井下節(jié)流技術(shù)在低溫分離工藝中的配套應(yīng)用

庫(kù)爾班艾力·吐拉甫江，希林古麗·阿爾肯

（新疆油田分公司采氣一廠，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

由于我國(guó)集氣站仍然處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，井口壓力較高，同時(shí)集氣站采用了20#鋼，但是在實(shí)際操作的過(guò)程中，單井低溫制冷后的溫度達(dá)到-20 ℃，大大超出了20#鋼的適用范圍，同時(shí)雖然在開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)過(guò)加熱設(shè)備，但是仍存在著許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，對(duì)我國(guó)集氣站的開(kāi)發(fā)能源產(chǎn)生了嚴(yán)重的制約。由于技術(shù)落后，鋼料材料等原因，影響了我國(guó)集氣站的發(fā)展，因此，井下節(jié)流技術(shù)在低溫分離工藝中的配套應(yīng)用孕育而生，促進(jìn)了我國(guó)集氣站的進(jìn)步，提高了我國(guó)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2]。

1 低溫分離工藝概況

低溫分離工藝就是對(duì)井口的氣體進(jìn)行液氣分離，從而分離氣體中的凝液和水分；然后讓高壓氣體進(jìn)入低溫分離器后，通過(guò)盤管對(duì)高壓氣體進(jìn)行快速冷卻，在經(jīng)過(guò)氣熱交換器進(jìn)行下一步冷卻；然后通過(guò)溫度控制器，將溫度控制在形成水合物以上的溫度，通過(guò)節(jié)流閥低壓進(jìn)入低溫分離器，從而形成液體在低溫分離器的底部，完成液氣分離。

在進(jìn)行低溫分離工藝的過(guò)程中，應(yīng)該充分注意分離中是否存在烴類液體，因?yàn)闊N類液體在經(jīng)過(guò)節(jié)流閥時(shí)會(huì)降低溫度，當(dāng)溫度降低到水合物形成點(diǎn)時(shí)，冷凝水在節(jié)流器中會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，從而影響低溫分離的效果[3]。

2 井下節(jié)流技術(shù)的基本原理

井下節(jié)流技術(shù)在天然氣開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生十分重要的作用，尤其是井下節(jié)流技術(shù)在低溫分離工藝中的配套應(yīng)用，更是對(duì)我國(guó)天然氣的采集產(chǎn)生了重要的影響。

2.1 井下節(jié)流技術(shù)的基本原理

井下節(jié)流技術(shù)是通過(guò)將井下節(jié)流器放置于生產(chǎn)管柱的恰當(dāng)位置，將地面節(jié)流過(guò)程安放置井下管筒內(nèi)，充分利用地?zé)?，使得在?jié)流后氣流溫度高于形成水合物的最高溫度，而且利用地面管線埋置凍土層以下的緣故，保證在井筒內(nèi)、井口和地面管線之中不會(huì)造成水合物堵塞的現(xiàn)象，從而在井下實(shí)現(xiàn)節(jié)流降壓。與此同時(shí)，利用井下節(jié)流技術(shù)不僅能降低節(jié)流嘴的壓力，還能降低水合物的形成溫度，降低了水合物形成的概率[4]。

2.2 井下節(jié)流技術(shù)的關(guān)鍵步驟

（1）節(jié)流氣嘴直徑的確認(rèn)與設(shè)計(jì)。在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作過(guò)程中，為了適當(dāng)控制氣井的產(chǎn)氣量，需要對(duì)井下氣嘴進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而降低氣井井口的壓力，因此，氣嘴的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，氣嘴設(shè)計(jì)工作一般處于非臨界流狀態(tài)下，通過(guò)單井天然氣經(jīng)過(guò)集氣站節(jié)流閥直接制冷，滿足低溫分離工藝在（-8～-18）℃的要求下，對(duì)節(jié)流氣嘴直徑進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)節(jié)流氣嘴精確化的設(shè)計(jì)，保障低溫分離工藝的順利實(shí)行。

