高压采气管线堵塞原因及应对措施

作者：张艳玲李明国邓雄李善均　　评论：　更新日期：2012年09月10日

摘要：为缩短产能建设周期，节省投资，中国石油西南油气田公司重庆气矿很多补充开发井都采取了建设高压采气管线、实现无人值守的建站方式。但由于管线投产初期井下脏物较多、运行压力高等原因，管线冬季堵塞频繁，影响了气井的正常生产。对重庆气矿14条高压呆气管线投产以来造成堵塞的各种因素进行分析总结，探讨了高压采气管线保温、防冻剂加注、优化生产集输参数等主要的管线防冻措施，提出了相应的意见和建议。

主题词：高压；采气；管道；堵塞；原因；措施；探讨

一、高压采气管线基本情况

中国石油西南油气田公司重庆气矿(以下简介气矿)2004年至2007年7月投产无人值守高压采气管线14条，分布于重庆市忠县、开县、开江、梁平、万州作业区，管线多采用憎水型复合硅酸盐保温材料(600mm×400mm×20mm)，管材为20G高压锅炉用钢管。管线总长20.23km，设计压力18～32MPa，目前部分高压管线运行压力已降到10MPa以下，管径多为Ф83mm、Ф76mm。产水最多3m³/d，产气量最大28×10⁴m³/d。H₂S含量为0.016～6.2g/m³。14条高压采气管线投产初期都发生过几次堵塞，其中部分管线堵塞时间长，严重影响了气井生产。

二、堵塞因素分析

1. 管线输送压力和温度的影响

(1) 不同管输压力下管线堵塞分析

利用高压采气管线水合物预测软件，对气井不同工况条件下水合物生成温度进行预测，并根据进站温度、水合物形成温度和管线最大温降梯度计算出管线能够输送距离，数据见表1。

表1 气井不同工况条件下水台物生成温度预测表

管线	压力(MPa)	输气量(10⁴m³/d)	出站温度(℃)	进站温度(℃)	水合物形成温度(℃)	温降梯度(℃/100m)	管线长度(m)	管线堵塞	计算管线输送距离(m)
天东96井	28 7	9.0	24 0	17	21.85	0.57	1500	会	650
	25.3	12.8	27 0	20	20 88			可能	1346
	24.0	16.0	29.0	22	20 48			不会	1780
天东00井	16.4	5.6	23.2	12	19.98	0.60	1850	会	520
天东00井	9.8	5.6	27 0	17	1600	0.60	1850	不会	2016
天东98井—天东1井	8.4	7.8	26.0	15	1477	1.05	1427	可能	1450
天东98井—天东1井	9.1	7.8	28.0	15	15.05	1.05	1427	可能	1420
天东108井—天东55井	11.7	85.0	43.O	24	17.30	0.77	2460	不会	3318
天东108井—天东55井	13.0	23.0	43.O	24	18.20	0.77	2460	不会	3213
池71井—池64井	15.9	15.3	35.3	29	16.51	0.86	700	不会	1453
池71井—池64井	10 0	14.7	35.2	27	16.51	0.86	700	不会	1221
峰17并	0.86	7.5	29.0	22.5	18.20	0.56	1600	不会	2368

从表1可知，天东96井管线堵塞的原因主要是运行压力高，冬季若以9×10⁴m³/d生产，管输压力28.7MPa，计算管线输送距离为650m，预测管线必然会堵塞。若按16×10⁴m³/d生产，管输压力为24MPa，预测管线可输送1.78km，不会堵塞，所以通过改变天东96井的生产制度，可解决管线冬季堵塞问题。天东99井在相同气量下，管输压力16.4MPa时，进站温度低于水合物形成温度，管线会堵塞，若管输压力降到9.8MPa时，水合物形成温度下降，管线不会发生堵塞。天东98井—天东1井管线进站温度接近水合物预测温度，值班人员注意摸索规律，观察压差变化，管线不会发生堵塞。天东108井—天东55、池71井—池64、峰17井—峰11井3条管线进站温度远高于水合物形成温度，管线不会发生堵塞。

