井下节流技术在低温分离工艺中的应用_朱浩平

图 1 低温分离系统组成示意图
(2)低温分离工艺在榆林气田的应用情况 榆林气田进站压力大部分在 18 M Pa 左右 , 最高 的达 22 M P a , 而外输压力为 5 M Pa 左右 。 由于进站 压力与外输压力差值较大 , 致使直接节流制冷后温 降过大 , 超过了低温分离工艺流程允许的最低温度 。 在实际生产中 , 对于压力较高的井 , 单井来气先经加 热炉加热后 , 再经过节流 阀节流 , 使 气流压力由 18 M P a 左右降至系统压力时 , 温度才能达到低温分离 所需要的温度 。 (3)低温分离工艺存在的技术问题 最早采用低温分离的榆 9 站已经运行了 3 a , 采 用该工艺处理后的天然气达到国家商品气标准 。但 因该工艺运行条件较高 , 在生产中还存在如下问题 : ①在低温分离工艺生产中 , 气井节流压差较大时 , 加 热炉负荷饱和 , 致使部分井不能正常生产 , 冬季矛盾 突出 , 榆 9 站 1#加热炉负担 8 口井 , 冬季只能保证 4
试验情况
正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常
四 、节流器的研制及其应用
卡瓦式井 下节流器 在现场应 用中存 在几个问 题 :①密封胶筒变形量大 , 密封可靠性较差 , 在部分
井不能达到长期有效节流的目的 ;②当油管较脏时 , 坐封难度 大 , 工作可 靠性差 ;③该节流器 上提座封 时 , 释放了地面装配时预压缩的弹簧力 , 依靠弹簧力 长期保证胶筒和节流嘴密封 , 在从井下取出过程中 , 胶筒仍受弹簧力处于膨胀状态 , 上提阻力很大 ;④弹 簧在井下腐蚀环境中长期工作 , 中途易发生断裂 , 从 而造成工作失效 ;⑤更换节流嘴时 , 同时也要更换节 流器的卡瓦 、胶筒等 , 使用成本高 。 针对卡瓦式井下节流器存在的上述问题 , 通过 改进完善 , 密封性能得到提高 。 但其他问题依然存 在 , 为此开展了预置工作筒式井下节流器的研制及 室内试验 。 1. 预置工作筒节流器的工作原理 在新井下入完井生产管柱时 , 直接在设计位置 安装工作筒 。 气井投产后 , 在需要采取防止水合物 措施时 , 利用专用投放工具通过钢丝作业将节流器 芯子投入工作筒 , 下击芯子 , 使锁块进入工作筒内 槽 , 依靠芯子上的锁块卡入工作筒槽内实现定位 , 上 提钢丝绳 , 投放工具与芯子脱离 , 完成节流器投放 。 芯子上的密封 组件与工 作筒密封 面形成良 好的密 封 , 气流从芯子中部通过气嘴节流后流出 。 节流嘴 节流孔大小可根据设计需要更换 。 需要更换气嘴时 , 利用钢丝作业下入配套打捞 工具 , 抓住锁块轴上提即可捞出芯子 。 2. 预置工作筒节流器的室内试验 根据实际应用条件 , 对预置工作筒式井下节流 器进行了水密封和气密封试验 , 试验结果如下 。 (1)预置工作筒式井下节流器锁块在压差最高 为 25. 8 M Pa 时 , 锁块未发生滑动 , 可见锁块在实际 的工作压差下能够安全可靠工作 。 (2)模拟井下温度 , 将节流器工作筒和芯子分别 加热至 90 ℃, 再将芯子用投放工具投入工作筒 , 芯 子进入工作筒顺利 , 无卡阻现象 , 说明该节流器在井 下温度条件下 , 可顺利坐封 。 (3)进行了不同温度 、压差下密封性能试验 , 试 验数据如表 4 。 从试验结果来看 , 预置工作筒式井下节流器在 不同的温度和压差下 , 坐封可靠 , 且反复坐封时 , 不 渗不漏 。“V”型密封圈不同压差和温度下的密封性 能好 , 可以满足气井节流生产要求 。 3. 预置工作筒节流器的特点及其应用探讨 (1)因“V” 型密封尺寸小于油管内径 , 上提芯子 时不存在“V”型密封与油管之间的卡阻现象 , 可在无 阻力的情况下方便地取出芯子 。
图 3 卡瓦式井下节流器胶筒图
表 3 卡 瓦式井下节流器“ V”型胶筒不 同压差和 温度下的密封性能试验表
压力 (M Pa)
26. 1 16 16 20 20 25 26. 1
温度 ( ℃) 室温(20)
60 80 60 80 80 90
保压时间 (h)
20 5 3 3. 5 3 4 2
试验介质
水 氮气 氮气 氮气 氮气 氮气 氮气
表 1 井下节流前后站 内运行数据表
时间 试验前 试验后
井号
