后 鑫 雷金晶 趙文祥

中國石化中原油田普光分公司采氣廠，四川 達(dá)州 636150

0 前言

普光氣田天然氣中H2S 組分的平均含量為13.93%（φ），屬于高含硫氣藏。 普光氣田集輸系統(tǒng)主要工藝采用全濕氣加熱保溫混輸工藝。 井口原料天然氣進(jìn)入集氣站，經(jīng)加熱、節(jié)流、計(jì)量后外輸，采用“加熱保溫＋注緩蝕劑”工藝經(jīng)集氣支線進(jìn)入集氣干線［1］。 在氣井試采過程中，各集氣站均出現(xiàn)閥組、排液管線、儀表等處堵塞問題，經(jīng)統(tǒng)計(jì)共有17 類部位存在堵塞問題，極易造成液位、壓力顯示不準(zhǔn)或無顯示，計(jì)量裝置無法準(zhǔn)確計(jì)量，節(jié)流閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法正常動(dòng)作， 分酸分離器前后壓差過大等問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。 因此，科學(xué)分析堵塞原因、采取有效的防堵措施是普光氣田集輸系統(tǒng)運(yùn)行管理的重要任務(wù)。

1 普光氣田地面集輸系統(tǒng)堵塞成因

1.1 堵塞物成分分析

經(jīng)現(xiàn)場取樣共取得固體堵塞物樣品4 份、水樣5 份。采用X 衍射和化學(xué)分析相結(jié)合的方法分析得出，普光氣田堵塞物的主要成分是單質(zhì)硫顆粒，其次還含有少量的（Fe）CaS、CaSiO3、CaSO4和CaCO3等鹽類垢物和有機(jī)硫。

1.2 堵塞原因分析

1.2.1 單質(zhì)硫固體顆粒

在氣藏原始壓力和溫度條件下，元素硫以物理方式溶解在天然氣中，由于儲(chǔ)集層環(huán)境是高溫高壓，而且硫在酸性天然氣中的溶解度很大，所以在地層條件下天然氣對單質(zhì)硫有很大的溶解度。 當(dāng)含硫天然氣藏投入開發(fā)后，隨著氣相從地層遠(yuǎn)處向井底流動(dòng)的過程中，壓力、溫度不斷降低，元素硫的溶解度也就相應(yīng)降低，在生產(chǎn)開發(fā)時(shí)，井筒附近的壓力降低，當(dāng)壓力一旦降低到臨界壓力以下時(shí)，便會(huì)有大量的單質(zhì)硫析出，析出的單質(zhì)硫量達(dá)到一定值，而且當(dāng)流體水動(dòng)力能量充足時(shí)，析出的單質(zhì)硫?qū)⒈粴饩黧w攜帶至地面集輸管網(wǎng)中［2-3］。

目前，普光氣田單井產(chǎn)氣量在15×104～120×104m3/d，遠(yuǎn)高于攜硫臨界流量，所以析出的大量單質(zhì)硫顆粒隨原料天然氣流動(dòng)方向一起運(yùn)移，并被攜帶至地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)中，易造成集輸管網(wǎng)的節(jié)流裝置、計(jì)量儀表、捕霧器和管線彎頭等部件的堵塞。

1.2.2 天然氣水合物

根據(jù)普光氣田主體部位已獲氣井氣質(zhì)報(bào)告， 通過HYSYS 軟件計(jì)算出普光氣田不同壓力下天然氣水合物的形成溫度，見表1?？芍展鈿馓锛斚到y(tǒng)天然氣水合物可能形成的溫度為23.2～27.4 ℃。

表1 不同壓力下天然氣水合物的形成溫度

以普光101 集氣站2012 年1 月平均溫度和壓力數(shù)據(jù)為例見表2，對比得出：普光氣田地面集輸系統(tǒng)主工藝流程管匯中不會(huì)形成天然氣水合物，由于主工藝流程管線采用了保溫層保溫， 并用加熱爐對輸送介質(zhì)加熱，使輸送介質(zhì)的溫度高于天然氣水合物生成溫度，而部分排液管線未覆蓋保溫層，且采取間隔排液方式，所以受外界環(huán)境溫度變化的影響大，易形成天然氣水合物。

