王春生 鄭杰 褚會娟 等

摘 要：在一定溫度和壓力條件下，集氣系統(tǒng)不可避免的會形成水合物。遼河油田曙光采油廠在冬季生產(chǎn)過程中，由于溫度低、部分管線埋地淺、尾氣攜液量大等原因，在輸送過程中易形成游離水及水合物，在冬季生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生凍堵現(xiàn)象。預(yù)防天然氣水合物形成的方法有很多，其中在氣井中注入水合物抑制劑的方法較為普遍?，F(xiàn)針對此問題，以水合物減少的百分?jǐn)?shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過軟件計算，對常用的水合物抑制劑進(jìn)行篩選，對篩選出的凍堵防治抑制劑進(jìn)行優(yōu)化用量并制定凍堵防治方案，以達(dá)到減少凍堵情況發(fā)生的目的，此舉對曙光采油廠實(shí)際運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān) 鍵 詞：水合物；游離水；凍堵；抑制劑

中圖分類號：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）10-2478-02

Screening and Application of Hydrate Inhibitors in the Fire Flooding

Exhaust Gas Collection Pipe Networks of Heavy Oil

WANG Chun-sheng1，ZHENG Jie1，2，Chu Hui-juan1，SUN Ying-fan1，TIAN Ming-lei1，XV Yu-jian1

（1. Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163000，China；

2. PetroChina Daqing Oilfield Co.， Ltd.， Heilongjiang Daqing 163000，China）

Abstract： Under a certain temperature and pressure， the gas collection system will inevitably produce hydrates. During the production in winter in Shuguang oil production plant of Liaohe oilfield， due to low temperature， shallow buried depth of the pipelines， and big liquid carrying quantity of exhaust gas， hydrates and free water always formed in the pipelines， so the frozen blocking phenomenon frequently took place. There are many ways to prevent the formation of natural gas hydrates， and the method of injecting hydrate inhibitor in gas wells is relatively common. In view of the actual situation， in order to achieve the purpose of reducing the occurrence of the frozen blocking condition， the hydrate inhibitors were screened， the dosage was optimized， and the hydrate control scheme was worked out.

Key words： Hydrates； Free water； Frozen blocking； Inhibitors

預(yù)防水合物使用最多的方法是注入化學(xué)抑制劑。根據(jù)化學(xué)抑制劑作用的機(jī)理不同，可將其分為熱力學(xué)抑制劑、動力學(xué)抑制劑、阻聚劑和復(fù)合型抑制劑[1]。

國內(nèi)外研究和應(yīng)用實(shí)踐表明：熱力學(xué)抑制劑需要在高濃度下才能見效、成本較高、其本身在起到預(yù)防水合物生成的同時也能起到溶解水合物的作用，但仍是目前應(yīng)用最為廣泛和有效的水合物抑制劑。低用量動力學(xué)水合物抑制劑（LDHI）還不成熟，并未得到廣泛應(yīng)用[2-4]。當(dāng)前很多現(xiàn)場如多相混輸管線、氣井等大多還采用甲醇、乙二醇等熱力學(xué)抑制劑。而目前出現(xiàn)的防聚劑是僅在油和水共存時才能防止氣體水合物的生成，作用效果與油相組成、含水量和水相含鹽量有關(guān)，因此在實(shí)際應(yīng)用中也存在諸多限制，綜合現(xiàn)場實(shí)際情況，本次研究使用的熱力學(xué)抑制劑。

1 水合物抑制劑注入量計算方法

設(shè)要求水合物生成溫度降低Δt，水相內(nèi)所需抑制劑最低質(zhì)量濃度可根據(jù)Hammerschmidt（1939）提出的半經(jīng)驗(yàn)公式計算：

（1）

式中：Cm—抑制劑最低質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

Δt—水合物生成的溫度降，℃；

M—抑制劑相對分子質(zhì)量；

KH—經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，甲醇1297、乙二醇和甘二醇2220（乙二醇1222，甘二醇2427）。

（2）

式中：P—系統(tǒng)出口處壓力，MPa；

T—系統(tǒng)出口處溫度，℃。

（3）

式中：Gs—液相中甲醇量，mg/m3

W1—入口處含水飽和度，mg/m3；

W2—出口處含水飽和度，mg/m3 ；

C—注入甲醇的濃度，%。

（4）

式中：Gm—甲醇注入量，kg/d；

Q—尾氣流量，m3/d。

加入系統(tǒng)內(nèi)的甘醇抑制劑常為水溶液，在隨氣體流動中吸收氣體內(nèi)的水分使抑制劑質(zhì)量濃度降低，流出系統(tǒng)時抑制劑濃度最小、該濃度必需大于式（1）表示的最低質(zhì)量濃度Cm才能有效地抑制水合物的形成。

2 水合物抑制劑篩選

本次研究采用甲醇、乙二醇、二甘醇作為抑制劑，針對本次研究中的三種抑制劑進(jìn)行篩選，現(xiàn)以Y-12管段為例，利用OLGA軟件進(jìn)行注抑制劑模擬計算，抑制劑濃度為70%，用量均為35 m3/d對比三種抑制劑在實(shí)際工況下對水合物的抑制效果。

