采氣管線解堵技術探索及應用

胡 康，于淑珍，仵海龍，沈云波，許 飛

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

采氣管線解堵技術探索及應用

胡 康1，于淑珍2，仵海龍1，沈云波1，許 飛1

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安 710018）

蘇里格氣田地處毛烏素沙漠腹地，冬季氣溫低，持續時間長，凍土層較厚，采氣管線受地形、埋深、輸送壓力、環境溫度的影響，冬季運行頻繁發生堵塞，嚴重影響氣井產能的正常發揮。近年來蘇里格氣田就解堵技術不斷進行探索研究，力求解決冬季生產瓶頸問題，提高氣井開井時率。本文分析堵塞原因，簡述堵塞定位技術，評價傳統解堵方法，并就新型電磁感應加熱解堵在蘇里格氣田近兩年的應用試驗進行分析總結，為氣田尋找一種清潔環保、高效率、低能耗的解堵方法。

采氣管線；解堵；電磁加熱；探索

蘇里格氣田位于內蒙古境內，地處毛烏素沙漠腹地，環境惡劣，氣區冬季氣溫低，井口采出的天然氣到集氣站的輸送管線距離長、管輸溫降大。冬季受采氣管線埋深不夠、壓縮機啟停、管輸能力不足等因素影響，地埋管線堵塞頻繁。據統計，僅2010年11月至2011年3月供氣高峰期，蘇里格氣田累計堵塞關井數達到450余口/1700余井次，日均影響氣量200余萬立方米，管線堵塞已經成為影響氣井冬季產能發揮的主要因素。如何有效地對堵塞管線進行解堵使氣井產能正常發揮意義重大。

1 堵塞原因分析

分析采氣管線堵塞原因可歸納為以下四點：

（1）管線運行溫度為地溫，低于運行壓力對應下的水合物臨界生成溫度。

圖1 水合物臨界生成溫度與壓力曲線圖

（2）采氣管線規格與氣井產能不匹配，相同規格管線，高配產井管輸摩阻較大，存在節流降溫現象，低配產井氣量不足，管輸攜液能力不足。

（3）壓縮機停機、管輸壓力增高、流速減小，攜液能力減弱。

（4）部分管線裸露或埋深不足，同時由于地形起伏大，易造成低洼處大量積液。

溫度、壓力因素是導致堵塞的根本因素。低溫度、高壓力，易導致堵塞發生，如何有效判斷管線堵塞位置，并采取高效率的解堵措施及時解堵意義重大。

2 管線堵塞定位檢測技術分析

主要有快速充壓法、瞬態正壓波法、水力坡降瞬變特性檢測法。目前在蘇里格氣田主要應用快速充壓法判斷堵塞點，瞬態正壓波法和水力坡降瞬變特性檢測法由于實施過程需專業設備及軟件輔助，實施相對困難，不能推廣應用。

2.1 快速充壓法

通常為了快速判斷埋地管線堵塞位置，先將管線放空卸壓，然后通過對管線起末端充壓，依據管線充壓速度的快慢及充氣量的多少，粗略判斷堵塞點位置。

2.2 瞬態正壓波法

對管道首端加壓，產生一正壓波向管道下游傳播，當管道發生堵塞時，在堵塞點，流體受到擠壓而壓力上升，在堵塞點與堵塞點前的管道內壓差作用下，堵塞點流體向管道上游不斷擴充，相當于堵塞點處產生了以一定速度傳播的正壓波。通過捕捉正壓波兩次到達首端壓力變送器的時間差，再結合正壓波的傳播速度便可以確定管道堵塞位置。

2.3 水力坡降瞬變特性檢測法

當管道處于平穩運行狀態時,其水力坡降曲線平穩光滑，當管道堵塞時，堵塞點前由于管線憋壓,壓力上升，流速變緩，而堵塞點后的管段由于失去部分能量供給壓力下降，氣體膨脹,流速加快,其水力坡降曲線在堵塞點將發生劇烈變化,出現突變奇異點。因此，可以通過檢測管道水力坡降曲線的突變點以及突變點所對應的管道網格節點號,來確定堵塞發生的位置。

