大牛地气田是一个低压低渗气田, 地处鄂尔多斯高原, 全年最低气温在-35℃～-40℃。气田单井产量多在1.0×104m3/d以下, 平均万方气产水量为0.5m3。在天然气井的生产过程中, 气流由地层经井内管柱进入地面的集气管线, 其温度和压力因沿途摩阻而不断降低, 同时有液态水凝析出来[1], 在某一特定的压力、温度下形成天然气水合物[2], 甚至发生冰堵, 造成采气管线或设备的堵塞, 从而影响气田的正常生产。为了预防和解决天然气形成水合物堵塞管线或设备, 确保天然气采输的正常运行, 分析了大牛地气田的综合情况, 在采气工艺技术上做了多方面的研究, 找到了适用大牛地气田的防治天然气水合物形成措施, 并取得了良好的经济效益和社会效益。
1 天然气水合物抑制剂的优化
大牛地气田开发初期, 针对第一次开发低孔、低渗、低产致密型气田, 通过录取地质资料和对地面集输工艺的研讨, 选择了井场加热节流中压进站分离和高压进站加热节流低温分离两种集气工艺进行试验。考虑到乙二醇既有很好的水合物抑制性, 又有一定的吸水性, 选用了乙二醇作为天然气水合物抑制剂和脱水剂。在集气站内配置高压柱塞泵泵住乙二醇, 并配套了乙二醇脱水和再生装置, 同时配备化学排液车来处理必要的井口冰堵。当年共投产气井16口、集气站两座, 仅冬季生产发生井堵就达每周4～7次, 合计每周损耗天然气2.5×104m3。同时站内管线冻堵频繁, 工人劳动强度较大。该工艺在生产实践中表明是不成功的。分析原因有: (1) 乙二醇防治要求满足固定的水醇比例, 而实际生产产液不稳定, 不能满足乙二醇的解堵水醇比例要求。 (2) 地层水矿化度高, 乙二醇的再生脱盐困难。 (3) 解堵耗费时间较长。
为此, 通过比较各种天然气化学抑制剂的物性、适用性、经济性 (如表1) , 优选出了甲醇作为天然气水合物的抑制剂[3]。
在试验阶段, 使用高压泵通过临时的管线向井口注入甲醇。经过两个月的试验, 气井生产时率提高到95%, 开井率也增加至95%, 日产气量明显提高。试验证明, 在大牛地气田采用甲醇作为水合物抑制剂是可行的。
2 注醇系统的优化
通过与采气管线同沟铺设注醇管线的办法将甲醇由专用泵注入到气井的套管和油管, 由天然气从井内带到井口, 经进站气管线随天然气进入集气站, 从而抑制井内管柱、井口、地面进站气管线等设备及管线天然气水合物的形成。注醇的泵选择与优化如下。
(1) 柱塞式计量泵 (型号J4Y38/25) 。该泵是一种往复式容积泵, 由柱塞的行程来调节甲醇的注入量。根据大牛地气田气井的油套压, 泵的最高工作压力为25MPa。在使用过程中发现, 由于泵的柱塞和缸套之间有一定的间隙 (此间隙是保证柱塞在缸套内往复运动所必须的) , 泵在运行时就有甲醇从此间隙处泄露, 该泵的上下单向阀处也渗漏甲醇。由于甲醇具有中等毒性, 甲醇的泄露不仅污染环境, 损害职工的身心健康, 还造成了注入甲醇的计量不准, 影响防堵解堵效果。另外, 该泵的维护和更换易损件 (柱塞、密封件和单向阀等) 工作量大、费用高。
(2) 液压隔膜式计量泵 (JM-ZB38/25) 。该泵的优点在于液力端高压腔内安装的隔膜阻隔润滑油和介质 (甲醇) 互相混杂, 从而保证了甲醇不外泄, 同时泵设置了内循环压力平衡系统和安全阀, 提高了泵的安全性, 再者泵的维护和更换易损件简单且价格相对较低, 降低了员工的劳动强度和设备运行成本。
(3) 双波纹泵 (J3BM-38/25) 该泵由波纹管伸缩引起管内容积变化而产生泵吸作用, 构成一个全密封、能承受高压的、液压传动机构。运行发现甲醇无泄漏, 但维修较为困难, 需要定期更换双波纹管且费用较高。
综合各种计量泵在大牛地区的试用情况 (如表2) , 最终决定选择推广使用JM-ZB38/25液压隔膜式计量泵做为甲醇的注入泵。
经过近3年的现场使用, 采用液压隔膜式计量泵做为甲醇的注入泵, 彻底解决了大牛地气田天然气水合物堵塞井口及管线的问题, 确保了气田的安全平稳生产, 实现了低压低渗气田的经济开发。
3 结语
针对大牛地气田的地理位置、地质特性和产能情况, 采用甲醇作为天然气水合物的抑制剂, 采用液压隔膜式计量泵做为甲醇的注入泵, 很好地解决了大牛地气田天然气水合物堵塞井口及管线的问题, 确保了气田的安全平稳生产, 有效降低了采气成本, 实现了低压低渗气田的经济开发。水合物抑制剂甲醇也实现了真正的完全密闭输送, 保证生产正常运行的同时也很好地保护了环境、减少了污染。
摘要：通过生产实践优选出甲醇作为水合物抑制剂, 并优化了注醇系统。经过长时间的试验, 证明优化后的注醇系统能很好地抑制了天然气水合物的形成, 并实现了甲醇注入的零泄漏, 保证生产正常运行的同时也很好地保护了环境, 减少了污染。
关键词：大牛地气田,水合物,防治,工艺技术
参考文献
[1] 李长俊.天然气管道输送[M].北京:石油工业出版社, 2000.
[2] 李世伦.天然气工程[M].北京:石油工业出版社, 2000.
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[4] 王智锋, 许俊良, 薄万顺.深海天然气水合物钻探取心技术[J].石油矿场机械, 2009, 38 (9) :12～15.
[5] 许俊良, 刘键, 任红.天然气水合物取样高度探讨[J].石油矿场机械, 2010, 39 (10) :12～15.