屈建伸，馬鵬舉，侯寧博，廖 超，盧 瀟，史 龍，呂抒桓，郝 潔

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外防止天然氣水合物生產(chǎn)有多種方法，如加熱法、注抑制劑法、井口脫水法、低溫分離法等，早期國(guó)內(nèi)外采用較多的是加熱法，即提高天然氣節(jié)流前的溫度，或敷設(shè)平行于采氣管線的伴熱帶，使氣體流動(dòng)溫度保持在水合物形成溫度2 ℃～3 ℃以上，防止水合物生產(chǎn)，利用保溫措施來(lái)防止水合物的形成[1，2]。

蘇里格氣田位于毛烏素沙漠的南部，區(qū)內(nèi)屬于內(nèi)陸性半干旱氣候，夏季炎熱、冬季嚴(yán)寒，晝夜溫差大；常年冬季氣溫-10 ℃～-25 ℃，極端最低氣溫-29 ℃；蘇里格氣田區(qū)域廣，氣候差，傳統(tǒng)的加熱法無(wú)法大面積實(shí)施。2005 年在蘇里格氣田的地面集輸工程設(shè)計(jì)，本著低成本戰(zhàn)略開發(fā)的思想，對(duì)蘇里格氣田的內(nèi)部集輸工藝進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)對(duì)如何在無(wú)人值守，不使用外部動(dòng)力源的情況下防止采氣管線水合物形成的工藝進(jìn)行研究[3]。甲醇是目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的一種防止水合物形成的化學(xué)劑，在天然氣中加入甲醇后，可以改變水溶液和水合物的化學(xué)位；通過(guò)油管注醇方式向油管內(nèi)注入甲醇來(lái)改變水合物水分子之間相互作用，破壞水合物平衡，通過(guò)注醇集輸實(shí)現(xiàn)工藝管線的防凍和解堵。

蘇里格氣田單井注醇技術(shù)于2005 年由長(zhǎng)慶設(shè)計(jì)院提出，采用在集氣站建設(shè)注醇泵房集中注醇，并建設(shè)集氣站～各單井的注醇管線，各單井由注醇泵房柱塞計(jì)量泵控制加注量和加注速度。進(jìn)站采用結(jié)合水套爐加熱的方式防止水合物生成[4]。

近年蘇里格氣田逐漸開展了單井自動(dòng)注醇技術(shù)的研究，根據(jù)動(dòng)力源分為電動(dòng)、氣動(dòng)和重力加注的方法：電動(dòng)方式主要是采用遠(yuǎn)程控制電動(dòng)泵將甲醇注入采氣管線內(nèi)；氣動(dòng)方式是將氣井天然氣調(diào)壓后作為動(dòng)力源推動(dòng)甲醇加入采氣管線；重力方式是將甲醇儲(chǔ)罐架設(shè)在高于采氣管線的地方，甲醇儲(chǔ)罐液注壓力和采氣管線壓力平衡后，利用重力勢(shì)能滴注，將基準(zhǔn)注入采氣管線。自動(dòng)注醇技術(shù)的應(yīng)用一定程度解決了蘇里格氣田干管冬季注醇的問(wèn)題，但暫未形成可靠的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，管理成本和設(shè)備成本較高，且現(xiàn)場(chǎng)管理存在一定的困難，不滿足蘇東氣田下古單井注醇要求。

2 注醇分配不均機(jī)理研究

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，注醇分配不均同時(shí)受注醇管線長(zhǎng)度、材質(zhì)、彎頭、摩阻和起伏差等因素影響。根據(jù)研究方法和影響因素的搜集難度，本課題選擇注醇管線管徑、管線長(zhǎng)度、干管回壓對(duì)注醇不均的影響三個(gè)方面進(jìn)行課題研究。根據(jù)區(qū)塊整體影響相同、影響較小忽略，影響因素?cái)?shù)據(jù)不可搜集等原因，忽略管線材質(zhì)、粗糙度、起伏差、彎頭摩阻、閥門摩阻等單一變量因素（見表1）。

表1 注醇不均影響因素表

2.1 注醇量分配不均影響因素研究

本文主要研究干管回壓，注醇管線長(zhǎng)度，注醇管線管徑對(duì)不同井注醇量的影響。

使用Pipe flow expert 軟件，選擇達(dá)西-韋史巴赫方程建立注醇管網(wǎng)模型，設(shè)定甲醇為不可壓縮流體，針對(duì)選取的研究因素進(jìn)行模擬研究注醇分配不均機(jī)理。模擬氣井管網(wǎng)布局，在軟件界面插入集氣站、管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、末端注入井等模塊，通過(guò)輸入注醇站壓力、排量等數(shù)據(jù)和注醇管線長(zhǎng)度、管徑、摩阻和末端注入點(diǎn)壓力等參數(shù)，模擬計(jì)算注醇點(diǎn)流量、流速的分配和各注醇管線的壓力損失。