3 蘇里格氣田解堵技術探索

3.1 傳統解堵方法評價

3.1.1 物理放空引導解堵 物理放空引導解堵是通過對管線首端或末端放空卸壓，在壓差作用下將管線內的水合物或冰柱帶出的解堵方法。該方法雖能比較有效的排出管線內的積液和其他臟物，但大量的液體如水、凝析油、甲醇等管內混合液體在放空過程中瞬間流出，對下游氣液分離設備提出更高技術要求，易造成環境污染。

3.1.2 化學抑制劑解堵 化學抑制劑解堵主要通過定期向采氣管線內加注一定量的化學抑制劑甲醇來抑制管線內水合物的生成，管線已形成堵塞時，向管線內注入甲醇，通過氣流攜帶甲醇吹掃管線，促使水合物溶解，從而達到管線解堵的目的。該方法預防水合物堵塞效果較好，但在已形成堵塞且堵塞嚴重的情況下，注入管線內的甲醇很難到達堵塞位置，解堵效果不理想，且甲醇屬劇毒物質，具有一定的危害性。

3.1.3 電伴熱解堵 電伴熱解堵是在堵塞的管線上纏繞電伴熱帶，通過伴熱帶的傳導作用來加熱管線融化解堵。該方法在堵塞點位置判斷準確的情況下成功率較高，但該方法通過接觸傳導方式，只有緊靠管道表面的熱量可傳到介質上，外側熱量分散到空氣中，存在較大熱傳導損失，另外電阻絲加熱功率低，無法達到較高的溫度。

從以上分析來看，傳統的解堵方法在現場應用過程中存在不同程度的局限性及弊端，解堵成功率相對較低，效果一般。為此，蘇里格氣田不斷探索研究，開展了一種新型管線解堵技術—電磁感應加熱解堵試驗研究。

3.2 電磁感應加熱解堵技術研究

3.2.1 電磁感應加熱理論研究

3.2.1.1 電磁感應加熱原理 電磁感應加熱是應用電磁感應原理進行加熱工作。交變電流通過電磁感應器外殼陶瓷板里的線圈產生交變磁場，磁場內的磁力線穿過管道時，產生強大的渦流，渦流克服金屬管道的內阻流動時完成電能向熱能的轉換，所產生的焦耳熱IC2R就是加熱的熱源，達到加熱管道內部介質的目的。

圖2 電磁感應加熱系統方框圖

簡言之，電磁感應加熱系統中有三個階段的能量轉換，首先是電能轉變為磁能，接著通過電磁感應原理將磁能轉變為電能，最后由具有導電性的物體吸收電能轉換為熱能，達到升溫的效果。

圖3 電磁感應加熱能量轉換圖

電磁感應加熱技術是使金屬管道自身發熱，并且可以根據具體情況在管道外部包裹一定隔熱保溫材料，這樣就大大減少熱量的散失，提高了熱效率，因此節電效果十分顯著，可達30%～80%。該技術可以將消耗的電能95%以上轉換成熱能，同時不會將熱能散發到空氣中去，能效高。

3.2.1.2 裝置主要技術參數

表1 裝置技術參數

3.2.2 室內模擬試驗及分析

3.2.2.1 室內模擬解堵 室內模擬堵塞情況，對電磁感應加熱設備進行評價試驗，為現場試驗做準備，以Φ114鋼管內堵塞冰塊為加熱介質，室內模擬解凍，環境溫度5℃，試驗數據（見圖5）。

圖5 室內模擬實驗

從試驗效果看，運用電磁感應加熱管線8～9 min，管線溫度升高到80℃，然后再加熱到20 min，管線溫度上升較慢，達到93℃。

3.2.2.2 室外模擬解堵 將Φ114鋼管置于室外，充填冰塊，以堵塞冰塊為加熱介質，室外模擬解凍。環境溫度－4℃，試驗數據（見圖 6）。

圖6 室外模擬實驗

加熱夾頭長1 m，在加熱夾頭外緣管道上纏繞溫度感應器進行溫度監控，模擬管線出口距離加熱夾頭外緣約30 cm，當加熱到16 min時，管線出口凍冰開始融化，加熱到20 min時，管線出口溫度達50℃，管線已暢通。從試驗效果來看，管線解堵加熱夾頭加熱長度可達1.5 m。

