三、防凍堵措施探討
??? 防止水合物堵塞的有效方法是避免在水合物形成區(qū)域溫度、壓力條件的形成[2]?？梢酝ㄟ^(guò)絕熱或掩埋管線以減少熱量散失或通過(guò)選擇流量參數(shù)，保持較高的流速以減小管線滯留時(shí)間來(lái)完成[3]。但流體通路越長(zhǎng)，所遇到的溫度、壓力條件范圍就越大，這種方法也就不適用了。應(yīng)考慮其他預(yù)防措施。
??? 目前部分氣井井口有緩蝕劑滴注罐，能實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒的緩蝕劑加注，但井口設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮對(duì)高壓采氣管線接防凍劑、緩蝕劑加注工藝設(shè)施(天東96井除外)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)防凍劑及緩蝕劑加注。管線堵塞后多采用降壓法進(jìn)行解堵，而2006年及以前投產(chǎn)的無(wú)人值守井的井口無(wú)放空裝置，無(wú)法進(jìn)行井口放空。當(dāng)高壓采氣管道某一段發(fā)生堵塞后，只能在管線術(shù)端使用進(jìn)站放空閥放空降壓進(jìn)行解堵。尤其當(dāng)管道完全堵死后，堵塞段前后壓差過(guò)大，給氣井生產(chǎn)帶來(lái)較大安全隱患。為確保新建高壓采氣管線安全運(yùn)行、順利越冬，對(duì)主要的防凍堵措施進(jìn)行分析。
1. 高壓采氣管線保溫措施分析
??? (1) 保溫施工要求
??? 管道保溫施工應(yīng)符合沒(méi)計(jì)要求，一般按保溫層、防潮層、保護(hù)層的順序施工[4～5]。
??? 保溫施工應(yīng)在管道試壓及防腐合格后進(jìn)行，施工前管道表面應(yīng)保持清潔干燥。
??? 垂直管道的保溫應(yīng)自下而上地進(jìn)行。垂直高度超過(guò)5m的，施工時(shí)每隔3～5m焊接1個(gè)支撐托板，支撐托板應(yīng)焊在管壁上，寬度為保溫厚度的1/3～1/2，保溫管道支架處應(yīng)留有膨脹伸縮縫，并用石棉繩或玻璃棉填塞。
??? 防水層在搭接時(shí)，其寬度應(yīng)為30～50mm，并縫口朝下，與保溫層應(yīng)捆扎牢固。防水層應(yīng)完整嚴(yán)密、厚度均勻、無(wú)氣孔、鼓泡和開(kāi)裂等缺陷。
??? 保護(hù)層在搭接時(shí)，其寬度應(yīng)為30～50mm，端部應(yīng)封閉。若用金屬作為保護(hù)層，應(yīng)壓邊，箍緊，不得有脫殼或凹凸不平，其環(huán)縱縫應(yīng)搭接或咬口。
??? (2) 國(guó)內(nèi)外埋地管道保溫結(jié)構(gòu)
??? 保溫結(jié)構(gòu)的沒(méi)計(jì)直接關(guān)系到保溫效果、投資費(fèi)用、使用年限等問(wèn)題。目前國(guó)外采用的管道保溫結(jié)構(gòu)基本形式為：鋼管一防腐層—保溫層防水保護(hù)層，構(gòu)成管道三防體系。為確保防腐保溫設(shè)計(jì)的可靠性，美國(guó)保溫界認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體嚴(yán)密性是保溫設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。據(jù)日本測(cè)算，由于熱伸縮縫引起保溫結(jié)構(gòu)開(kāi)裂而造成的熱損失約占保溫管道總散熱損失的30%。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須保證工程投產(chǎn)后特別是若千年后防腐保溫結(jié)構(gòu)仍然嚴(yán)密無(wú)縫。
?? ?(3) 保溫分析實(shí)例
? ??池37井—池27井管線：
池37井保溫前出站溫度為60℃，保溫后出站溫度70℃，保溫層厚度60mm，管線運(yùn)行壓力15.7MPa，輸量(4～6)×104m3/d，產(chǎn)水2m3/d，地溫12℃。池37井池27井高壓氣舉管線保溫前后沿程溫降如圖2所示。
