大小适宜的气体分子, 液态水的存在, 一定的过冷度 (环境温度低于水合物形成温度的值) 是水合物形成的3个必要条件;剧烈运动, 固体杂质和粗糙管壁, 对水合物晶粒的形成和聚集生长起促进作用。在组成天然气的组分中, 甲烷占绝大部分, 还含有乙烷、丙烷、丁烷等轻烃组分和二氧化碳、硫化氢、氮气等非烃类气体。井流物中含有地层水、砂粒等物质, 并沿内壁不光滑油管流动, 因此, 具备形成水合物所必需的气体分子和液态水等条件, 一旦压力, 温度等条件满足, 便会形成水合物, 并粘附在管壁上形成水合物结晶层, 严重时将堵塞整个管路。在天然气混合物从井底流向井口的过程中, 沿程的压力和温度是逐渐降低的。当温度降低到水合物生成温度时, 就可能形成水合物。
在井深小于300m的范围内, 井筒温度低于水合物形成温度, 只要存在自由水便有水合物形成[1,2]。气井油管内形成水合物的充分必要条件是:井流物含有自由水和在井筒压力条件下井筒温度低于水合物形成温度。当天然气组成和地层水的性质一定时, 油管内能否形成水合物取决于井筒的压力和温度分布。井筒压力直接影响水合物的形成, 井筒温度则决定水合物是否形成。
1 井筒水合物的防治措施
1.1 井下气嘴节流法
在过去, 由于节流器受到制造工艺水平的限制, 气田的开发过程中很少使用它。在实际生产中一般采用地面水套炉加热、炉后配置油嘴的传统方法进行生产。这是一种延用几十年的传统方法, 它投资大、耗能高、工艺相对复杂。
随着天然气的开采, 以上诸多现场实际问题暴露在我们面前需要我们一一解决[3]。如何经济有效的开发好低产低压气井, 减少放空气体、减少注醇量, 简约开发低渗透气田是我们迫切需要解决的问题。安装井下气嘴, 在井下实现节流降压, 并可利用地层热量对节流后的降温气流进行加热, 可以大大降低井筒上部压力和井口压力, 防止井筒内形成水合物, 提高井口及地面设备安全程度。目前井下节流技术已在四川、胜利、青海、新疆等油田得到推广应用, 解决了油气井开采中出现水合物冰堵的难题, 并对油气井提高采收率、缓解边水推进和防止井底激动有很大的帮助。在长庆苏里格地区, 节流器的应用也取得了较好的效果。
1.2 产量控制法
调整气井产量, 一方面降低井口压力及井筒中压力, 另一方面, 利用气体的热量提高井筒上部及井口气流的温度, 改变井筒中的压力和温度分布, 使井筒中压力和温度处于水合物生成条件之外。
1.3 加热法
采用电缆加热和注蒸汽加热等方法, 提高油管中气流的温度和井口管汇内的气流温度, 达到防止水合物形成的目的。但是, 电缆和注蒸汽加热的投入费用大, 现场需要一定的设施, 如供电设施, 蒸汽锅炉等。
1.4 隔热保温法
在油管上适当部位的外壁涂敷一层隔热层, 或在环形空间充填隔热防冻层, 可以减少油管气流向周围地层的散热损失, 提高气流至井时的温度, 从而防止井筒中形成水合物。
1.5 油管内涂厌水层法
这是一种降低工艺设备和管道内表面结晶水合物附着力的方法。这种方法不能阻止水合物结晶, 但可以降低水合物晶粒在管壁上的附着力, 使生成的水合物晶粒很容易被气流带走。可降低附着力的厌水材料有碳氢化合物冷凝液, 轻质油以及基于有机硅的分子膜等。
1.6 化学抑制法
加入水合物抑制剂, 水分子之间的结构关系被破坏, 从而理论上可以降低水合物界面上水蒸气压力和水合物生成温度。目前, 甲醇、乙二醇是应用最为广泛的热力学抑制, 注入甲醇或乙二醇是目前石油和天然气工业最常用预防集输管道及加工设备中生成水合物的方法[4]。研究表明, 热力学抑制剂必须应用在高浓度下, 低浓度的热力学抑制剂非但不能发挥抑制效果, 事实上还很有可能促进水合物的形成和生长。此外, 在注入抑制剂来预防水合生成的过程中, 抑制剂的加入量较多, 在水溶液中的浓度一般为10%~60%, 成本较高, 相应的储存、运输、注入等成本也较高;同时, 抑制剂的损失较大, 并会带来环境污染等问题。因此, 在苏14井区也不建议采用向井筒注入抑制剂的方法来预防水合物的形成。
2 结语
所以气田在生产中水合物生成作为必须加以抑制的问题一直受到关注。应该根据井区的现场情况, 建议采用现场应用比较广泛的下入井下节流器作为井区主要的预防措施。井下节流工艺是依靠并下活动节流嘴, 来实现井筒节流降压, 以充分利用地温对节流后气流进行加热, 使节流后气流温度能恢复到节流前温度, 不会在井筒内形成水合物堵塞, 这样不仅可以大幅度的降低进站压力, 而且又不会降低进站气流的温度。同事, 为了保证有效的实现井区气井井下节流的目的, 需要对气井牛产系统的压力和温度数据进行分析, 然后设计出相对应的井下节流气嘴直径、下入深度, 并计算井筒压力温度剖面。
摘要：如何根据温度的变化比较准确的预测出水合物在气井井筒中的形成位置, 对优化气井生产、防止水合物的产生, 高效开发气田都具有重要的意义, 因此本文主要就井筒水合物的防治措施进行分析, 最后提出应该根据油气田实际情况合理选择井筒水合物的防治。
关键词：井筒水合物,防治措施,井下气嘴节流法
参考文献
[1] 李远超, 张国玉, 吴丽烽.井下节流温压分布模型及水合物的预防[J].中国石油和化工.
[2] 马占林, 汝新英.井下节流防治气井水合物技术研究与应用[J].大庆石油地质与开发, 2008, 27 (4) .
[3] 张广东, 刘建仪, 孙天礼, 等.大牛地气田DK27井水合物预测与防治研究[J].天然气工业, 2007, 27 (9) .
[4] 胡友林, 刘恒.天然气水合物对深水钻井液的影响及防治[J].天然气工业, 2008, 28 (11) .