唐萬舉

（中國石化華北油氣分公司工程技術(shù)管理部，河南鄭州 450006）

東勝氣田目前主要采用“井下節(jié)流、低壓集輸”的開發(fā)模式，此模式能降低井筒和地面管線壓力，防止井筒和地面管線生成水合物。但考慮到井下節(jié)流技術(shù)的適用范圍以及氣田資料錄取的要求，部分井需采用井口節(jié)流控制生產(chǎn)。井口節(jié)流能保證井筒通暢，有利于氣井排液及資料的錄取，但是井口節(jié)流后的降溫降壓過程更容易在地面生成水合物，需要在節(jié)流前提高井筒和地面流體溫度。井下隔熱油管具有較好的保溫效果，能夠有效減少井筒熱損失，提高井口和地面流體溫度，為地面節(jié)流代替井下節(jié)流創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)場試驗表明，井下真空隔熱油管能顯著提高井口流體溫度，防止水合物生成，實現(xiàn)節(jié)能降耗[1-2]。

井下隔熱油管主要用于低滲透稠油油藏的熱水驅(qū)和蒸汽驅(qū)開發(fā)，提高井筒溫度，改善稠油流體的流動性[3-4]，對于結(jié)蠟井，還可以起到防蠟沉積作用，但目前關(guān)于隔熱油管用于氣田水合物防治的報道很少。通過分析井下真空隔熱油管在東勝氣田氣井中的應(yīng)用效果，并給出氣井井下隔熱油管設(shè)計方法，為井下隔熱油管在氣田的應(yīng)用提供了新思路。

1 井下真空隔熱油管的性能特點

真空隔熱油管隔熱系統(tǒng)設(shè)計思路是阻止以傳導、對流、輻射三種傳熱方式傳熱，其主要由內(nèi)管、外管、隔熱材料、接箍等組成[5-7]。內(nèi)外管采用耐高溫材料，保證了高溫力學性能。內(nèi)管在常溫下處于拉伸狀態(tài)，當溫度逐漸升高，拉應(yīng)力減小，內(nèi)管由受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌籂顟B(tài)，內(nèi)管的預伸長降低了受熱伸長后的壓應(yīng)力，保證正常工作。多層隔熱材料，就是利用高反射率的鋁箔構(gòu)成的反射屏面層層反射，對輻射熱流造成很高的熱阻[8-9]。環(huán)空抽真空，并裝有吸氣劑，其功能是對污染氣體進行清潔，延緩系統(tǒng)隨時間增加隔熱性能下降趨勢，使產(chǎn)品在較長期工作中保持良好的隔熱性能[10-12]。試驗所用真空隔熱油管技術(shù)參數(shù)見表1。

2 井下真空隔熱油管現(xiàn)場試驗

為解決東勝氣田井口節(jié)流溫降過大，容易生成水合物的問題，2016年11月在1口試采井成功開展了井下真空隔熱油管的試驗。

2.1 試驗過程

優(yōu)選東勝氣田J58P3H井進行試驗。該井于2015年11月試氣結(jié)束時油壓為16.6 MPa，日產(chǎn)氣為4.46×104m3，日產(chǎn)液為14.6×104m3。2016年11月開始試驗時，井口流程為CNG（壓縮天然氣）試采，井筒內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)自下而上為：?60.3 mm，外加厚油管203根×1 949.78 m+?88.9 mm×50.7 mm，隔熱保溫油管124根×1 196.52 m，管柱下深3 146.2 m。下入隔熱油管后，共生產(chǎn)47 d，并實時監(jiān)測溫度變化情況，進行了流壓測試。數(shù)據(jù)顯示，下入隔熱油管后，井口流體溫度明顯高于下入前（表2）。

為更好地評價隔熱油管效果，地面管線電熱帶于2016年12月16日停止加熱，至關(guān)井前地面管線未發(fā)生堵塞。

2.2 試驗結(jié)果擬合分析

該文進一步評價試驗效果，為后期進行井下隔熱油管設(shè)計提供依據(jù)，將下入隔熱油管后，實測的流溫流壓數(shù)據(jù)與Pipesim計算的流溫流壓數(shù)據(jù)進行擬合（圖1），得到隔熱油管段和普通油管段的傳熱系數(shù)[13-15]。再利用該擬合結(jié)果計算隔熱油管不同下深處的井口流溫值（圖2），得到不下隔熱油管時井口溫度為22.8℃，實測結(jié)果為20.9℃，誤差較小，說明擬合結(jié)果可靠。

表1 真空隔熱油管技術(shù)參數(shù)Table1 Technical parameters of vacuum insulated tubing

表2 J58P3H井井下真空隔熱油管試驗結(jié)果Table2 Test results of vacuum insulated tubing of well J58P3H

圖1 流溫流壓擬合結(jié)果Fig.1 Fitting results of fluid temperature and pressure

圖2 利用擬合結(jié)果預測井口溫度值Fig.2 Prediction of wellhead temperature value by fitting results

表3 根據(jù)擬合結(jié)果確定的隔熱油管傳熱系數(shù)Table3 Heat transfer coefficient of insulated tubing according to fitting results

