WYC150-75试压系统的运用及优化

WYC150-75试压系统的运用及优化

黄炜伦 ,杨桢剑 ,李顺雨 ,金毅浪 ,张,鹏

中国石油西南油气田分公司川西北气矿

摘要：本文介绍了目前油气田生产运行过程中遇到的常见问题——管道天然气水合物冰堵，阐释水合物的生成机理和抑制办法，通过对预防、消除水合物生成的方法、设备介绍和运用情况，制定出优化的措施，达到提高作业效率降低运行成本的目的。

关键词：天然气水合物、水合物抑制剂、试压系统、运行优化

1引言

我单位采用WYC150-75试压系统用于自主实施三高气井流程试压作业、井筒加注水合物抑制剂、配合打开井下安全阀以及井筒及地面流程解堵等作业。经过近年的现场运用实践，目前WYC150-75试压系统在日常运行、人员操作等内容上得到了完善。但在运用过程中，我单位发现该套试压系统还存在运行效率、施工安全以及，本论文即是对完善和改进点的阐述、探讨。

2设备使用背景——水合物防治

2.1水合物机理分析

在石油、天然气开采、加工和运输过程中，在一定温度和压力下天然气中的某些组分与液态水形成的冰雪状复合物。严重时，这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转[1]。天然气水合物的生成一般需要三个条件[2]：

①天然气中有足够的水分，已形成空穴结构；

②系统必须有足够低的温度和足够高的压力；

③气体处于脉动紊流等激烈扰动。

以上三个条件正是油气田开发过程中所具备的：一是含水气藏在开采过程中，气水一同在井筒及未脱水的集输流程中输送，具备水合物生成的必要条件；二是高压气藏本身具备的高压力以及井筒节流器、地面流程节流阀等节流降压设备导致的节流降温效应；三是流动的天然气在孔板、节流阀、管道弯头或变径处形成的紊流，为水合物形成提供了条件。

2.2水合物的危害

天然气水合物在井筒及集输管道内生成，会造成管道流动面积减小，增大液体流动阻力从而使产量减小、输送压差增大，甚至在极端情况下会堵塞流动通道，造成气井停产，严重影响能源供应和企业效益。

2.3水合物的防治

在地面集输过程中，井筒内高压天然气经过节流装置起到降压的作用，为后端流程降低天然气水合物生成、提高集输安全创造了条件。但节流导致的降温又是增加水合物形成的不利因素，因此需要在流程节流（变径、转向）处加热保温，避免水合物生成、聚集导致通道堵塞[5]。但是,井筒内部的天然气却难以通过上述方式抑制水合物生成，一方面井筒到地面长达几千米的管柱本身就对高压天然气起到了节流的作用，天然气自下而上压力逐渐降低，根据理想气体状态方程：

                  （1.1）

式中：

P——压强，Pa

V——气体体积，m³

n——气体的物质的量，mol

R——摩尔气体常数，J/（mol.K）

T——温度，K

在管柱内径不变、流量恒定的条件下，随着气体压力降低，自身温度也在不断降低。然而井筒内部却很难通过外部设备对其进行加热、保温，从而防止水合物生成。（气井开井初期，井筒温度较低，在节流效应的影响下，更容易生成水合物堵塞通道。

3设备运用

3.1加注乙二醇原理

目前我单位通过试压系统（试压泵）向井筒内加注水合物抑制剂（乙二醇水溶液）。设井口压力为P井口，试压系统压力为P泵，设定试压系统压力，使P井口＜P泵，试压泵推动水合物抑制剂进入井筒，使其附着于管壁，防止开井过程中天然气水合物冰堵。