（2）節(jié)流器的打撈操作。在節(jié)流器進(jìn)行打撈操作時(shí)，下放打撈工具的工具串，向下對(duì)打撈工具和節(jié)流器進(jìn)行震擊對(duì)接，同時(shí)抓提卡瓦，因?yàn)樵谙蛳抡饟魰r(shí)可能會(huì)導(dǎo)致卡瓦松弛。打撈工具擠壓節(jié)流器的中心操縱桿，然后密封彈簧收縮，若膠筒回歸自然收縮狀態(tài)，則打撈操作完畢；反之，則重復(fù)操作，直至成功。

（3）氣嘴下入深度最小值確定。井下節(jié)流的作用就是在正常生產(chǎn)的情況下，利用節(jié)流器減少水合物的形成。水合物的形成受多方面的影響，如天然氣成分、壓力、溫度和氣嘴的深度等，井下節(jié)流技術(shù)就是充分利用地?zé)徇M(jìn)行降壓，從而升高水合物的初始溫度，改變水合物的形成條件，從而減少水合物的形成。而氣嘴下入深度的準(zhǔn)確測(cè)定，對(duì)于水合物的生成有著至關(guān)重要的影響，通過(guò)氣流經(jīng)過(guò)氣嘴等做熵膨脹時(shí)，根據(jù)特定公式，對(duì)氣嘴下入深度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，從而保障井下節(jié)流技術(shù)在低溫分離工藝中的科學(xué)準(zhǔn)確應(yīng)用。

2.3 在低溫分離工藝的配套應(yīng)用的原理

（1）采用井下節(jié)流技術(shù)可以降低井口和采氣管線的壓力。通過(guò)將節(jié)流器投放至井下，可以將井口的壓力從（14～22）MPa 降低至（10～12）MPa，從而降低了井口及其井下管線的壓力，提高了開(kāi)采作業(yè)的安全性，保障了工作人員的生命健康安全，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（2）采用井下節(jié)流技術(shù)減少加熱率使用的數(shù)量，降低了加熱爐的負(fù)荷。井下節(jié)流技術(shù)可以充分利用地?zé)崮茉?，而且由于單井進(jìn)站壓力的減少，直接節(jié)流制冷就能滿足低溫分離工藝對(duì)于溫度的需求，因此，通過(guò)井下節(jié)流技術(shù)可以使得許多加熱爐停止運(yùn)行，從而降低加熱爐的負(fù)荷，節(jié)約能源和成本。

（3）降低水合物形成概率，改善采氣管線的工作條件。通過(guò)采用節(jié)流嘴，大幅度降低了油管和集氣站的壓力，導(dǎo)致了天然氣水合物形成的溫度不斷降低，從而降低了水合物形成的概率，改善了采氣管線的條件。

（4）提高了開(kāi)采的效率，增強(qiáng)了氣流的攜液能力。根據(jù)最小流量攜液公式可知，當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，最小攜液量跟井底流動(dòng)壓力成正本，當(dāng)井底流動(dòng)壓力降低時(shí)，氣流的攜液量減少，因此，通過(guò)采用井下節(jié)流技術(shù)，增強(qiáng)了氣流的攜液能力，提高了開(kāi)采的效率[6]。

3 井下節(jié)流技術(shù)的配套應(yīng)用效果

2003 年，井下節(jié)流技術(shù)在長(zhǎng)慶榆林氣田的低溫分離工藝中配套應(yīng)用，應(yīng)用到14 口井中，并取得了良好的效果。

（1）在低產(chǎn)氣井投入井下節(jié)流技術(shù)后，滿足了井下低溫分離的要求，實(shí)現(xiàn)了在集氣站不加熱節(jié)流降壓，減輕了站內(nèi)加熱爐的負(fù)荷，降低了能源消耗，節(jié)約了成本。