?? ?從圖2-a中可知，管線在不保溫時(shí)，在距池37井600～700m處，沿程溫降已到20℃，水合物形成溫度按22.6℃計(jì)算，則池37井到池27井管線在上述條件下運(yùn)行不到1000m，管線就會(huì)發(fā)生堵塞。從圖2-b可知，管線在采取全線保溫措施后，在上述生產(chǎn)條件下，即使地溫為5℃時(shí)，沿程溫度始終高于水合物形成溫度，管線不會(huì)發(fā)生堵塞。
2. 防凍劑加注措施分析
??? 防凍劑加注工藝簡(jiǎn)單，一種是在無(wú)人值守井井口設(shè)計(jì)中考慮防凍劑、緩蝕劑加注工藝設(shè)施，實(shí)現(xiàn)高壓采氣管線防凍劑及緩蝕劑加注，同時(shí)在安裝注氣管線和加注管線時(shí)應(yīng)達(dá)到一定壓差；加注管徑應(yīng)考慮藥劑粘度等所產(chǎn)生的阻力影響，綜合分析計(jì)算后確定，以便順利加注。另外，可以通過(guò)在有人值守站安裝防凍劑加注裝置及高壓加注管線工藝到無(wú)人井口后將防凍劑加注到采氣管線，此方法效果較好，但投資相對(duì)較高。
3. 優(yōu)化生產(chǎn)集輸參數(shù)分析
??? 液態(tài)水存在是水合物生成的必要條件之一，如果在高壓采氣中確保管線不積液，即集輸氣量能攜帶出集輸過(guò)程中分離出的游離水，將非常有利于防止氣礦丘陵地區(qū)管線的堵塞。
假設(shè)輸送溫度為20℃，天然氣相對(duì)密度0.57，則最小輸氣量與管徑、壓力之間的關(guān)系見(jiàn)圖3-a；假設(shè)輸送壓力為20MPa，天然氣相對(duì)密度為0.57，則最小輸氣量與管徑、溫度之間的關(guān)系見(jiàn)圖3-b。
??? 從圖3-a上可以看出，隨著輸送壓力的增加，攜液的最小輸氣量增加，相同輸氣壓力下管徑越大，所需攜液的最小輸氣量也越火；當(dāng)壓力超過(guò)一定值(該輸送條件為30MPa左右)時(shí)，所需攜液的最小輸氣量有減小的趨勢(shì)[5]。因此，在氣井集氣管線攜水設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定合理的管徑和氣井生產(chǎn)制度，防止輸送過(guò)程中管線積液。從圖3-b上可知，隨著輸送溫度的增加，攜液的最小輸氣量略有減小，在相同的輸氣溫度下，管徑越大，所需攜液的最小輸氣量也越大。
四、結(jié)論與建議
1. 結(jié)論
??? (1) 從管流速度計(jì)算及管線實(shí)際運(yùn)行情況分析認(rèn)為，對(duì)類似天東99井等產(chǎn)水井的高壓采氣管線，需從攜液和防凍堵兩方面來(lái)優(yōu)化管徑。
??? (2) 對(duì)類似池37—池27井的高壓采氣管線(高差大、管線長(zhǎng)、氣井產(chǎn)水，在地溫15℃以下時(shí)，不采取保溫措施冬季無(wú)法生產(chǎn))，根據(jù)措施分析輸送起點(diǎn)溫度為60～70℃時(shí)，對(duì)管線采取全線保溫的措施，冬季能夠正常生產(chǎn)。
??? (3) 針對(duì)重慶地區(qū)氣候及所建高壓采氣管線無(wú)人值守的特點(diǎn)，對(duì)管長(zhǎng)5km、氣井產(chǎn)水2m3/d以下、高差在100m以內(nèi)的高壓采氣管線，在進(jìn)行管徑優(yōu)化設(shè)計(jì)后，采用硅酸鹽保溫和防凍劑加注相結(jié)合的措施，方便經(jīng)濟(jì)且能有效防止管線冬季堵塞。
2. 建議
??? (1) 多數(shù)高壓采氣管線主要是投產(chǎn)初期臟物堵塞。因此，對(duì)于新井，井口應(yīng)設(shè)高壓放卒裝置，對(duì)井口進(jìn)行充分放噴，以凈化井底。
??? (2) 高壓采氣管線在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮氣井產(chǎn)水及沿線高程的影響，并對(duì)水合物形成溫度詳細(xì)計(jì)算說(shuō)明；應(yīng)對(duì)管徑進(jìn)行優(yōu)化，考慮流速的影響，確保管線不積液；保溫加熱措施應(yīng)進(jìn)行論證計(jì)算，然后擇優(yōu)選擇，若論證措施均難以實(shí)施或經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)不合理時(shí)，只有利用常規(guī)的集氣方式。
參考文獻(xiàn)
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