頁巖氣井節流降壓工藝的設計與計算

李文超

摘 要：在確定采用加熱節流工藝的前提下，由于WR區塊頁巖氣井具有開井壓力大、溫度低、返排液量低；正常生產期井口壓力下降快、溫度高、返排液量不連續的特點，將較大地影響在產能建設過程中是否設置水套爐，關系著項目整體投資決策。

關鍵詞：頁巖氣田；加熱節流；水套爐拆除時機

1 前言

某頁巖氣田是中石化繼涪陵頁巖氣田后的第二個頁巖氣田。2017年12月06日，WY23-1HF試采井成功投產外輸，截止到2018年2月26日，累計產氣804.5×104Nm3。WY23-1HF組分以CH4為主，高達97.504%，含有少量C2H6。同時存在N2、CO2、O2等非烴氣體。該井流動壓力達到50MPa，而外輸管道運行壓力要求不得超過2MPa，因此，需要對井口天然氣進行節流降壓后外輸，在降壓過程中同時會產生溫降。含水天然氣當其溫度降低至某一值后，就會形成固體水合物，堵塞管道和設備。為了防止生成水合物，本工程采用先加熱再節流的工藝方式。

2 WY23-1HF井生產特征

2.1 開井初期

井口流動壓力：50MPa；

溫度：一級節流至20MPa后溫度一周從20℃上升至42℃；

產水：開井第5小時出水，初期20～30m3/d（產氣量2～3×104Nm3/d條件下）；

2.2 穩定試采期

井口流動壓力：47.5MPa下降至41.13MPa；

溫度：一級節流至20MPa后溫度一周從20℃上升至42℃；

產水：瞬時不連續，總體遞減，從74 m3/d下降至23 m3/d（產氣量5～6×104Nm3/d條件下）；

3 加熱、節流工藝計算

加熱節流：利用HYSYS軟件工藝計算，WY23-1HF井在1月底工況條件下，水套爐水浴溫度40℃，可將天然氣加熱至32℃，在加熱后進行二、三級節流的運行溫度均高于水合物形成溫度3℃以上，不會形成水合物。

不加熱進行節流：井口一級節流至±20MPa時，不會形成水合物。但繼續進行二、三級節流時，運行溫度已低于水合物形成溫度2.2～3℃，則會形成水合物，停用水套爐會形成冰堵。

4 水套爐停運試驗

4.1 水套爐停運試驗成果

WY23-1HF井在1月12～16日開展水套爐停運試驗，均出現流程結冰現象。試驗期間井口壓力：43.3MPa；井口一級節流后壓力：因產水不連續原因在15～26MPa之間波動；產出水：24 m3/d；井口一級節流后溫度：33.5℃。

停用水套爐后2～4小時，節流至2MPa時，三級節流閥及管道外部開始結冰，節流閥堵塞，上游壓力迅速上升，通過不斷活動井口針型閥小產量生產才基本保持生產，隨后水套爐開啟，2小時后正常生產。

4.2 水套爐停運試驗分析

設定井口一級節流至20MPa時，節流后實際壓力在15～26MPa之間波動，為保證二級、三級節流后均不形成水合物，一級節流后最高壓力26MPa，溫度需高于39.8℃。

但從WY23-1HF瞬時溫度及投產2個月以來的溫度跟蹤曲線，工藝計算以及現場實驗認為：WY23-1HF前期工況條件下不具備水套爐停用條件。

4.3 水套爐停用條件分析

臨時水套爐使用周期與拆除時機，主要受氣井壓力下降趨勢與氣井溫度、產水工況有關。當產水5 m3/d，且井口壓力在10MPa時，井口不加熱節流井口溫度需求為32℃，氣井實際溫度約為35℃，因此，后期待氣井壓力下降后可擇機拆除水套爐。

5 結論

①WY23-1HF前期工況條件下不具備水套爐停用條件；

②針對測試后需關壓恢、地面不具備投產條件而關井的氣井，需配置臨時水套爐。在井口壓力下降至±10MPa時可拆除水套爐，但使用時間周期因井而異，不能一概而論。

參考文獻：

[1]國家能源局.NB/T 14006-2015頁巖氣氣田集輸工程設計規范[S].北京：中國電力出版社，2016.

[2]李佳軒，宋爽.頁巖氣采氣井口集氣工藝的設計與計算[J].當代化工，2015，44（12）：2889-2891.