覃 勇，張世棟，邢廷瑞，劉建東，張 軍

(中國(guó)石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000)

在高壓高氣油比自噴井生產(chǎn)過(guò)程中，在一定條件下液態(tài)水與天然氣中的某些組分就會(huì)在某些部位形成冰雪狀復(fù)合物，通常稱(chēng)之為天然氣水合物。這些水合物能堵塞井筒、閥門(mén)、管線和設(shè)備，降低油井產(chǎn)能，影響正常生產(chǎn)，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐捎蜌饩．a(chǎn)。凍堵發(fā)生后若處理不當(dāng)，又有可能傷害操作人員和損壞相關(guān)設(shè)備，造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。因此，水合物凍堵解除及防治是多年來(lái)困擾生產(chǎn)的一個(gè)突出問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文從水合物的生成條件及影響因素入手，對(duì)水合物凍堵解除及防治技術(shù)進(jìn)行研究，并成功對(duì)因水合物凍堵被迫關(guān)井近一年半的陸梁油田SN6320井進(jìn)行解堵和防治，實(shí)現(xiàn)了該井的復(fù)活并維持其正常生產(chǎn)。

1 水合物的生成條件及影響因素

要想研究水合物凍堵解除及防治的有效方法，須對(duì)水合物的生成條件有所了解。它的生成除與天然氣的組分及組成和游離水含量有關(guān)外，還需要一定的熱力學(xué)條件，即壓力和溫度。水合物的生成需要以下條件[3]，其中兩個(gè)必要條件是：①天然氣中含有足夠的水分，以形成孔穴結(jié)構(gòu)；②具有一定的溫度和壓力條件，如高壓和低溫。另外的輔助條件是：①氣體處于脈動(dòng)紊流等激烈擾動(dòng)中；②硫化氫、二氧化碳等酸性氣體的存在；③微小水合晶核的誘導(dǎo)以及晶核停留的特定物理位置如彎頭、孔板、閥門(mén)和粗糙的管壁等。

水合物的生成過(guò)程，實(shí)際上是水合物-溶液-天然氣三相平衡變化的過(guò)程，任何能影響相平衡的因素均能影響水合物的生成和分解過(guò)程。水合物相平衡的影響因素主要有[1]：①天然氣的組分及組成：它是決定是否生成水合物的內(nèi)因，其酸性組分可促進(jìn)水合物的形成，而非水合物生成組分則抑制水合物的形成；②壓力和溫度：降低溫度和升高壓力均有利于水合物生成，且壓力越高，生成水合物的臨界溫度也越高；③含水飽和度：氣體被水蒸氣飽和是水合物生成的基本因素之一；④離子濃度：水溶液中離子濃度越高，水合物形成溫度越低。

焦耳-湯姆遜效應(yīng)，又稱(chēng)節(jié)流效應(yīng)，是描述氣體或液體在絕熱條件下通過(guò)閥門(mén)或多孔塞等節(jié)流裝置前后溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象。除氫氣、氦氣和氖氣等少數(shù)氣體外，大多數(shù)氣體在室溫常壓下節(jié)流時(shí)均為冷效應(yīng)。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)油氣流經(jīng)油嘴時(shí)，產(chǎn)生節(jié)流膨脹效應(yīng)，使得油嘴后體系溫度降低，當(dāng)溫度降至水合物生成的臨界溫度時(shí)，就有可能開(kāi)始生成水合物；在氣液混合物從井底流向井口的多相管流中，沿程壓力和溫度均逐漸降低，當(dāng)溫度降低到水合物生成溫度時(shí)，有可能形成水合物[4-5]。

2 水合物凍堵解除

SN6320井于2010年11月壓裂后自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)原油3 t、天然氣5000 m3，生產(chǎn)氣油比高達(dá)1666 m3/t，含水率為2%，井口壓力高達(dá)17 MPa。由于井口壓力高、溫度低，地面油嘴處產(chǎn)生水合物較多，導(dǎo)致井筒上部、地面管線和生產(chǎn)閘門(mén)等部件結(jié)冰霜嚴(yán)重，造成油井清蠟困難，閘門(mén)開(kāi)關(guān)緊澀，且影響油井產(chǎn)量，存在堵管和爆管安全隱患，故井口工藝流程不能滿足油井安全生產(chǎn)和配產(chǎn)要求，亟需采取相關(guān)措施解決。鑒于引進(jìn)一套高氣井防凍堵裝置經(jīng)濟(jì)效益不高，而井下節(jié)流技術(shù)具有成本較低、技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，故采用安裝井下油嘴解決。但在安裝過(guò)程中井筒遇阻，油嘴下不到預(yù)定位置，使得該井開(kāi)井生產(chǎn)僅一月井筒就完全凍堵，被迫關(guān)井。因此，安全高效地解除水合物凍堵并防止水合物再生成是該油井成功復(fù)活和維持正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。

關(guān)井期間，曾先后采用三種方法對(duì)水合物解堵[6-7]，但只有最后一種方法成功，下面分別簡(jiǎn)述這三種方法并分析其成敗原因。

(1)注化學(xué)劑法。從采油樹(shù)防噴管間斷灌入少量乙二醇，利用水合物與油管壁之間的毛細(xì)管，逐步向下滲透，促使井筒上部水合物解凍。但由于乙二醇與井筒水合物接觸面積較小，解堵速度非常緩慢，達(dá)不到解堵效果。

(2)井口加熱法。采用蒸汽車(chē)對(duì)采油樹(shù)及地面管線加熱解凍，效果較差，主要原因在于井筒完全凍堵，只對(duì)采油樹(shù)及地面管線解凍不能解決問(wèn)題。

