井下節流技術在低溫分離工藝中的配套應用

庫爾班艾力·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

由于我國集氣站仍然處于發展狀態，井口壓力較高，同時集氣站采用了20#鋼，但是在實際操作的過程中，單井低溫制冷后的溫度達到-20℃，大大超出了20#鋼的適用范圍，同時雖然在開采過程中經過加熱設備，但是仍存在著許多問題和挑戰，對我國集氣站的開發能源產生了嚴重的制約。由于技術落后，鋼料材料等原因，影響了我國集氣站的發展，因此，井下節流技術在低溫分離工藝中的配套應用孕育而生，促進了我國集氣站的進步，提高了我國經濟效益和社會效益[2]。

1 低溫分離工藝概況

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

在進行低溫分離工藝的過程中，應該充分注意分離中是否存在烴類液體，因為烴類液體在經過節流閥時會降低溫度，當溫度降低到水合物形成點時，冷凝水在節流器中會出現結冰的現象，從而影響低溫分離的效果[3]。

2 井下節流技術的基本原理

井下節流技術在天然氣開采過程中產生十分重要的作用，尤其是井下節流技術在低溫分離工藝中的配套應用，更是對我國天然氣的采集產生了重要的影響。

2.1 井下節流技術的基本原理

井下節流技術是通過將井下節流器放置于生產管柱的恰當位置，將地面節流過程安放置井下管筒內，充分利用地熱，使得在節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、井口和地面管線之中不會造成水合物堵塞的現象，從而在井下實現節流降壓。與此同時，利用井下節流技術不僅能降低節流嘴的壓力，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 井下節流技術的關鍵步驟

（1）節流氣嘴直徑的確認與設計。在現場的實際操作過程中，為了適當控制氣井的產氣量，需要對井下氣嘴進行適當的調節，從而降低氣井井口的壓力，因此，氣嘴的設計是至關重要的環節，氣嘴設計工作一般處于非臨界流狀態下，通過單井天然氣經過集氣站節流閥直接制冷，滿足低溫分離工藝在（-8～-18）℃的要求下，對節流氣嘴直徑進行計算，從而對節流氣嘴精確化的設計，保障低溫分離工藝的順利實行。

（2）節流器的打撈操作。在節流器進行打撈操作時，下放打撈工具的工具串，向下對打撈工具和節流器進行震擊對接，同時抓提卡瓦，因為在向下震擊時可能會導致卡瓦松弛。打撈工具擠壓節流器的中心操縱桿，然后密封彈簧收縮，若膠筒回歸自然收縮狀態，則打撈操作完畢；反之，則重復操作，直至成功。

（3）氣嘴下入深度最小值確定。井下節流的作用就是在正常生產的情況下，利用節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，井下節流技術就是充分利用地熱進行降壓，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確測定，對于水合物的生成有著至關重要的影響，通過氣流經過氣嘴等做熵膨脹時，根據特定公式，對氣嘴下入深度進行準確計算，從而保障井下節流技術在低溫分離工藝中的科學準確應用。

2.3 在低溫分離工藝的配套應用的原理

（1）采用井下節流技術可以降低井口和采氣管線的壓力。通過將節流器投放至井下，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，提高了開采作業的安全性，保障了工作人員的生命健康安全，提高了經濟效益和社會效益。

（2）采用井下節流技術減少加熱率使用的數量，降低了加熱爐的負荷。井下節流技術可以充分利用地熱能源，而且由于單井進站壓力的減少，直接節流制冷就能滿足低溫分離工藝對于溫度的需求，因此，通過井下節流技術可以使得許多加熱爐停止運行，從而降低加熱爐的負荷，節約能源和成本。

（3）降低水合物形成概率，改善采氣管線的工作條件。通過采用節流嘴，大幅度降低了油管和集氣站的壓力，導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）提高了開采的效率，增強了氣流的攜液能力。根據最小流量攜液公式可知，當其他參數不變時，最小攜液量跟井底流動壓力成正本，當井底流動壓力降低時，氣流的攜液量減少，因此，通過采用井下節流技術，增強了氣流的攜液能力，提高了開采的效率[6]。

3 井下節流技術的配套應用效果

2003年，井下節流技術在長慶榆林氣田的低溫分離工藝中配套應用，應用到14口井中，并取得了良好的效果。

（1）在低產氣井投入井下節流技術后，滿足了井下低溫分離的要求，實現了在集氣站不加熱節流降壓，減輕了站內加熱爐的負荷，降低了能源消耗，節約了成本。

（2）應用井下節流技術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）井下節流技術配套應用后，通過節流嘴極大地降低了集氣站的壓力，導致了水合物的初始溫度也隨之改變，從而導致了水合物形成條件的改變。

（4）通過采用井下節流技術，將采氣管線的運行壓力降至（10～12）MPa，從而保障了井口和采氣管線的壓力減少，提高了工作運行的安全性，同時，減少了站內的氣流壓差，致使站內直接制冷，能夠發揮氣井的最大產能程度，促進我國經濟的快速發展。

4 在配套應用中的注意事項

4.1 節流器的被腐蝕和損傷的問題

在未投入生產期間，將節流器下入井內后，應該充分關注節流器的腐蝕和損傷的狀況。在下入節流器后，節流器處在高溫、高壓的狀態下，加上承受著鉆井和夾雜著天然氣中遺留化學成分的腐蝕，節流器很容易出現節流器鋼材侵蝕和密封膠圈出現裂縫的情況，如果對此不加以重視，容易導致節流器和油管密封程度和固定的可靠性極大地降低，從而導致節流器發揮不出原有的作用。因此，通過加強管理力度，改善節流器的剛體材料和密封膠圈材料的方式，提高材料的質量，從而注意節流被腐蝕和損傷的問題。

4.2 油壓差突然增大，導致節流器損傷

在單井下入井下節流器后，雖然能夠將油壓從22 MPa左右下降至（1～4）MPa，但是，由于油管壓力下降過快，節流器的前后壓差驟然增大，導致節流器密封膠圈容易出現裂痕，最終導致節流器密封圈被損壞，造成節流器失效的情況。因此，在實際操作過程中要十分注意這一情況，如果出現應采用井口節流的方式，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，導致節流器失效

出現這一注意事項時，應該考慮井底是否較為干凈，油管內壁是否比較光滑，卡瓦的固定面是否較小等，這些因素都是導致卡瓦上移，節流器失效的重要因素，在充分考慮這幾項因素后，綜合考慮，從而改善井底的干凈程度和油管內壁的光滑程度，增大卡瓦的固定面，最終成功解決這一問題。

對于上述注意事項，只要充分的注意和解決出現的問題，才能保障節流技術生產狀況穩定，促進低溫分離工藝的平穩運行，從而達到大幅度降低油壓和產氣量提高，爭取以最低的生產成本獲得最大的生產效益。

5 總結

通過描述井下節流技術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，減輕了加熱爐的負荷，節約了能源消耗和成本，避免了底層振動，有效的保護了能源儲層，引導出使用節流技術的應用效果和注意事項，從而促進我國井下節流技術的進步和發展，提高了我國的經濟實力。