2.1.1 模擬條件 在模擬過(guò)程中采用控制變量法，分別研究干管回壓，注醇管線長(zhǎng)度，注醇管線管徑對(duì)注醇分配量影響。注醇模型建立注醇?jí)毫Χ?，分支?jié)點(diǎn)，3個(gè)氣井干管注入點(diǎn)管網(wǎng)模型。具體模擬參數(shù)（見表2）。

2.1.2 模擬計(jì)算 Pipe flow expert 軟件模擬參數(shù)輸入后，自動(dòng)模擬計(jì)算注醇流量分配，其中N1 為注醇站，P1、P2、P3 分別代表井1、井2、井3 所對(duì)應(yīng)的三條注醇分支管線，L 代表各注醇管線的管線長(zhǎng)度，D 代表各注醇管線的管線直徑，模擬結(jié)果f 顯示各注醇管線的流量分配值。輸入不同模擬參數(shù)，經(jīng)計(jì)算不同影響因素其結(jié)果（見表3）。

2.1.3 模擬計(jì)算結(jié)果分析 通過(guò)軟件模擬計(jì)算結(jié)果可知：（1）不同外輸回壓條件下注醇管線流量分配，主管線分配流量30 L/h，管線P1、P2、P3 分配流量分別為14.03 L/h、10.56 L/h、5.40 L/h，注入流量分配比例分別為46.77 %、35.20 %、18.00 %；（2）不同注醇管線長(zhǎng)度條件下注醇管線流速和流量分配，軟件計(jì)算結(jié)果主管線分配流量30 L/h，注醇分支管線P1、P2、P3 分配流量分別為7.31 L/h、9.18 L/h、13.50 L/h，注入流量比例分別為24.37 %、30.60 %、45.00 %；（3）不同注醇管線內(nèi)徑條件下注醇管線流速和流量分配，軟件計(jì)算結(jié)果主管線分配流量30 L/h，管線P1、P2、P3 分配流量分別為13.16 L/h、9.16 L/h、7.68 L/h，注入流量比例分別為43.87 %、30.53 %、25.60 %。由圖1、圖2、圖3 及計(jì)算結(jié)果可以得出注醇管線流量分配與注入端回壓、注醇管線長(zhǎng)度成反比，與注醇管線內(nèi)徑成正比。

表2 各影響因素對(duì)注醇量分配模擬參數(shù)

表3 各影響因素對(duì)注醇量分配模擬計(jì)算結(jié)果

圖1 管線流量分配和注入端回壓關(guān)系曲線

圖2 流量分配和管線長(zhǎng)度關(guān)系曲線

圖3 注醇管線流量分配和管線內(nèi)徑關(guān)系曲線

注醇管線壓力損失與注入端回壓及注醇管線內(nèi)徑成反比，注醇管線內(nèi)徑越大，注入端回壓越大注醇管線壓力損失越小。而注醇管線長(zhǎng)度對(duì)管線壓力損失影響不大（見圖1～圖3）。

2.2 注醇不均機(jī)理研究結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，各注醇管線的內(nèi)徑、材質(zhì)、摩阻相同，忽略彎頭、起伏差等因素影響，注醇分配不均的主要因素為各單井分支注醇管線的長(zhǎng)度和甲醇注入點(diǎn)的干管回壓，管線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，注醇量分配越小，甲醇注入點(diǎn)的回壓（同干管壓力）越大，注醇量分配也越小。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)歷年凍堵情況，外輸壓力較高和注醇管線較長(zhǎng)的末端井注醇量分配較小，經(jīng)常發(fā)生冬季凍堵現(xiàn)象，和研究結(jié)果一致。

3 注醇不均單井模擬研究

3.1 建立模型

綜合歷年氣井凍堵情況，選取典型井蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 三口井進(jìn)行注醇分配不均研究，繪制注醇管網(wǎng)模型，輸入注醇管線長(zhǎng)度、注入端點(diǎn)壓力、注醇泵排量、管線內(nèi)徑、粗糙度等參數(shù)，建立試驗(yàn)井注醇分配不均研究模型（見表4）。

管線P1 為注醇站至注醇支線節(jié)點(diǎn)段注醇管線，長(zhǎng)度為400 m，注醇站輸出壓力為6.5 MPa，注醇泵排量為30 L/h；管線P4 為節(jié)點(diǎn)A 至蘇東57-34 井段注醇管線，長(zhǎng)度為500 m，干線注入點(diǎn)回壓為5.24 MPa；管線P3 為節(jié)點(diǎn)A 至蘇東57-30 井段注醇管線，長(zhǎng)度為3 000 m，干線注入點(diǎn)回壓為5.28 MPa；管線P6 為蘇東57-30 井至蘇東57-30C1 段注醇管線，長(zhǎng)度為10 m，干線注入點(diǎn)回壓為5.28 MPa，管線尺寸均為Φ32×5 mm。

