煤層氣管線積液治理研究及對策

鄒紅剛 宋 軍 黃仁瓊 孫澤軍 王金鵬 馬 輝

(中國石油天然氣集團有限公司山西煤層氣勘探開發分公司,山西 048000)

1 引言

煤層氣生產采用“排水采氣”工藝,經過“水相流-氣水兩相流-氣流(水流)”階段排采，初期解吸后，采取階梯式放氣，管線壓力高、氣量攀升，輸送效率較高；進入穩產期后，氣量平穩，管線輸送能力受氣井生產能力、管容、積液、氣體飽和含水量、管網壓力低、管線位差等因素影響受到抑制，采氣管線積液影響日益突顯，直接影響采氣、輸氣效率。

2 采氣管線積液產出機理

煤層氣開采過程中，由于煤層井壁失穩、基質破裂等原因而產生煤粉，井底的水和煤粉在排水采氣過程中到達地面，大部分煤粉懸浮于水中在井口排出，但仍然有部分水和煤粉隨氣體進入采氣管道。除此之外，飽和氣體在采氣管道中流動，隨著溫度和壓力變化，其中的飽和水將會析出 ,因此，在煤層氣采氣管道中存在氣固、氣液等多相流動，水和固體顆粒都有可能影響煤層氣采氣管道內介質的流動狀態。

從理想氣態方程式來看，理想氣體在處于平衡態時，壓強、體積、物質的量、溫度間關系的狀態方程。

pV=nRT

式中：P:理想氣體壓力；

V：理想氣體體積；

n:氣體物質的量；

T：熱力學溫度；

R：理想氣體常數。

在同等體積流量下，溫度、壓力為兩個主控因素當氣體在管道中流動時，由于局部阻力，如遇到縮口和調節閥門時，其壓力若顯著下降，產生節流，節流膨脹后產生溫降、壓力變化，使氣體飽和含水量減少。

2.1 計量閥組作為壓降主導的凝析水產出認識

管線積液根據經驗認識，只會在冬季氣溫低、溫差大條件下產生，夏季溫度高不會出現管線積液。9月，在華固2井、3井出現了管線積液現象，從圖1華固2井、圖2華固3井壓力變化曲線分析看，當煤層氣在單井計量閥組段壓降越大，產生節流膨脹影響越大，那么溫降越大，溫降與飽和含水量成反比，凝析的水增多。

從圖3華固1井七月生產曲線、圖4華固1井十一月生產曲線來看，單井管壓隨溫差變化明顯反映到瞬時的變化，早期的影響初顯端倪，從單井日氣量來說變化小，易忽視；受單井井口、計量閥組節流、溫度雙重影響，煤層氣飽和含水量開始減少，管線內的積液影響明顯。

圖1 華固2井壓力變化曲線

圖2 華固3井壓力變化曲線

2.2 采氣管網作為溫降主導的凝析水產出認識

氣體經過計量閥組后，進入低壓集氣管網，壓降相對小，那么壓降產生的溫降小；煤層氣在管網運移過程中依然要克服位差、沿程摩阻，必然產生能量損耗。單井管壓與管網壓力持平，壓降趨于平緩，溫度對凝析水的析出起主導作用，氣體飽和含水量處于下降過程。

地形對煤層氣水利計算實驗數據表明：在其他相同條件下，起點、終點高程為100m時，流量、管長、管徑、壓力影響達5.8%。那么在低點存在積液成為可能。

3 積液排采井生產曲線特征

管線積液根據影響程度、影響范圍劃分為兩個類型：持續性、階段性影響。

3.1 持續性生產影響特征

從圖5持續性影響生產曲線來看，氣量影響時間較長，氣量下降明顯、不易消除，主要表現在管網采氣支線上。

3.2 階段性影響生產特征

從圖6階段性影響生產曲線來看，氣量影響較短、氣量波動明顯、易控制、需頻繁掃線，主要表現在單井閥組上。

圖3 華固1井七月生產曲線

圖4 華固1井十一月生產曲線

圖5 持續性影響生產曲線

圖6 階段性影響生產曲線

4 治理對策

數字化、智能化排采以機巡與人巡交互式的管理模式，遵循“連續、漸變、穩定、長期”的排采管控思路，在積液治理上，多為單井掃線、凝液缸放水，建立“消防式”的預警(機巡)機制，“自主式”的周期(人巡)分片循環規律性掃線認識，大大降低了管線積液對煤層氣生產的影響。

4.1 管線積液影響判定

機巡對管線積液的判定，單井套壓、管壓上升或波動明顯，除去站場回壓、儀表凍堵漂移、地質因素影響，需關聯判斷；瞬時(工況)波動大于等于4m3/h(瞬時波動、流量計進口旋渦發生器內有雜物、單流閥閥芯等因素)；需掃線的井滿足一個條件或多個條件，存在多重因素影響。

4.2 管線積液處理方法

根據生產壓力偏低的特點，遵循三低：找低點井位、找管線低點、找凝液缸位置相結合作為憋壓掃線、放空的依據與方法；根據生產井、管線鋪設位差的特點，單井、支線掃線找低點、凝液缸，依次分段進行，將單井掃線擴展至支線的吹掃。

影響位置判斷：現場核實數據，關閉計量閥組前后控制閥門，打開單流閥處(或掃線頭絲堵)，開關前后氣源，根據氣量強弱經驗判斷，初步認定影響位置，進行針對性的正反掃線；

影響距離判斷：部分單井在打開單流閥處或掃線頭，聽“喘氣、咕嘟”聲，短暫的掃線效果不明顯，因壓力低、水堵距離較遠不易掃出，可采取多次憋壓、迅速放噴、延長掃線時間的辦法。

5 結論

(1)煤層氣管線積液、單井管壓與管網壓力差是從單井采氣至采氣支線，再到干線是一傳遞、積聚的過程，是因采氣管線容積、過流截面積變化而不太突顯，影響表現以點、到線、到面的變化趨勢。

(2)煤層氣采氣管線積液治理，要從預防措施、監測機制、治理方法上，不斷摸索方法，總結經驗，降低管線積液對煤層氣生產的影響。