陕北气田高压气井水合物堵塞预测模拟

中国长庆油田陕北高压气井在试采过程中 ,均不同程度地存在油管出现水合物堵塞现象 ,严重影响了气井的正常生产。水合物形成的初始位置对于防冻剂的注入位置、数量及方式都是极其重要的。运用流体力学、传热学等有关理论 ,同时结合vanderWaals -Platteeuw理想固体溶液假设 ,提出了一个数学模型对水合物在井筒中的堵塞初始位置进行了预测。通过现场检验 ,该数学模型具有较高的精度 ,并且计算方法简单 ,使用方便 ,能够满足工程要求。

预防气体水合物堵塞的深水油气井测试安全阀下入位置研究

深水油气井测试过程中,容易发生气体水合物堵塞井下安全阀的问题,为避免出现该问题,研究了安全阀合理下入位置的确定方法。利用气体水合物相平衡微观试验装置,在室内模拟了地层水矿化度下多组分气体水合物在水中的相变过程,得到了温度和压力对气体水合物相平衡的影响规律;分析了气体组分、水深、地温梯度和井口压力对生成气体水合物的影响,预测了气体水合物的生成区域,从安全和成本2方面考虑给出了安全阀最小下入深度的确定方法。研究发现,气体组分、水深、地温梯度、井口压力均会影响安全阀的下入位置,产出气中乙烷、丙烷和丁烷含量增加更易生成气体水合物;同时,水深越深,地温梯度越小,井口压力越大,生成气体水合物的区域越大,安全阀需要下入到更深的位置。研究认为,上述研究成果可为深水油气井测试中安全阀下入位置的确定提供参考。

水合物堵塞治理工具和方法研究

针对深水油气混输管道中极易生成固体水合物而造成输送管道堵塞的问题,研制了水合物堵塞治理工具样机,并对样机的性能进行了试验验证。该样机主要包括橇块主体、脐带缆系统和测量监控系统。根据水合物堵塞治理工具的设计原理提出了相应的操作流程,并开发了控制软件。试验结果表明,水合物堵塞治理工具和控制系统在水下运行正常,能够完成管线降压和抑制剂注入等规定动作,说明利用该工具可以采用降压、注剂/注热或注剂/注热+降压联合的方法解决油气输送管道中固体水合物堵塞的问题。研究内容对于海底混输管线的安全运行具有指导作用。

含天然气水合物的海底多相管输及其堵塞风险管控

为了提升深水油气开发海底输送系统多相流动的安全运行水平、推进“天然气水合物(以下简称水合物)浆液输送技术”的工业化应用进程,基于所搭建的水合物流动保障实验平台,结合水合物动力学生成机理、多相流动规律和可靠性理论,开展了含水合物的海底多相管输及其堵塞风险理论与技术研究。研究结果表明:①水合物颗粒的存在,会减少分层流区域,增强段塞流动趋势,更易形成环状流和波浪流,基于小扰动法所建分层流判别准则,能合理划分实验流型数据;②考虑水合物颗粒间聚并剪切,结合有效介质理论,建立了水合物浆液的黏度、阻力计算方法,预测精度均在±20%以内;③提出了含水合物多相管输的临界悬浮流速概念,分别建立了低于该流速的气浆、高于该流速的固液多相流动机理模型,能更加合理地描述水合物颗粒与多相流动耦合影响规律;④观察到水合物壁面沉积4阶段历程,通过不同实验条件下水合物沉积率的定量表征分析,揭示了各因素对水合物壁面沉积的作用机理;⑤定量分析了不同流型下水合物颗粒的聚并沉积状态,定性分析了各流型中水合物的堵塞机理及风险;⑥引入可靠性理论,建立了以水合物体积分数为判定条件的极限状态方程,耦合抽样及快速求解理论,实现了含水合物多相输送管道堵塞概率表征,并给出了水合物浆液管道稳定运行的安全评价等级划分原则。结论认为,该研究成果能从定性和定量两个方面有效预测多相混输管道中水合物的生成及堵塞风险,有助于保障海底输送系统多相流动的安全运行。

集气管线天然气水合物生成理论模型及堵塞预测研究

在集气管线中一旦出现水合物堵塞,就要进行解堵,但通常比较困难,而且影响正常运行,有时还会引起事故。因此,对于新投产或已正常运行的集气管线,如何预先判定在什么位置、什么条件下会形成水合物堵塞,如何采取经济有效的解堵预防措施,一直是天然气界十分关注的问题。在前人工作的基础上,运用化工热力学和数值分析等基本原理,并结合水合物生成动力学机理及气体水合物分子热力学模型,将天然气水合物分子热力学和集气管线中天然气动力学有机结合起来,建立了集气管线天然气水合物堵塞预测模型。利用建立的数学模型,并在参考国内外有关资料基础上,研制了集气管线天然气水合物堵塞预测软件GGP-NGH1.0。