3.2 模擬計(jì)算

在建立的蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1三口井注醇分配研究模型中，輸入相關(guān)參數(shù)，軟件自動(dòng)模擬計(jì)算各井注醇管線實(shí)際注醇量分配，軟件模擬計(jì)算得出注醇分配流量結(jié)果（見表5）。

3.3 結(jié)果分析

蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 三口井注醇分配模型軟件計(jì)算結(jié)果可知，蘇東57-34 實(shí)際注醇分配最大，蘇東57-30C1 實(shí)際注醇分配最小，在氣井產(chǎn)液量相等的情況下，蘇東57-30C1 發(fā)生冬季凍堵概率最高（見圖4）。

4 注醇不均優(yōu)化方案

4.1 方案概況

表4 注醇管線內(nèi)徑對(duì)注醇量分配模擬計(jì)算結(jié)果

表5 注醇分配不均模擬計(jì)算結(jié)果

圖4 注醇分配比例餅狀圖

根據(jù)實(shí)際需求，選取蘇東5X 站4#干管蘇東57-34 井、蘇東57-30、蘇東57-30C1 井進(jìn)行注醇優(yōu)化工藝改造，通過(guò)在現(xiàn)有數(shù)字化系統(tǒng)組態(tài)網(wǎng)后臺(tái)添加控制程序，判斷管網(wǎng)凍堵情況。通過(guò)后臺(tái)程序控制井口注醇管線處的電動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)、遠(yuǎn)程控制等運(yùn)行方式控制；總結(jié)自動(dòng)注醇邏輯，摸索新工藝的精準(zhǔn)注醇排量，形成一套最優(yōu)化注醇方法。

4.2 注醇優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化注醇工藝改造，主要包含安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制線路，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由高壓電動(dòng)球閥及其連接法蘭組件構(gòu)成。

2019 年6 月25 日-6 月27 日完成蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 三口井現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制增加供電系統(tǒng)及點(diǎn)位；2019 年7 月1 日-7 月5 日完成三口井站內(nèi)組態(tài)網(wǎng)平臺(tái)增加控制界面。

2019 年6 月10 日完成蘇東5X 站4# 干管蘇東57-34、蘇東57-30、蘇東57-30C1 井現(xiàn)場(chǎng)閥門改造，改造后試壓、穩(wěn)壓后不刺不漏，控制線路埋地，改造合格。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2019 年11 月11 日-11 月25 日開展注醇分配不均優(yōu)化試驗(yàn)，11 月11 日-11 月15 日對(duì)蘇東57-30 井開展靶向注醇試驗(yàn)，注醇5 d，累計(jì)注醇量3 600 L；11月16 日-11 月20 日對(duì)蘇東57-30C1 井開展靶向注醇試驗(yàn)，注醇5 d，累計(jì)注醇量3 600 L；11 月21 日-11月25 日對(duì)蘇東57-30 井和蘇東57-34 井開展精準(zhǔn)注醇試驗(yàn)，因蘇東57-34 井為柱塞工藝井，僅在開井期間關(guān)閉蘇東57-30 井和蘇東57-30C1 注醇閥門，針對(duì)蘇東57-34 井進(jìn)行精準(zhǔn)注醇試驗(yàn)，日注醇時(shí)間8 h，累計(jì)注醇試驗(yàn)5 d，累計(jì)注醇量1 200 L。試驗(yàn)過(guò)程中自動(dòng)注醇系統(tǒng)運(yùn)行正常，現(xiàn)場(chǎng)閥門開關(guān)到位，試驗(yàn)階段未發(fā)生管線凍堵現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)蘇東57-30 井和蘇東57-30C1 井的試驗(yàn)結(jié)果分析，針對(duì)注醇分配不均的現(xiàn)象，可以遠(yuǎn)程關(guān)閉注醇干管支線其他閥門，對(duì)目標(biāo)井靶向注醇，有效解決分配不均導(dǎo)致的凍堵問(wèn)題。

（2）通過(guò)蘇東57-34 井的試驗(yàn)結(jié)果分析，針對(duì)于柱塞氣舉生產(chǎn)井，柱塞生產(chǎn)排液階段尤其容易產(chǎn)生凍堵，在開井排液階段可以通過(guò)關(guān)閉支線其余注醇閥門，靶向精準(zhǔn)注醇解決該類氣井冬季凍堵問(wèn)題。

（3）目前的注醇分配不均優(yōu)化改造僅初步完成了自動(dòng)化注醇功能，下一步需要結(jié)合各干管生產(chǎn)實(shí)際和注醇分配計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)邏輯注醇，更加智能化緩解冬季氣井凍堵問(wèn)題。