(3)油套環(huán)空流體加熱法?？紤]到油套環(huán)空流體自身溫度較高，套壓高于油壓，通過(guò)微開(kāi)規(guī)格化閘門(mén)放套氣降低套壓，使油套環(huán)空流體液面緩慢上升并對(duì)油管均勻加熱，當(dāng)井筒溫度高于水合物形成的臨界溫度時(shí)，水合物與油管就會(huì)逐步剝離，待井筒水合物松動(dòng)跡象明顯后，通過(guò)閘門(mén)控排，解除井筒水合物凍堵。2012年4月24日發(fā)現(xiàn)井筒水合物松動(dòng)明顯，4月25日上午11點(diǎn)，通過(guò)有節(jié)奏地開(kāi)關(guān)該井副生產(chǎn)閘門(mén)，經(jīng)過(guò)3小時(shí)的努力，終于將井筒內(nèi)部水合物成功排進(jìn)外排罐車(chē)，安全有效地解除了水合物凍堵。

水合物凍堵解除存在一定風(fēng)險(xiǎn)，在備料和操作時(shí)必須采取相應(yīng)的防范措施。在閘門(mén)控排過(guò)程中，管材和連接方式務(wù)必符合安全要求，并且要平穩(wěn)操作，因?yàn)楦邏翰钅苎杆賹⑼馀潘衔锏乃俣忍岣咧谅曀伲宜衔锩芏容^大，在其流向改變或遇到障礙物時(shí)(如管線彎頭、關(guān)閉的閥門(mén)等)，高動(dòng)量的水合物存在較強(qiáng)沖擊力，會(huì)造成管線破裂，設(shè)備損壞，火災(zāi)發(fā)生，甚至人身傷害。在利用油套環(huán)空流體對(duì)油管加熱時(shí)，必須采取措施保證油套環(huán)空流體液面緩慢上升，因?yàn)槿粢好嫔仙俣冗^(guò)快，可能導(dǎo)致某些正在分解的水合物段塞中部的氣體壓力急劇增加，從而導(dǎo)致管線破裂。

3 水合物防治

水合物生成的三個(gè)必要條件是溫度、壓力和游離態(tài)的水，只要控制其中的一個(gè)，就可以成功預(yù)防水合物的生成。根據(jù)對(duì)水合物生成條件的研究，防止水合物生成的主要措施有脫水法、升溫法、降壓法、注化學(xué)抑制劑法以及上述各種方法的組合。天然氣中含有水分是生成水合物的內(nèi)在因素，脫除天然氣中的水分是杜絕水合物生成的根本途徑，但對(duì)于油井來(lái)說(shuō)較難實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際情況，SN6320井凍堵解除后主要采取了兩項(xiàng)措施防止水合物再堆積。

3.1 水合物生成位置外移法

對(duì)井口工藝流程進(jìn)行改造，即從副生產(chǎn)閘門(mén)處接一根長(zhǎng)度為10 m的高壓管線，并在其末端安裝一套標(biāo)準(zhǔn)油嘴套。工藝流程改造后，水合物生成位置外移至地面，從根本上達(dá)到防止水合物再堆積的目的。因冬季溫度較低，故冬季時(shí)對(duì)副生產(chǎn)閘門(mén)接出的管線安裝電熱帶并包裹保溫材料，并對(duì)油嘴套安裝保溫箱，以便保證正常生產(chǎn)及便于日常維護(hù)。

3.2 降低井口壓力

因水合物生成的臨界溫度隨壓力的增加而增加，當(dāng)井口壓力很高時(shí)，即使井口采取保溫措施仍有可能生成水合物。排水采氣是封閉型水驅(qū)氣藏開(kāi)采中常見(jiàn)的工藝措施，因?yàn)榫卜e液將增加對(duì)氣層的回壓，限制氣井的生產(chǎn)能力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使氣井停噴[8]。定期向井筒擠注同層水，采用人工制造井筒積液的方式控制井口壓力，使油壓保持在3～8 MPa之間，從而降低水合物產(chǎn)生的臨界溫度。

對(duì)該井采取上述兩項(xiàng)措施后，自2013年4月27日起順利開(kāi)井生產(chǎn)31天，平均日產(chǎn)油13.87 t、日產(chǎn)氣5 223 m3、含水率為0.75%。6月13日安裝了井下油嘴并恢復(fù)正常生產(chǎn)流程，截止2013年11月30日，該井累計(jì)生產(chǎn)536天，平均日產(chǎn)油9.07 t、日產(chǎn)氣6 584 m3、含水率為3.52%，生產(chǎn)平穩(wěn)，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)采取油套環(huán)空流體加熱法，安全有效地解決了水合物凍堵問(wèn)題，使因水合物凍堵被迫關(guān)井近一年半的SN6320井成功復(fù)活。這對(duì)以后此類(lèi)高壓高氣油比特殊井的凍堵解除具有參考意義。

(2)受現(xiàn)場(chǎng)工藝流程的限制，通過(guò)對(duì)井口工藝流程進(jìn)行臨時(shí)改造，外移水合物生成位置并控制井口壓力，使該井順利開(kāi)井生產(chǎn)。

(3)安全生產(chǎn)，重在預(yù)防。應(yīng)加強(qiáng)水合物防治技術(shù)的研究，并積極采取相應(yīng)措施，把水合物凍堵消滅在萌芽中，防止凍堵發(fā)生后對(duì)油井產(chǎn)能和生產(chǎn)安全造成不利影響。

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