3.2设备结构及工作原理

该套试压系统供电设备（发电机）、运行设备（试压泵）组成，试压泵主体由电控箱、高压往复泵、调压阀、单向阀等构成。

（1）WYC150-75试压系统——柴油发电机结构

试压系统发电机是该套系统的附属设备，在野外无外接电源时作为整套系统的动力来源，发电机以柴油作为燃料，输出380V用电，功率可达150KW，具体参数如【表1】。

表1 发电机参数

（2）WYC150-75试压系统——试压泵结构

作为WYC150-75试压系统的核心部件，试压泵承担了将电能的转换作用，同时将水箱内液体加压后泵出的作用。

表2 试压泵参数

（3）运行原理

工作原理是电动机通过带动高压往复泵转动，水箱内液体被往复泵吸入加压，通过调压阀、单向阀、由高压软管输送到出口端形成（高于井口压力的）高压水流，能实现加注作业。

图1 试压系统原理图

4设备运行优化

4.1WYC150-75试压系统运行模式优化

我单位没有采用自主试压系统前，采取与第三方公司（承包商）签订合同，开展试压、注剂等工作。因此，在引进WYC150-75 试压系统后，试压、注剂等工作全部由我单位内部员工实施，在任务响应能力、现场安全管控上得到了巨大提高，但是使用费用却因此变高。所以，结合现有技术，采用自主设备开展试压、注剂的工作流程如下：

图2 自主试压、注剂工作管理流程

相比外委试压泵作业，使用自主设备开展试压、注剂作业，在人员响应、设备使用、人工费等方面占有诸多优势。目前WYC150-75试压系统需要25T吊车和25T运输车的协助，才能完成各井站转场。吊车、运输车均是采用外包运输公司车辆，同样涉及到及时响应、成本费用、吊装安全等问题。因此可采用自主运输方式，我单位采用自主运输、吊装试压系统工作流程如下：

图3一体化试压泵作业管理流程

采用自主运输、吊装设备+自主试压泵作业的模式，企业设备运行成本将会大大降低，同时小型设备避免了吊装作业次数和风险，使试压、注剂作业更加安全可靠。

4.2优化改进建议

可购置一台20吨随车吊，承担重要吊装、运输作业，如：井口阀门更换，油管、法兰脚手架等材料搬运，同时能满足WYC150-75试压系统运输吊装。同时可购置一台10吨运输车，将试压泵与发电机分别放置在随车吊和运输车上，保证作业效率提高。费用对比：

表3 运行效果及费用对比

综上所述，采用自主吊装、运输试压泵作业，将在3.1年内回本，之后实现单位长期收益。

4.3WYC150-75试压系统改造

该套试压系统在使用过程中，中心发现试压系统存在泵注液体累计容积及排量无法精准计量、注入端压力无显示，须派操作人员值守液位计等问题，这会造成乙二醇、柴油使用浪费，同时操作人员在试压泵高压区查看液位存在高压流体伤人、管线因憋压导致泄漏的风险。为提高泵注液体计量精度并确保施工的可靠性、安全性，需完善控制软件应用于试压系统中[3]。对试压系统使用过程中的运行参数进行分析，通过研究整套系统排量、运行频率、累计注入量，优化现有电脑控制软件界面和代码，达到节省乙二醇、柴油用量，减少成本的使用、保障作业人员安全的作用[4]。主要改进内容：

①确定泵注排量对应的电机频率。

②泵注容积计算公式更改，进行误差修正。

③增加传感器、改造控制软件界面和代码，使之能实现实时显示注入端压力、排量、累计泵注量（容积）等功能。

④加装井口视频监控装置，随时监控井口状况。

改造后，试压系统能进行精准计量泵注防冻剂（乙二醇）使用量，同时可合理控制泵注速率，并实时监测注入端压力变化保障作业人员安全。优化后的系统人员能在操作室内直观监控泵注情况，减少单独派人驻守液位计监控，差旅费得到节省。

表5   费用节省情况

5结论

地面天然气水合物可通过管线保温、节流降压、分离脱水、加注水合物（热力学）抑制剂的方式，最大程度的预防水合物生成，防止天然气水合物堵塞地面集输流程。使用试压系统将水合物抑制剂注入井筒、地面流程是防止冰堵行之有效的方法。

参考文献：

[1]熊颖,王宁升,许深皓,丁咚,吴平.天然气水合物的结构特征及防治措施[J].油气储运,2008(06):48-52+15-16+62.

[2]郭小哲,赵志辉,王福升. 气井水合物检测与预警[M]. 北京:中国石化出版社, 2013.

[3]王志远,赵阳,孙宝江,于璟.深水气井测试管柱内天然气水合物堵塞特征与防治新方法[J].天然气工业,2018,38(01):81-88.

[4]尚永慧,罗旭术.天然气水合物生长与防堵管浅析[J].中国石油石化,2017(07):7-8..

[5]雷玲琳,石晓栊.天然气水合物抑制技术研究进展[J].西部探矿工程,2013,25(06):87-89.