榆 45-10 榆 45-11 榆 45-9 榆 43-9 榆 44-11 榆 47-7 榆 45-10 榆 45-11 榆 45-9 榆 43-9 榆 44-11 榆 47-7
进站压力 进站温度 节流前温度 节流后压力 理论计算直接 实 际节流后
三 、井下节流器性能研究试验
1. 圆柱型胶筒性能试验 卡瓦式井下节流器原来采用圆柱型胶筒 , 其局 部结构如图 2 所示 。 为了优化完善卡瓦式井下节流器性能 , 提高其 对不同工作条件的适应性 , 延长工作有效期 , 开展了
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图 2 井下节流器局部结构 示意图
密封性能室内试验研究 。 根据试验需要 , 设计加工 了卡瓦式井下节流器室内试验装置 , 进行了常温 、高 温条件下的水压和气压密封试验 。 试验前先装配调试井下节流器 , 装入试验装置 并试水压 , 合格后装配加热保温系统 , 进行试验装置 充气试压 , 使试验压差达 10 ～ 15 M Pa , 关闭截止阀 , 观察 30 min , 如果压力不降 , 开始密封寿命试验 。试 验情况见表 2 。 从试验结果来看 , 卡瓦式井下节流器采用圆柱 型胶筒 , 耐温 、耐压能力有限 , 在温度或压力较高时 , 工作寿命短 。 2. “V”型胶筒性能试验 针 对卡瓦式井下节流器存在密封性能有限的问
到低温分离所需的压力 。 单井来气经站内节流后 , 温度符合低温分离的要求 , 从而实现站内不加热 , 直 接节流制冷 , 这样就减少了加热炉的负荷 , 满足了冬 季高峰期的需求 , 使气井不致因加热炉负荷问题而 关井 , 并且降低了站内加热炉天然气的消耗量[ 4-6] 。 目前在榆林气田开展了 6 口井井下节流工艺技 术 , 其开展井下节流工艺前后的生产情况见表 1 。
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开发及开采 天 然 气 工 业 2007 年 6 月
口井生产 ;②低 温分离工艺中 , 由于流程 为高压集 气 , 管线内压力高 , 易形成水合物堵塞 , 注醇量太大 , 防水合物工艺成本高 。 2. 井下节流工艺在低温分离中的应用情况 针对低温分离工艺存在的问题 , 开展了井下节 流工艺技术 。 采用井下节流工艺技术 , 将单井高压 天然气在井下节流降压 , 可以使单井进站压力控制
二 、井下节流工艺的应用
1. 榆林气田低温分离工艺现状 (1)低温分离工艺原理 单井进站高压天然气经加热后 , 通过节流阀节 流膨胀制冷 , 利用天然气烃类组分冷凝温度的不同 和压力一定时天然气中饱和水含量与温度成正比的 特点 , 将重烃和水蒸气凝结成凝析油和水 , 经高效气 液分离器在低温下分离凝析油和水 , 达到降低天然 气烃露点和水露点的目的[ 2 , 3] 。 该工艺流程见图 1 。
气 气
4 65 ～ 75 气
5 60 ～ 75 气
6 60 ～ 75 气
试验 试验 温度 压力 ( ℃) (M P a)
时间
备注
80
17
3h
未破坏
80
19 40 min 上胶筒损坏
80
11
3h
未破坏
70
15 1 h28 min 上胶筒损坏
70
16 3 h
未破坏
80
14. 6 3 h 上胶筒损坏
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作者简介 :朱浩平 , 1970 年生 , 工程师 ;1997 年毕业于原西安石油学院 , 现从事油气生产和管理工作 。 地址 :(710021)陕 西 省西安市未央区兴隆园小区 。 电话 :(029)86594370。 E-mail :zhp_ cq@petro china. co m. cn
注 :理论计算温度是假设不进加热炉 , 直接节流制冷 , 温度降为 3. 15 ℃/ M Pa;低温分离要求温度为 - 8 ～ - 18 ℃。
通过试验取得以下效果 。 (1)试验前 , 如各单井进站直接节流制冷 , 由于 进站压力高 , 致使节流后的温度远远低于 - 18 ℃, 不能满足低温分离的要求 , 所以单井来气必须经加 热炉换热后才能进行节流 。 井下节流试验后 , 从理 论计算及实际运行情况看 , 直接节流制冷后温度符 合低温分离的要求 。 (2)在下井下节流器前 、后气井产量基本相同的 条件下 , 开展井下节流工艺后油压下降明显 。 (3)集气站日处理气量大大提高 , 使冬季因加热 炉负荷问题不能正常开井的井能够正常生产 。 (4)井下节流试验后 , 加热炉燃气量明显降低 , 燃气量 减少了 28. 4 %, 平均每 年可 以节约 天然气 10. 9 ×104 m3 。