通過對比計算發(fā)現(xiàn)，注入不同抑制劑后，BEHYD最大值分別為74.94%、13.73%、6.4%、0.56%，此用量下的抑制劑加入能夠明顯改善管線凍堵現(xiàn)象，由于該段管前部分為彎管，持液率多少與集氣段流量有關(guān)，注入抑制劑后可以有效減少水合物生成量，由于節(jié)流造成的壓降損失減小，其中加入甲醇抑制劑后壓力降至0.864 MPa，水合物截面百分?jǐn)?shù)為1.56%，計算結(jié)果顯示，彎管處氣體流速增大，主要是由于高持液率造成，當(dāng)流體通過彎管后，沒有水合物對流體造成節(jié)流，流量基本與管段入口持平。管道能夠正常運(yùn)行[5，6]。

3 設(shè)計凍堵防治方案及效果模擬

3.1 方案要求

（1）充分利用現(xiàn)場已設(shè)置的甲醇注入位置，由于支線管線較細(xì)，針對產(chǎn)氣量較大，氣液比較高的井，采取井口加注的方式。針對易產(chǎn)生凍堵的集氣干線，采取上游井口加注，特殊位置加注的方式。

（2）分析數(shù)值模擬結(jié)果以及現(xiàn)場實(shí)際加注經(jīng)驗(yàn)，針對不同加注位置，設(shè)計不同加注量，由于實(shí)際井口每天產(chǎn)氣量及氣液比相差較大，通過上述計算分析得出最適合加注范圍，指導(dǎo)現(xiàn)場施工注入。

（3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，甲醇連續(xù)注入量超過0.11 m3/h時不經(jīng)濟(jì)，而甘醇適用于溫度較高的場合，否則容易上凍。故設(shè)計方案時應(yīng)當(dāng)注意以上因素。

3.2 凍堵防治方案確定

以下方案根據(jù)56號聯(lián)合站2013年12月-2014年1月現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)計算，通過數(shù)值模擬計算分析，每個注入量值取5%的余量，以增加操作彈性。為后續(xù)生產(chǎn)提供參考。

將凍堵情況分析的結(jié)論與現(xiàn)場實(shí)際凍堵位置相結(jié)合，針對易凍堵管段，確定抑制劑注入點(diǎn)位置，注入點(diǎn)位置分布如圖1所示。

3.3 抑制劑注入量確定

該脫硫站凍堵類型為“井至站”部分凍堵，水合物抑制劑注入量可以根據(jù)注入量計算方法中公式計算，由于現(xiàn)場尾氣產(chǎn)量每天均發(fā)生變化，故可以根據(jù)上述計算方法，編制出抑制劑注入量計算程序，根據(jù)站內(nèi)輸量及溫度、壓力等因素實(shí)時計算抑制劑注入量[7-10]。

其中，現(xiàn)場工況情況下，水合物形成溫度一般在-5 ℃左右，而實(shí)際該地區(qū)歷史最低溫度可達(dá)到-20 ℃，冬季平均氣溫在-12 ℃左右，該程序中需要根據(jù)當(dāng)日最低氣溫計算抑制劑最低質(zhì)量分?jǐn)?shù)及抑制劑用量。

現(xiàn)針對現(xiàn)場2013年冬季某天生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境條件進(jìn)行模擬，通過計算得出各注劑點(diǎn)抑制劑注入量，并取一定安全余量值計算結(jié)果如表1所示。

4 結(jié) 論

（1）通過計算比較，確定甲醇為現(xiàn)場防凍堵抑制劑。

（2）確定了甲醇注入位置、用量及加注方式，為現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

表1 抑制劑注劑節(jié)點(diǎn)注入量計算

Table 1 The calculation of the dose of each injection agent point

注入節(jié)點(diǎn) 作用管段 終點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 尾氣輸量/（m3·d-1） 注入排量/（kg·d-1） 注入方式

#4348 X33、X24 A10 3 150 4.21 自流式

B14 X17、X23、X10 A16 11 700 15.64 自流式

#42X45 X1 Z31 14 616 20.33 泵注霧化

Z31 S1，g2 A20 13 336 18.55 泵注霧化

#4445 S23 D3 6 145 8.55 自流式

C11 S2 A20 12 207 17 泵注霧化

參考文獻(xiàn)：

[1]梅東海，廖健，等.含鹽和甲醇體系中氣體水合物的相平衡研究 理論模型預(yù)測[J].石油學(xué)報，1998，14（4）：64～68.

[2]許維秀，李其京，等.天然氣水合物抑制劑研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2006，25（11）：1289-1293.

[3]白云程，等.石油工程中的水合物抑制[J].特種油氣藏，2006，13（2）：5-8.

[4]王書森，吳明，等.管道天然氣水合物抑制劑的應(yīng)用研究[J].油氣儲運(yùn)，2006，25（2）：43-46.

[5]樊栓獅，陳勇.天然氣水合物的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國科學(xué)院院刊，2001，2：106-110.

[6]胡玉峰.天然氣水合物及相關(guān)新技術(shù)研究進(jìn)展[J].天然氣工業(yè)，2001，21（5）：84-86.

[7]邱奎.天然氣水合物的預(yù)測與防治措施[J].重慶石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2001，7（4）：17-18.

[8]劉建儀，張蜻，張廣東，等.新型天然氣水合物動力學(xué)抑制劑評價及應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2011，31（l）：65-68.

[9]周厚安，蔡紹中，唐永帆.天然氣水合物新型抑制劑及水合物應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展[J].天然氣與石油，2006，45（6）：1-5.

[10]王虹.天然氣水合物性質(zhì)及防止措施研究[J].西部探礦工程，2009，21（11）：65-67.