擬合結(jié)果顯示，隔熱油管傳熱系數(shù)僅為普通油管的1/12，說明其保溫性能確實優(yōu)于普通油管（表3）。

2.3 井下隔熱油管進站生產(chǎn)情況預測分析

試驗井為試采井，尚未進站投產(chǎn)，因此，有必要對將來進站生產(chǎn)的情況進行預測分析。考慮到東勝氣田主要采用低壓集輸模式，隔熱油管進站生產(chǎn)也主要針對低壓集輸井。由于地面管線限壓，初期要采用井下或井口節(jié)流的模式生產(chǎn)，所以井下隔熱油管進站生產(chǎn)應(yīng)該包括3個階段：①隔熱油管+井下節(jié)流生產(chǎn)階段；②隔熱油管+井口節(jié)流生產(chǎn)階段；③隔熱油管生產(chǎn)階段。對井下隔熱油管進站生產(chǎn)存在的優(yōu)缺點進行分析。

2.3.1 井下隔熱油管進站生產(chǎn)優(yōu)點

1）能防止井筒及井口生成水合物。目標區(qū)塊平均地層溫度為94℃，地層壓力為27.7 MPa，天然氣相對密度在0.57～0.63，由此計算井口水合物生成溫度最大在18.8～23.5℃。前期計算顯示，下隔熱油管時井口流體溫度在30.3～42.9℃，再加上東勝2號站井口地面管線都有保溫措施，因此，判斷下隔熱油管時，井筒及井口不會生成水合物。

2）為井口節(jié)流代替井下節(jié)流提供了有利條件。理論分析及實踐經(jīng)驗顯示，部分低壓、高產(chǎn)液井不適合井下節(jié)流工藝，針對這部分井，由于地面管線限壓的需求，需要在井口針閥處進行節(jié)流，節(jié)流產(chǎn)生壓降的同時也會產(chǎn)生較大的溫降，容易生成水合物，隔熱油管能明顯提高井口溫度，降低井口生成水合物的風險。

3）能降低壓縮機運行時間，實現(xiàn)節(jié)能降耗。東勝氣田為防止冬季生成水合物，需要開啟壓縮機，降低地面管線壓力，從而降低水合物生成溫度。壓縮機必須開機的時間為每年11月至次年4月。若隔熱油管能將井口流體溫度提高20℃，則壓縮機可以相應(yīng)地少開1～2個月，具體可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行調(diào)整。根據(jù)成本計算，壓縮機處理10口井的日運行成本為8 944元，而下10口井的隔熱油管成本約為460萬元，壓縮機停機515 d能收回隔熱油管增加成本，因此，從經(jīng)濟性上考慮是可行的。

2.3.2 井下隔熱油管進站生產(chǎn)缺點

1）不能保證地面管線不生成水合物。蘇里格氣田理論計算和試驗顯示，在冬季，采氣管道加熱后，不保溫輸送2.5～3 km時，管道溫度基本接近地溫；保溫管道輸送距離達到6～7 km時，管道溫度基本接近地溫。東勝氣田低壓站埋地管線目前未采取保溫措施，管線埋深1.6 m，冬季此處地溫約0℃，類比蘇里格氣田實踐經(jīng)驗，即使提高起始溫度，如果管線較長，管道溫度最終都會接近地溫。東勝氣田低壓站進站管線長度在1.13～5.37 km，管線不保溫的情況下，管道溫度最終會接近地溫。

建議3 km以內(nèi)，隔熱油管井直接進站；3～7 km，采取管線保溫措施；7 km以上，加注環(huán)保抑制劑預防水合物。

2）井口節(jié)流替代井下節(jié)流存在限制條件。井口節(jié)流時，壓降越大，溫降就越大。由于目標區(qū)塊儲層天然氣相對密度介于0.57～0.63，井口壓力為3.5MPa時，水合物生成溫度最高11℃，為保證不生成水合物，節(jié)流后溫度必須在11℃以上。考慮到隔熱油管下深1 500 m時，井口流體溫度為42.9℃，產(chǎn)生的溫降必須小于31.9℃，因此，采用井口節(jié)流時井口壓力需小于10 MPa。

建議初期井口壓力＜10 MPa時，直接采用井口節(jié)流；井口壓力＞10 MPa時，先采用井下節(jié)流，待氣井壓力遞減后再采用井口節(jié)流。

綜合以上分析，井下隔熱油管保溫工藝本身存在一定的局限性，但是在以下情況可以作為氣田的一項備選工藝：①氣井不適合井下節(jié)流，必須采用井口節(jié)流生產(chǎn)；②井下節(jié)流資料錄取存在困難，為滿足氣田資料錄取需要，選擇部分井進行井口節(jié)流。

3 結(jié)論

1）現(xiàn)場試驗表明，井下真空隔熱油管能明顯提高井口流體溫度，保證井口管線不生成水合物。

2）現(xiàn)場數(shù)據(jù)擬合結(jié)果顯示，井下真空隔熱油管傳熱系數(shù)明顯低于普通油管。

3）雖然該工藝在低壓氣田的應(yīng)用存在一定的限制性，但是在必須采用井口節(jié)流生產(chǎn)的情況下可以作為氣田的備選工藝。