一 、井下节流工艺技术的现状
井下节流工艺是依靠井下节流嘴实现气井井筒 节流降压 , 充分利用地温加热 , 使节流后气流温度基 本能恢复到节流前温度 。 国内外许多油气田都曾结 合本油气田的特点开展过井下节流的试验研究 , 为 油气田的高效 、经济开发做出了贡献 。 在四川气田 和胜利油田的孤岛 、垦西油气田等 , 通过试验证实井 下节流可以防止冬季井口管线的冻堵 , 减少工程投 资 , 加快气井工程建设速度 , 方便生产管理 , 确保气 井冬季连续生产[ 1] 。 长庆气田曾进行过井下节流工 艺技术研究试验 , 通过井下节流 , 使井口压力从 15 ～ 23 MP a 降低到 5 M Pa 左右 , 在提高集气流程安全 性 、防治水合物等方面发挥了较好的作用 。
(M Pa) ( ℃)
( ℃)
(M P a) 节流后温度(℃) 温度( ℃)
17
5
32
5
- 32. 8
- 10
15
7
23
5. 1
- 24. 2
-9
14. 5
4
25
4. 8
- 26. 5
-8
17
7
29
4. 9
- 31. 1
- 13
13. 6
5
24
5
- 22. 1
- 11
16. 4
5
25
5
- 30. 6
- 16
11
7
7
4. 8
- 12. 5
-8
9. 5
8
8
4. 32
- 8. 32
-8
11
8
8
4. 35
- 12. 9
- 12
11. 6
5
5
4. 78
- 16. 5
- 16
8. 2
4
5
4. 8
- 6. 7
- 13
11
5
10
4. 32
- 16
- 15
备注
进加热炉 进加热炉 进加热炉 进加热炉 进加热炉 进加热炉 进换热器 进换热器 进换热器 进换热器 进换热器 进加热炉
19. 8 26 min 上胶筒损坏
80
16 5 min 上胶筒破坏
52
18 30 min 上胶筒破坏
题 , 对胶筒的受力状况 、影响其工作性能的因素 、胶 筒结构及材质进行了深入分析研究 , 重新研制了一 种新型“ V” 型胶筒 , 如图 3 所示 。 模拟 气井井下工 况 , 对其密封性能进行试验 , 其试验情况见表 3 。从 试验情况来看 , 在温度 90 ℃、压差最高达 26. 1 M Pa 条件下节流器能够正常工作 , 表明改进的“V”型胶筒 在高温 、大压差环境都能够保持良好的密封性能 , 可 以满足长庆气田的气井井下节流工艺的需要 。
第 27 卷第 6 期 天 然 气 工 业 开发及开采
表 2 卡瓦式节流器 圆柱型胶筒不同压差和 温度下密封性能试验表
试验
胶筒 组合
பைடு நூலகம்
试验 介质
60 ～ 70 水 1 60 ～ 70 水
2
60 ～ 70 60 ～ 70
气 气
3
65 ～ 75 65 ～ 75
第 27 卷第 6 期 天 然 气 工 业 开发及开采
井下节流技术在低温分离工艺中的应用
朱浩平 郭自新 苟宏刚 张建华 许俊奇
(中国石油长庆油田公司)
朱浩平等. 井下节流技术在低温分离工艺中 的应用. 天然气工业 , 2007, 27(6):97-100. 摘 要 在简要介绍井下节流技术在国内外应用现状的基础上 , 针对长庆气田采用高 压集气集 中注醇工艺 流 程 、部分气井及集气管线在生产运行过程中暴露 出堵塞严重等问题 , 通过大量室内性能试验研究 , 对卡瓦式井下节 流器及配套工具进行了改进完善 , 研发 了预置 工作 筒式井 下节 流器 , 开 展了室 内试 验研究 和 6 口井 的现场 试验 。 通过井下节流技术在榆林气田的应用 , 实现了“ 单井不 注醇或 少注醇 、集气 站不加 热节流 降压 、低温分 离” 工艺 , 降 低了加热炉负荷 , 减少了燃气和甲醇消耗量 , 提高了经济效益 。 通过研究及试验 , 初步形成 了适合低 温分离工艺 的 井下节流配套技术 , 具有明显的技术经济和社会 效益 , 为高 效开发 长庆气 田上古 生界气 藏提供了 一种有 效的技 术 途径 。 主题词 长庆气田 气井 井下节流 低温分离 水合物