1.2.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)

普光氣田地面集輸系統(tǒng)中發(fā)生堵塞的部件與這些部件的自身結(jié)構(gòu)有較大的關(guān)系，如捕霧器、整流器、節(jié)流閥籠套和液位變送器取樣閥等元件對固體顆?；蛄黧w黏度較為敏感，當(dāng)輸送介質(zhì)為含有較多固體顆粒的氣液固混合流體時(shí)，這些元件就易被固體堵塞。

1.2.4 外來流體

普光氣田地面集輸系統(tǒng)中的外來流體主要是酸化壓裂后未放噴完的殘酸，防止管線腐蝕添加的緩蝕劑和地層水等。 這些外來流體具有黏度大、流動(dòng)性差、成分復(fù)雜、固體顆粒含量高、易生成鹽類垢物等特點(diǎn)，易引起地面集輸系統(tǒng)的管線、閥門和儀表等部件的堵塞。

表2 P101集氣站2012年1月平均溫度和壓力

2 普光氣田地面集輸系統(tǒng)解堵、防堵措施

2.1 加注解堵劑

2.1.1 解堵劑加注裝置

普光氣田地面集輸管網(wǎng)建設(shè)時(shí)，考慮了后期生產(chǎn)中單質(zhì)硫顆粒造成堵塞，需要加注解堵劑的問題。各集氣站均在分酸分離器后、加熱爐前，預(yù)設(shè)有解堵劑加注口。 利用預(yù)設(shè)的解堵劑加注口進(jìn)行在線加注，氣井不需停產(chǎn)［4］。

解堵劑的加注方式采用藥劑泵與加注點(diǎn)一對一間歇性加注。 在首次加注時(shí)，應(yīng)關(guān)井對集輸流程用解堵劑浸泡12～24 h，以徹底解除集輸系統(tǒng)中的堵塞。 解堵劑的后續(xù)加注量和加注周期需根據(jù)普光氣田生產(chǎn)中堵塞情況確定。 采用加注解堵劑，可有效地解決分酸分離器下游集輸管線和設(shè)備的堵塞問題，如排液管線和整流器的堵塞。 普光氣田集氣站溶硫劑加注流程見圖1。

圖1 普光氣田集氣站溶硫劑加注流程

2.1.2 解堵劑優(yōu)選

從前面的分析可以看出，造成普光氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)堵塞的主要原因是單質(zhì)硫固體顆粒沉積堵塞。 目前國內(nèi)外解決硫沉積的方法大致可歸納為三個(gè)類型：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、加熱熔化及溶硫劑［5］。通過前期資料調(diào)研和現(xiàn)場實(shí)際考察，分析認(rèn)為普光氣田集輸管網(wǎng)硫沉積情況相當(dāng)嚴(yán)重， 采用物理溶劑解堵難以取得較為理想的效果，因此，解堵劑的主體溶劑應(yīng)選擇溶硫能力更強(qiáng)的化學(xué)溶劑。

為了解溶硫劑對普光氣田集輸系統(tǒng)中堵塞物的溶解性能，需對堵塞物進(jìn)行取樣，通過實(shí)驗(yàn)對溶硫劑的解堵性能進(jìn)行考查， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明解堵性能最好的是DDMS 解堵劑， 是一種以DMDS 為主劑、DEA 和MDEA作為催化劑的解堵劑， 在30 ℃下， 分別在同樣重量的DMDS 主溶劑中加入不同比例的DEA 和MDEA，測定加有不同催化劑用量對DDMS 解堵劑解堵能力的影響，見表3。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在DMDS+DEA 溶劑中加入不同量的MDEA 催化劑，對堵塞物的溶解度均有不同程度的提高。 當(dāng)DMDS∶DEA∶MDEA 的比例為25∶1∶5 時(shí)，DDMS 解堵劑的解堵性能最佳。