机械清除法解决管道水合物堵塞的工程实践

针对苏里格气田采用的湿气集输工艺,对水合物的几种防治方法进行研究和对比,包括加热法、逐级节流法、添加热力学抑制剂、机械清除法。结果表明:通过现场试验,在完全掌握水合物冻堵时间规律的基础上,使用机械清除法既可以避免卡阻问题,又能有效清除水合物,防止管道冻堵,且该方法具有直接、彻底、易操作、无污染、经济等优点。基于管道运行中水合物的生成规律,提出了以机械清除法为主的水合物防治方法,并就工艺装置的改造提出建议。

水合物抑制-缓蚀双功能抑制剂研究进展

在石油天然气开采和运输过程中,天然气水合物堵塞和井筒腐蚀是两个棘手的问题。水合物抑制剂和井筒缓蚀剂分别是解决上述两个问题的化学剂。考虑到水合物抑制剂和缓蚀剂在分子结构上具有相似点,注入具备水合物抑制-缓蚀双功能的抑制剂既可简化现场加注工艺,又能节省施工成本。然而,目前关于此双功能抑制剂的研究报道较少。为此,本文梳理了当前水合物抑制-缓蚀双功能抑制剂的研究进展,包括离子液体类、氨基酸类、生物大分子类和共聚物类四大类,总结了影响此双功能抑制剂性能的主要因素,并讨论了其未来的发展趋势。

水合物动力学抑制剂在油水体系内抑制性能实验研究

水合物造成的管道流动安全问题长期困扰着油气生产和运输部门。采用高压蓝宝石反应釜,系统研究了一类水合物动力学抑制剂在油水体系内的抑制性能,实验结果表明:在(柴油+水+甲烷)体系内,可视观察法测定的诱导时间更能真实反映水合物动力学抑制剂的抑制性能;随着动力学抑制剂添加浓度的增加,在进气压力相近情况下,体系可承受的最大过冷度呈现先增大后减少的趋势。在(柴油+水+乳化剂+甲烷)体系内,乳化剂的添加浓度对体系可承受的最大过冷度无明显影响;在动力学抑制剂添加浓度相同情况下,实验测定的最大过冷度比(柴油+水+甲烷)体系中的测定结果偏小。最后从油水乳化角度对比分析了动力学抑制剂在油水体系内的抑制机理。

水合物动力学抑制剂开发与评价方法研究进展

气体水合物堵塞是影响多相流动安全保障的主要问题之一。水合物动力学抑制剂因其用量小、经济环保、应用范围广等特点受到油气工业界关注。首先调研了水合物动力学抑制剂开发和评价的常规方法,包括温压变化法、可视观测法和模拟循环管路法,概括了各方法的特点和适用情况;其次介绍了近年来的新型开发和评价方法,如微分扫描量热仪法、激光测量技术法、微观力测试法和分子模拟法;最后对比分析了各方法的优缺点,并提出了水合物动力学抑制剂在实际开发和评价过程中的合理化建议。

多相混输管道水合物防控技术及现场应用研究进展

由水合物造成的管道堵塞问题长期困扰着油气生产和运输部门,特别对油-气-水多相混输领域,水合物问题尤为严重。首先系统调研了国内外水合物防控技术的研究进展,着重介绍了低剂量水合物抑制剂的最新研究成果;其次详细阐述了低剂量水合物抑制剂在现场油气田的应用情况;最后指出了水合物防控技术未来的研究重点。

酸性天然气生成水合物条件实验测定与应用

针对酸性天然气藏开发易生成水合物,堵塞井筒及生产管线的问题,运用定温搜索压力法,对中国西部地区2个高含CO_(2)的天然气藏气样进行水合物生成条件实验测定。研究表明:天然气中高CO_(2)含量提高了地层水中HCO-3的离子含量,从而增加了地层水的矿化度;与纯CH 4气体相比,相同温度条件下,CO_(2)的存在显著降低了天然气水合物生成所需的地层压力。对于目标天然气流体,在低矿化度地层水中,生成水合物条件与在纯水中没有明显差别;在较高矿化度(16970.7 mg/L)地层水中生成天然气水合物压力显著高于纯水体系。进一步基于Clausius-Clapeyron方程计算所合成水合物的分解焓为62 kJ/mol,生成的天然气水合物为Ⅰ型结构。最后结合实验数据和生产动态数据,对目标气藏开发过程水合物生成特征进行分析,预测井筒内是否生成水合物以及出现水合物的井筒位置,该研究为现场生产预防水合物生成具有借鉴意义。

多相混输管道内水合物形成过程研究进展

针对由水合物造成的管道堵塞,特别是油-气-水多相混输领域水合物堵塞尤为严重的问题,系统调研了水合物在多相混输管道内形成机理的研究进展,着重介绍了富油相/富水相和富气相两个体系;基于水合物颗粒微观作用机理,详细阐述了水合物颗粒间的黏聚和水合物颗粒与管壁间的黏附作用;指出了多相混输管道内水合物形成过程的未来研究方向。

天然气采输过程中水合物防治技术研究应用

随着气田进入有水开发阶段,部分气井在井筒、井口及地面流程设备处出现天然气水合物冻堵的现象,严重影响到气井的正常生产与销售。为加快气田开发进程,完善采气工艺技术,解决气井水合物冻堵对气藏开发的不利影响,分别进行了天然气水合物形成的静态与动态影响因素研究、水合物抑制剂评价及配套工艺研究。通过研究与现场应用,有效地抑制了气井水合物的形成,解决了因水合物冻堵影响气井开井时率的生产难题,对气井保护性开采及提高采收率起到了重要作用。