（2）應(yīng)用井下節(jié)流技術(shù)既能滿足低溫分離的需要，還能改變水合物的形成提高，大大減少了地面管線的注醇量。

（3）井下節(jié)流技術(shù)配套應(yīng)用后，通過(guò)節(jié)流嘴極大地降低了集氣站的壓力，導(dǎo)致了水合物的初始溫度也隨之改變，從而導(dǎo)致了水合物形成條件的改變。

（4）通過(guò)采用井下節(jié)流技術(shù)，將采氣管線的運(yùn)行壓力降至（10～12）MPa，從而保障了井口和采氣管線的壓力減少，提高了工作運(yùn)行的安全性，同時(shí)，減少了站內(nèi)的氣流壓差，致使站內(nèi)直接制冷，能夠發(fā)揮氣井的最大產(chǎn)能程度，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

4 在配套應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

4.1 節(jié)流器的被腐蝕和損傷的問(wèn)題

在未投入生產(chǎn)期間，將節(jié)流器下入井內(nèi)后，應(yīng)該充分關(guān)注節(jié)流器的腐蝕和損傷的狀況。在下入節(jié)流器后，節(jié)流器處在高溫、高壓的狀態(tài)下，加上承受著鉆井和夾雜著天然氣中遺留化學(xué)成分的腐蝕，節(jié)流器很容易出現(xiàn)節(jié)流器鋼材侵蝕和密封膠圈出現(xiàn)裂縫的情況，如果對(duì)此不加以重視，容易導(dǎo)致節(jié)流器和油管密封程度和固定的可靠性極大地降低，從而導(dǎo)致節(jié)流器發(fā)揮不出原有的作用。因此，通過(guò)加強(qiáng)管理力度，改善節(jié)流器的剛體材料和密封膠圈材料的方式，提高材料的質(zhì)量，從而注意節(jié)流被腐蝕和損傷的問(wèn)題。

4.2 油壓差突然增大，導(dǎo)致節(jié)流器損傷

在單井下入井下節(jié)流器后，雖然能夠?qū)⒂蛪簭?2 MPa 左右下降至（1～4）MPa，但是，由于油管壓力下降過(guò)快，節(jié)流器的前后壓差驟然增大，導(dǎo)致節(jié)流器密封膠圈容易出現(xiàn)裂痕，最終導(dǎo)致節(jié)流器密封圈被損壞，造成節(jié)流器失效的情況。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中要十分注意這一情況，如果出現(xiàn)應(yīng)采用井口節(jié)流的方式，從而有效控制和解決油壓差突然增大的情況[7]。

4.3 卡瓦上移，導(dǎo)致節(jié)流器失效

出現(xiàn)這一注意事項(xiàng)時(shí)，應(yīng)該考慮井底是否較為干凈，油管內(nèi)壁是否比較光滑，卡瓦的固定面是否較小等，這些因素都是導(dǎo)致卡瓦上移，節(jié)流器失效的重要因素，在充分考慮這幾項(xiàng)因素后，綜合考慮，從而改善井底的干凈程度和油管內(nèi)壁的光滑程度，增大卡瓦的固定面，最終成功解決這一問(wèn)題。

對(duì)于上述注意事項(xiàng)，只要充分的注意和解決出現(xiàn)的問(wèn)題，才能保障節(jié)流技術(shù)生產(chǎn)狀況穩(wěn)定，促進(jìn)低溫分離工藝的平穩(wěn)運(yùn)行，從而達(dá)到大幅度降低油壓和產(chǎn)氣量提高，爭(zhēng)取以最低的生產(chǎn)成本獲得最大的生產(chǎn)效益。

5 總結(jié)

通過(guò)描述井下節(jié)流技術(shù)在低溫分離工藝中的基本原理，改善了水合物的形成條件，極大地降低了井口和采氣油管的壓力，減輕了加熱爐的負(fù)荷，節(jié)約了能源消耗和成本，避免了底層振動(dòng)，有效的保護(hù)了能源儲(chǔ)層，引導(dǎo)出使用節(jié)流技術(shù)的應(yīng)用效果和注意事項(xiàng)，從而促進(jìn)我國(guó)井下節(jié)流技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，提高了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。