表3 催化劑用量對DDMS解堵劑解堵性能的影響

同時(shí)考慮到高含硫地面集輸系統(tǒng)通常會(huì)加入緩蝕劑、 天然氣水合物抑制劑等， 且氣井產(chǎn)出物中含水，因此，在室內(nèi)對解堵劑的性能進(jìn)行評價(jià)。DDMS 解堵劑的解堵性能試驗(yàn)和室內(nèi)評價(jià)試驗(yàn)結(jié)果表明：DDMS 解堵劑對普光氣田地面集輸系統(tǒng)堵塞物有較高的溶解度，解堵性能優(yōu)良，在水和油存在的條件下，仍然有不錯(cuò)的解堵性能，與緩蝕劑配伍性好，對管材腐蝕小。

2.2 引用電伴熱裝置

從前面普光氣田堵塞原因分析可知，氣井產(chǎn)出物中的外來流體黏度大是引起普光氣田儀表堵塞的原因之一；而通過對儀表堵塞處的黏稠物進(jìn)行水浴加熱試驗(yàn)后表明：黏稠物的黏度與溫度成反比，即溫度越高黏度越低。 因此，可以通過加熱的方式對儀表系統(tǒng)中的堵塞元件進(jìn)行解堵。 從而引入電伴熱技術(shù)，通過對集氣站計(jì)量分離器高級孔板閥流量計(jì)閥組、井口分酸分離器上液位計(jì)及上下取壓球閥和外輸總計(jì)量孔板流量計(jì)閥組3 處現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：計(jì)量分離器孔板流量計(jì)處和井口分酸分離器上液位計(jì)處電伴熱加熱溫度控制在50 ℃以上， 外輸總計(jì)量處電伴熱加熱溫度控制在70℃以上，解堵效果良好。

2.3 更換分酸分離器中捕霧器類型

沖擊型捕霧器是目前使用最為廣泛的捕霧器類型，這是因?yàn)樗茉谑褂眯?、運(yùn)行范圍、壓降要求和安裝成本等方面提供良好的平衡。 沖擊型捕霧器包括折板式、絲網(wǎng)式和纖維填料式［6］。目前普光氣田分酸分離器中使用的是絲網(wǎng)式捕霧器。 通過對沖擊型捕霧器的主要性能進(jìn)行對比分析得出，葉片式捕霧器比絲網(wǎng)式捕霧器更適用于普光氣田。 沖擊型捕霧器性能見表4。

表4 沖擊型捕霧器性能

2.4 利用設(shè)備橇塊的沖砂口及時(shí)沖砂

由于分酸分離器、計(jì)量分離器和火炬分液罐等分離容器分離出的液體黏度大、流動(dòng)性差且含有較多的固體顆粒物，易造成設(shè)備和排液管線的堵塞。 定期利用這些設(shè)備的沖砂口進(jìn)行沖砂作業(yè)，可以保證分離容器內(nèi)部的清潔，有助于防止設(shè)備堵塞或降低堵塞程度。 同時(shí)，應(yīng)對分離容器按照一定的周期進(jìn)行沖砂作業(yè)，以保證容器的分離效果。

3 結(jié)論

普光氣田地面集輸系統(tǒng)中堵塞物的性質(zhì)可以分為兩類：一類是由單質(zhì)硫、鹽類垢物和有機(jī)硫化物混合形成的固體垢物；另一類是天然氣水合物。 氣井在目前地層條件下，高含硫天然氣中析出的大量單質(zhì)硫不會(huì)在井筒中形成硫沉積，而是隨氣井產(chǎn)出流體進(jìn)入地面集輸系統(tǒng)造成堵塞。可采用加注溶硫劑措施進(jìn)行防堵，DDMS 解堵劑是一種針對性強(qiáng)、解堵性能優(yōu)良、配伍性好、腐蝕小的新型解堵劑，適合在普光氣田的實(shí)際生產(chǎn)中使用。 普光氣田集輸系統(tǒng)在目前生產(chǎn)條件下，主工藝流程中不會(huì)形成天然氣水合物，而排液管線受環(huán)境溫度、排液間隔時(shí)間的影響在冬季易形成天然氣水合物，可采用電伴熱加熱保溫措施提高溫度進(jìn)行防堵。 外來流體黏度大、流動(dòng)性差，易引起地面集輸系統(tǒng)中管線、閥門和儀表等部件的堵塞，可采用電伴熱加熱保溫措施降低流體黏度進(jìn)行防堵。

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