高含水气液两相流中水合物成核—生成—堵塞规律研究

在海域水合物开采和深水油气钻井过程中,排水管线和井筒中易出现高含水气液两相流。在低温高压的环境中水合物在管线中生成后会出现聚集、沉积等情况,严重时会形成堵塞,威胁生产安全。基于自主搭建的高压流动环路进行试验,探究高含水条件下水合物成核、快速生成和堵塞阶段的特征,在不同初始流速和降温速率条件下分析宏观诱导时间、水合物生成量和堵塞时间的变化规律,建立了流动系统完全堵塞时水合物浓度的预测模型。结果表明,当初始流速在0.46~1.12 m/s范围内,宏观诱导时间和水合物堵塞浓度均随初始流速的升高先增大后减小,而随降温速率的增大而减小;水合物堵塞时间与初始流速呈正相关,而与降温速率呈负相关;在水合物成核和生成阶段,由传质主导转换为传热主导的特征流速为0.86±0.14 m/s;建立的水合物浓度预测模型的误差小于±15%。

天然气水合物形成机理及有效清除

在深水油气田完井作业过程中,管柱内生成的天然气水合物会堵塞流动通道,严重影响正常作业,通过对天然气水合物形成机理及预防的研究,分析了解决完井作业过程中天然气水合物堵塞的措施方案,并以作业实例说明现场施工中遇到的困难和具体的作业处理流程,为后续的深水完井作业提供了理论和经验,可进一步推广应用。

海域水合物钻采水基钻井液中甲烷水合物聚集特性试验探讨

建立了水基钻井液中水合物聚集特性评价试验模拟装置,利用扭矩测试法分析了纯水中甲烷水合物生成过程中水合物颗粒聚集特性及变化规律,并对纯水中防聚剂抑制水合物颗粒聚集性能进行了试验评价。试验结果表明:在水合物生成过程中,扭矩值随水合物转化率的增大先平稳增加,然后剧烈波动,当水合物转化率达27%以上时,易产生水合物聚集构成流动障碍。水合物防聚剂AEO-3和十二烷基二甲基甜菜碱在100%含水率试验条件下无法阻止水合物颗粒聚集形成流动障碍,但AEO-3具有一定延缓水合物颗粒聚集导致流动障碍的作用。

井下节流条件下速度管柱复合排采技术研究

东胜气田位于鄂尔多斯盆地北部,气井普遍产水,且液气比高,部分高产液气井采取小套管生产,受低压集输、水合物生成等因素影响,需采用地面油嘴控制、水套炉加热方式进行生产,造成生产成本高,气井携液难度增加,对生产造成不利影响。速度管排水采气技术作为高产液气井排采的一种有效手段,能够实现不压井作业,减少储层污染的优点,通过采用速度管柱和井下固定式气嘴复合技术,有效提高了气井携液能力,避免了水合物堵塞,生产成本大幅下降,为同类型气井排水采气提供了可靠实用的技术手段。

深水气井水合物流动障碍形成机制与防治方法研究进展

明晰深水气井水合物流动障碍形成机制并依此提出水合物防治方法对深水油气开发至关重要。目前国内外关于水合物流动障碍形成机制的理论与实验研究众多,但多集中在油气集输管线内的油基、水基等富液相体系,因此,针对深水气井内的气主导体系进行水合物流动障碍形成机制与防治方法的总结归纳是适宜的且意义重大。本文基于水合物生成、水合物颗粒聚并、水合物沉积、沉积层剥落、沉积层变厚最终堵塞井筒的流动障碍演化共识,概括分析了深水气井水合物流动障碍形成机制。针对完全抑制水合物防治方法的应用不足,总结了两种非完全抑制的防治方法,这些新型的水合物防治思路对深水油气安全高效开发具有一定借鉴意义。

异径气嘴

新型异径气嘴内部为阶梯状依次排列的圆柱形不同径空腔,分别为放大腔、振荡腔、喷射腔,在喷射腔的出口端加工有一个喷射角。当高压天然气流进入喷射腔时,在振荡腔的出口截面处产生自激压力激动,自激压力激动反馈回振荡腔时引起流体振动,使进入喷射腔内的天然气流形成振动的连续流,从而使天然气所携井液中的蜡质和水合物晶体无法在气嘴内析出聚集。使用普通气嘴时,平均检修、更换时间为30天;使用新型异径气嘴后,平均检修、更换时间为50天。

大牛地气田气井停醇时机研究

从水合物的形成机理入手,针对气井停醇时机进行室内模拟和现场实验。室内模拟主要通过PIPESIM软件建立模型,模拟得到不同环境温度下可停醇气井的条件。依据室内模拟结果选取274口气井实施现场停醇实验,并对停醇结果进行分析。将该方法应用于大牛地气田后,其夏季停醇时间有所提前,基本实现了降低含醇污水处理费用、节约成本的目标。