(2) 温度对管线堵塞影响

通过2006年8月～11月在高压采气管线进出站处安装地温测试桩(共14处，埋深60～100cm不等)，对几条高压采气管线所在区域气温、地温数据进行测试。通过数据分析，1～2月、12月为全年气温、地温最低时期(此段时间管线堵塞最严重)。2007年最低气温l℃，2006年最低气温2℃，两年最低气温相差不多。

图1为池37井在起点温度为40℃时，不同地温下的沿程温度分布及水合物生成曲线。从图1可以看出：地温对管线沿程温度的影响非常大，不同地温下管线沿程温降不同，地温越高，管线沿程温降越小^[1]。地温小于15℃时(最大温降11℃/km)池37—池27井管线输送至2.6km左右基本无法输送，所以池37池27井管线在冬季11月至次年4月之间气温下降到15℃以后，池27井无法进行气举生产。天东99—天东67井管线在地温为10℃时，沿程温降9℃左右，实际测得管线最大温降10.8℃，说明修正后理论公式计算比较符合实际，当天东99井投产初期管输压力15MPa时，水合物形成温度为19.3℃，由图1-b可知当地温下降到15℃以后，管线可能会发生堵塞现象。从以上理论分析及管线实际运行可知，温度对管线冬季运行影响很大，通过对管线的埋深来提高地温，减少管线沿程温降很重要。

2. 井下脏物对管线堵塞的影响

所有高压管线投产初期都存在堵塞现象，脏物是堵塞的主要影响因素，并因污物量、气井工况及投产时间的不同，导致管线堵塞程度和时间不同。为减少井下脏物对气井生产的影响，投产初期应对气井进行充分放喷，以净化井底减少管线堵塞时间。

3. 沿线环境对管线堵塞的影响

根据现场踏勘的9条高压采气管线，池37池27井及天东98井—天东1井2条管线沿线环境最恶劣，管线高差最大，对冬季生产造成一定影响。管线高程对管线沿线压力、温度影响很大，优化管线走向设计非常重要。分析可知：随着管线位置变化，由于压力的变化引起各点的水合物生成温度也发生变化。进站管线的温度最低，但并非在进站处形成的水合物温度最低。因此，进行管线设计时对水合物形成温度预测要综合考虑，不能以终点不会形成水合物，就认为管线沿程都不生成水合物。

4. 高压采气管线流速对管线堵塞的影响

根据各管道起终点压力和管道相关参数，计算出管流速度(见表2)。

表2 高压采气管线流速计算表

管线	实际流量(10⁴m³/d)	实际流速(m/s)
天东96—天东90井	9.0 16.5	4.39 8.04
天东99—天东67井	5.2 6.5	2.28 2.85
天东98—天东1井	7.5	3.29
天东108—天东55井	28.0 25.0	11.09 9.91
池37—池27井	6.0 5.0	4.78 3.99
池71—池64井	16.1	7.85
池037-1—池37井	25.0	12.19
峰20—峰6井	6.8	3.31
天东97X—五科1井	1.4	0.98

从表2知，天东99井以(5.2～6.5)×10⁴m³/d、天东97X井以1.4×10⁴m³/a生产时低于管线最低流速要求(3m/s)，对于产水气井且投产初期井下污物较多的气井(特别是投产时间在上年11月到次年3月之间的气井)，如天东99井，其管流速度较低且低于最低携水能力要求，管线很容易在低洼处形成积液，给水台物形成提供了条件，流速低是天东99井—天东67井管线冬季冻堵频繁的主要原因。而天东97X井—五科1井管流速度更低，但天东97X井本身不产水，流速对天东97X井—五科1井管线运行影响不大。因此，在管径设计计算时，应根据输量、压力、携液能力综合考虑，优化选择。