié)果可以得出注醇管線流量分配與注入端回壓、注醇管線長度成反比，與注醇管線內(nèi)徑成正比。

表2 各影響因素對注醇量分配模擬參數(shù)

表3 各影響因素對注醇量分配模擬計算結(jié)果

圖1 管線流量分配和注入端回壓關(guān)系曲線

圖2 流量分配和管線長度關(guān)系曲線

圖3 注醇管線流量分配和管線內(nèi)徑關(guān)系曲線

注醇管線壓力損失與注入端回壓及注醇管線內(nèi)徑成反比，注醇管線內(nèi)徑越大，注入端回壓越大注醇管線壓力損失越小。而注醇管線長度對管線壓力損失影響不大（見圖1～圖3）。

2.2 注醇不均機理研究結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，各注醇管線的內(nèi)徑、材質(zhì)、摩阻相同，忽略彎頭、起伏差等因素影響，注醇分配不均的主要因素為各單井分支注醇管線的長度和甲醇注入點的干管回壓，管線長度越長，注醇量分配越小，甲醇注入點的回壓（同干管壓力）越大，注醇量分配也越小。結(jié)合現(xiàn)場歷年凍堵情況，外輸壓力較高和注醇管線較長的末端井注醇量分配較小，經(jīng)常發(fā)生冬季凍堵現(xiàn)象，和研究結(jié)果一致。

3 注醇不均單井模擬研究

3.1 建立模型

綜合歷年氣井凍堵情況，選取典型井蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 三口井進行注醇分配不均研究，繪制注醇管網(wǎng)模型，輸入注醇管線長度、注入端點壓力、注醇泵排量、管線內(nèi)徑、粗糙度等參數(shù)，建立試驗井注醇分配不均研究模型（見表4）。

管線P1 為注醇站至注醇支線節(jié)點段注醇管線，長度為400 m，注醇站輸出壓力為6.5 MPa，注醇泵排量為30 L/h；管線P4 為節(jié)點A 至蘇東57-34 井段注醇管線，長度為500 m，干線注入點回壓為5.24 MPa；管線P3 為節(jié)點A 至蘇東57-30 井段注醇管線，長度為3 000 m，干線注入點回壓為5.28 MPa；管線P6 為蘇東57-30 井至蘇東57-30C1 段注醇管線，長度為10 m，干線注入點回壓為5.28 MPa，管線尺寸均為Φ32×5 mm。

3.2 模擬計算

在建立的蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1三口井注醇分配研究模型中，輸入相關(guān)參數(shù)，軟件自動模擬計算各井注醇管線實際注醇量分配，軟件模擬計算得出注醇分配流量結(jié)果（見表5）。

3.3 結(jié)果分析

蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 三口井注醇分配模型軟件計算結(jié)果可知，蘇東57-34 實際注醇分配最大，蘇東57-30C1 實際注醇分配最小，在氣井產(chǎn)液量相等的情況下，蘇東57-30C1 發(fā)生冬季凍堵概率最高（見圖4）。

4 注醇不均優(yōu)化方案

4.1 方案概況

表4 注醇管線內(nèi)徑對注醇量分配模擬計算結(jié)果

表5 注醇分配不均模擬計算結(jié)果

圖4 注醇分配比例餅狀圖

根據(jù)實際需求，選取蘇東5X 站4#干管蘇東57-34 井、蘇東57-30、蘇東57-30C1 井進行注醇優(yōu)化工藝改造，通過在現(xiàn)有數(shù)字化系統(tǒng)組態(tài)網(wǎng)后臺添加控制程序，判斷管網(wǎng)凍堵情況。通過后臺程序控制井口注醇管線處的電動閥門，實現(xiàn)自動、手動、遠(yuǎn)程控制等運行方式控制；總結(jié)自動注醇邏輯，摸索新工藝的精準(zhǔn)注醇排量，形成一套最優(yōu)化注醇方法。

4.2 注醇優(yōu)化現(xiàn)場實施

現(xiàn)場自動化注醇工藝改造，主要包含安裝執(zhí)行機構(gòu)和控制線路，執(zhí)行機構(gòu)主要由高壓電動球閥及其連接法蘭組件構(gòu)成。

2019 年6 月25 日-6 月27 日完成蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 三口井現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制增加供電系統(tǒng)及點位；2019 年7 月1 日-7 月5 日完成三口井站內(nèi)組態(tài)網(wǎng)平臺增加控制界面。

2019 年6 月10 日完成蘇東5X 站4# 干管蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 井現(xiàn)場閥門改造，改造后試壓、穩(wěn)壓后不刺不漏，控制線路埋地，改造合格。

4.3 現(xiàn)場試驗

2019 年11 月11 日-11 月25 日開展注醇分配不均優(yōu)化試驗，11 月11 日-11 月15 日對蘇東57-30 井開展靶向注醇試驗，注醇5 d，累計注醇量3 600 L；11月16 日-11 月20 日對蘇東57-30C1 井開展靶向注醇試驗，注醇5 d，累計注醇量3 600 L；11 月21 日-11月25 日對蘇東57-30 井和蘇東57-34 井開展精準(zhǔn)注醇試驗，因蘇東57-34 井為柱塞工藝井，僅在開井期間關(guān)閉蘇東57-30 井和蘇東57-30C1 注醇閥門，針對蘇東57-34 井進行精準(zhǔn)注醇試驗，日注醇時間8 h，累計注醇試驗5 d，累計注醇量1 200 L。試驗過程中自動注醇系統(tǒng)運行正常，現(xiàn)場閥門開關(guān)到位，試驗階段未發(fā)生管線凍堵現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）通過蘇東57-30 井和蘇東57-30C1 井的試驗結(jié)果分析，針對注醇分配不均的現(xiàn)象，可以遠(yuǎn)程關(guān)閉注醇干管支線其他閥門，對目標(biāo)井靶向注醇，有效解決分配不均導(dǎo)致的凍堵問題。

（2）通過蘇東57-34 井的試驗結(jié)果分析，針對于柱塞氣舉生產(chǎn)井，柱塞生產(chǎn)排液階段尤其容易產(chǎn)生凍堵，在開井排液階段可以通過關(guān)閉支線其余注醇閥門，靶向精準(zhǔn)注醇解決該類氣井冬季凍堵問題。

（3）目前的注醇分配不均優(yōu)化改造僅初步完成了自動化注醇功能，下一步需要結(jié)合各干管生產(chǎn)實際和注醇分配計算方法，實現(xiàn)邏輯注醇，更加智能化緩解冬季氣井凍堵問題。