井下節流工藝原理和作用

馮少鵬 郭棟 史路

摘要：本篇文章主要件數了井下節流工藝的基本原理，分析了這項工藝技術應用的一些作用。

關鍵詞：井下節流；氣井

引言

天然氣從底層到地面一共包括底層、井筒和地面三個流動過程。因為天然氣在高壓、低溫和含水的情況下很容易生成水合物，壓力越發的高，那么水合物生成的溫度也就越高，也就會越發的容易導致水合物堵塞，然后就會導致井筒管柱堵塞，從而進一步影響氣井的正常生產。

井下節流技術是在天然氣井的生產管柱里面找到一個合適的位置然后把節流器安裝好，然后在井筒降壓的時候，充分利用地溫對流體驚醒加熱，然后把節流之后的井口溫度恢復到類似節流之前的問題，很大程度上防止了氣水混合物在井筒和井口出現凍堵得情況，從而減少地面節流加熱設備、簡化地面流程、降低采氣成本，不僅如此，還很有效的降低了井筒壓力和井口到集氣站的管線承壓，，降低了管線的壁厚，很大程度的減少了集輸管線的成本。用最簡單的話來說，井下節流技術就是給井下安裝氣嘴。

1.井下節流工藝原理

對于高壓天然氣的節流來說，其過程是一個降壓、降溫的過程。井下節流工藝技術就是把井下的節流器放置到一個生產管柱的一個相對比較合適的位置里面，從而實現在井筒里面節流和降壓的作用，把地面上節流的過程轉移到井筒里面去，然后充分的利用地熱加熱，使得節流之后氣流的溫度遠遠比節流之后的壓力條件之下的水合物形成的最高溫度要高，同時還要把地面上機器的管道埋到凍土層下面去，這樣的話就可以在井筒里面、井口和地面管線都不會形成水合物而造成堵塞。天然氣在經過氣流嘴的時候，因為管徑的變化比較大，屬于突縮-突擴的管道，并且天然氣井一般縮選用的節流嘴的直徑一般在1-10mm，而長度I為10-20mm左右，長涇比大多在5-10，可以把節流嘴看成是突縮接頭和突擴接頭的鏈接問題，因為在節流嘴附近的氣流會發生擾動，所以節流是不可逆的過程。節流的時候因為流蘇很高，氣流在通過孔口的時候與外界的熱交換一般很小，甚至是可以忽略不計的，節流的過程也可以看做為是一個絕熱的過程。

在使用了井下節流工藝之后，天然氣就會通過節流嘴之后的壓力而出現大幅度下降的情況，水合物形成的初始溫度也會隨之下降，從而很大程度的減少水合物形成的概率。

2.井下節流的作用

井下節流的作用很多，最為主要的就是包括改善流態；減小井段激動，開關井不影響境地壓力，保護氣層；穩定生產，在不影響產量的情況下可以降低井口壓力；實現低壓管線傳輸；防止水合物的生成等。

2.1節流降壓，改善流態

①節流降壓作用。井下節流工藝是具有地下節流降壓的作用的，可以實現高壓生產井的低壓生產和運輸。

②提高氣井舉液能力的作用。對于一些出水氣井量比較少的井來說，因為井下節流之后的氣體是通過氣流碟呈現出噴射狀，而當氣夾誰通過了節流器的時候，液體一般都會呈現出霧狀的流動形態，降低液柱的重力梯度，然后使得氣體舉升液體能力增加，從而達到排水采氣的作用效果。

2.2防止水合物的生成

對于天然氣水合物的形成條件來說，他形成需要有一個最高溫度，就是臨界溫度，如果說超過了這個溫度的話，那么在怎么高的壓力都不會形成水合物，只有在條件滿足的情況之下，天然氣水合物才可以在管道、井筒和閥門處形成。

2.3能大幅度降低地面管線運行壓力

井下節流前后油壓變化情況，井下節流后的壓力比節流前均大幅度降低。地面集輸壓力等級的降低極大地節約投資成本

2.4效提高氣流攜液能力

采用井下節流工藝技術后，井下節流器以上的氣流壓力大大降低，使最小攜液流量大大減小。因而，提高了氣流的攜液能力。減少了井筒和地面集氣管線的積液現象。

2.5有利于防止地層激動

如果氣嘴處的流動處于臨界流狀態（P2/P1=0.546），則調節針閥時產量不變；反之，則產量隨針閥開度而變化。所以，上游壓力的變化不會影響到地層本身壓力，從而有效防止了地層壓力激動。

2.6簡化了地面流程

井下節流可以大幅度降低地面系統壓力。若節流前后的平均油壓由16.4MPa降為約2.6MPa，為節流前平均油壓的15.85%。這個壓力下，完全可以直接采用中低壓管線集氣流程，降低了地面管線的壓力等級，從而簡化地面流程，大幅度降低建設投資。

2.7井下節流工藝能夠充分的利用底層能量提高節流之后的天然氣溫度，然后很有效的抑制水合物形成，從而提高井時率，達到降壓開采、平穩生產的目的。

2.8在經濟效益這方面的話，井下節流簡化了地面工藝的流程，減少了地面建設采氣所需要的生產投資成本，匯報周期也隨之下降，因此可以獲得更好的經濟效益。

參考文獻

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（作者單位：長慶油田分公司機械制造總廠）