3.2.3 現場試驗及應用效果分析

3.2.3.1 X集氣站某干管解堵試驗 2011年1月對X集氣站某干管進行了電磁解堵作業。該干管因裸露20m，發生堵塞，堵塞部分長約10 m，堵塞段距離集氣站約600 m。使用電磁加熱裝置加熱解堵共計用時5h，徹底解通。在距離堵塞點位置100 m，200 m處各開挖一個溫度監測點。

加熱過程中全程對管線溫度進行監測，加熱前管線溫度在-2.0～1.0℃之間，試驗過程中兩監測點溫度（見表 2）。

表2 試驗過程中各監測點溫度

從2個監測點的溫度變化來看，溫度在堵塞點位置由近及遠緩慢升高，達到了良好的解堵效果。

3.2.3.2 X井截斷閥解堵試驗

表3 試驗過程中各溫度監測點溫度

從現場應用情況可得出以下結論：

（1）電磁解堵裝置發熱效果明顯，通電1 min左右被裝置包裹的管線溫度迅速上升，大約1 h可解通2～3 m的管線。

（2）從現場運用情況分析該裝置對堵塞管線長度在0～10 m左右的管線解堵效果較為明顯，堵塞管線過長則無法達到解堵目的。

（3）從裝置耗油量看，5 h的作業共用去93#汽油約15 L。

4 結論與認識

（1）電磁感應加熱解堵操作方便，只需將感應器靠近金屬管道、閥門即可加熱實現解凍；感應器為柔性設計，配合便攜式發電機，移動靈活，同時可自動設定加熱時間，實現定時加熱，降低了能耗。

（2）磁力線可快速穿透保溫材料實現加熱，不破壞管道保溫層；安全性高，操作過程對環境無污染，采用安全頻率范圍，非接觸加熱，操作過程風險低。

（3）電磁感應加熱解堵技術加熱速度快、解堵效率高，具備方便、高效、清潔、環保的特點，在蘇里格氣田有廣闊的應用前景。

幾點建議：

（1）加熱夾頭的尺寸規格目前只有Φ114和Φ89兩種規格。后期將根據蘇里格氣田目前采集輸管線的規格完善加熱夾頭的規格尺寸。

（2）由目前電磁加熱解堵裝置的分體向設備撬裝化改造，加強整套電磁加熱解堵裝備的可移動性。

（3）配套管線堵塞檢測定位技術，需要在短時間內準確定位堵塞點，避免重復加熱。

[1] 四川石油管理局.天然氣工程手冊（上、下）[M] .北京:石油工業出版社，1982.

[2] 中國石油天然氣集團公司人事服務中心[M] .采氣工（上、下）.北京:石油工業出版社，2005.

[3] 魏千盛，王小佳.電熱解堵技術在蘇里格氣田的應用[J] .石油化工應用，2010，29（11）:85-87.

[4] 王治華，朱強.傳統解防堵技術存在的弊端及渦流電磁加熱的應用前景[J] .科技創新導報，2008，25（5）:77-78.

Exploartion and application of deplugging technology in natural gas pipeline

HU Kang1，YU Shuzhen2，WU Hailong1，SHEN Yunbo1，XU Fei1
（1.Gas Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Jingbian Shanxi 718500，China；2.Sulige Gasfield Research Center of PetroChina Chongqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China）

Sulige gas field located in the Maomsu desert,where the area is low temperature,longe duration and thick permafrost in winter,Gas pipelines are affected by the topography,depth,delivery pressure and ambient temperature,so the pipelines are frequently blocked during the whole winter,the blockage severly affected the normal function of well productivity.In recent years Sulige gas field continues to explore research on deplugging technology,and strives to solve the bottleneck problem in winter,This paper analyzed the reasons for blockage,described blockage positioned technologyand evaluated the traditional deplugging methods，analyzed and summarized the application of tests of the new electromagnetic induction heating deplugging technology in Sulige gas field in the past two years.In oder to seek a clean and environmentally,high efficiency and low-power deplugging method for the gas field.

natural gas pipeline；deplugging；electromagnetic heating；explore

TE973

A

1673-5285（2012）03-0088-04

2012－01-03

胡康，男（1983-），現工作于長慶油田分公司第一采氣廠采氣工藝研究所，主要從事采氣工藝研究方面工作。