大牛地气田气井停醇时机研究

刘 慧 张家伟 周子淳

(中石化华北分公司第一采气厂，郑州 450006)

大牛地气田经过十余年的开发，目前部分老井压力较低，气井堵塞情况明显减少。在此基础上，大牛地气田在多个采气队开展了夏季停醇工作。操作当中，过早停醇导致气井大面积堵塞，过晚停醇则造成甲醇浪费。经现场生产验证，不产水的气井可全年停醇且无堵塞发生［1-2］。对于产水气井，大牛地气田主要采用加注甲醇的方法预防解堵。为了进一步节约成本并确保气井稳定生产，本次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。通过PIPESIM软件建立模型来完成室内模拟，以获得不同环境温度下可停醇气井的条件;同时依据室内模拟结果选取274口气井进行现场停醇实验，对停醇结果进行分析。将该方法应用于大牛地气田，以期把握合理停醇时机，降低含醇污水处理成本。

1 水合物形成温度的预测

1.1 水合物形成温度的影响因素

在给定压力下，当天然气流体温度低于某温度时，便会形成水合物，该温度称为水合物形成温度。水合物形成的充要条件是:(1)水和天然气;(2)一定压力下，流体温度低于水合物形成温度［3-4］。影响天然气水合物形成温度的主要因素包括气体组成、抑制剂、压力、离子浓度、酸性气体等［5-6］。早期研究发现，低压条件下(压力小于10 MPa)离子浓度对水合物形成温度的影响很小，可以忽略;大牛地气田老井的生产层位均为不含硫气层，气样中无SO2等酸性气体。在此根据大牛地气田的实际情况，对气样组分、水气比、醇气比等因素进行分析，并判断水合物形成温度。

1.1.1 单因素影响分析

利用PIPESIM建立模型，分别单独改变气样组分、水气比、醇气比等参数，并对模拟结果中水合物形成温度进行分析。

(1)气样组分的影响。研究发现，天然气各组分对水合物形成温度的影响具有多重性［7-10］。但总体上看，其他组分的增加(相应的甲烷组分降低)会导致水合物形成温度升高，较易形成水合物。选取3组气样，仅以甲烷质量分数进行气样区分。甲烷含量越高，相同压力下水合物形成温度越低，越不易形成水合物。图1所示为相同压力下甲烷质量分数对水合物形成温度的影响。

图1 相同压力下甲烷质量分数对水合物形成温度的影响

(2)水气比的影响。气井产水量很大程度上影响着水合物的形成温度。相同压力下，水气比越高水合物形成温度越高，越易形成水合物。不同水气比的天然气，水合物形成温度差别可达20℃。图2所示为水气比对水合物形成温度的影响。

图2 水气比对水合物形成温度的影响

(3)醇气比的影响。由图3可知，在压力相同的条件下，醇气比对水合物形成温度有极大影响。当压力为5 MPa时，对比醇气比为0(即不注醇)和醇气比为3的情况，水合物形成温度相差20℃以上。

图3 醇气比对水合物形成温度的影响

(4)其他影响因素的判断。仅保持气样组分、水气比、醇气比固定不变，分别以井A-1、A-2、A-3及A-4的基础资料和生产数据为基础进行模拟。

通过模拟对比发现，甲烷质量分数、水气比、醇气比固定不变，任意改变其他参数，可得到唯一水合物形成温度与压力对应关系。图4所示为水合物形成温度与压力关系曲线。由此可知，固定甲烷质量分数、水气比、醇气比不变，任意更改气井的静态数据、生产数据及外界温度等数据，所得压力与水合物形成温度对应关系不变。

图4 水合物形成温度与压力关系曲线

1.1.2 多因素正交分析

由前述分析可知，影响水合物形成温度的关键因素包括压力、甲烷质量分数、水气比和醇气比。为了确定这4种因素的综合影响，设计实验并进行模拟分析。

在固定的压力和甲烷含量条件下，醇气比相等时，水气比越大水合物形成温度就越高。图5所示为压力为8 MPa时水合物形成温度与醇气比变化关系。当醇气比为0时，水合物形成温度趋于定值，即停醇条件下的水合物形成温度只与压力和气样组分有关，与水气比无关。

图5 压力为8 MPa时水合物形成温度与醇气比变化关系

分析当固定醇气比为0时不同气样组分和不同压力下水合物形成温度的变化，结果如图6所示。甲烷质量分数不变时，压力升高则水合物形成温度升高，且呈多项式关系，R2达到0.999 9。因此将所得多项式用Excel进行编辑，可批量计算水合物形成温度。

图6 醇气比为0时水合物形成温度随压力、甲烷质量分数的变化关系

1.2 水合物形成温度计算方法可行性验证

统计分析发现全年气井采气管线堵塞次数占气井总堵塞次数的92.32%，气井堵塞主要集中在采气管线内。冬季采气管线埋地1.5 m处的温度介于2～10℃，低于天然气流体井口温度，在气体流动过程中进站处温度最低。又因井口油压为采气管线内压力最高点，压力越高水合物形成温度也越高，因此只要进站温度高于井口油压下水合物形成温度，则整个采气管线内无水合物形成，此时可以实施停醇。依据该理论，选取22口气井进行现场实验，在进站处加装温度计，监测进站温度。

实验第1天(4月14日)，对全部实验井实施停醇，观察温差及气井节流堵塞情况。表1所示为停醇实验数据表。此处，温差=进站温度 -水合物生成温度。由表1可观察到以下规律:温差大于-2℃的气井很少出现节流现象;温差小于-4℃的气井在停醇前5天均频繁节流;温差为-8℃的气井停醇第2天即出现堵塞;管注井在注醇当天即无节流现象，而套注井在开始注醇第2天才无节流现象。此实验表明，水合物形成温度计算方法可用，温差高于-2℃的气井可以停醇。

表1 停醇实验数据表

2 气井停醇条件的确定

利用PIPESIM软件模拟停醇条件下管线内流体温度变化发现:井口温度、采气管线长度、埋地1.5 m处地温这3个因素对天然气流体温降影响较大，温降波动可达10℃;井口压力和采气管线规格对管线内流体温降波动影响不大，温降波动不大于0.5℃;气样组分、水气比、环境温度及气嘴规格对管线内气体温降影响稍小，温降波动小于0.3℃。

使上述影响较小的参数保持固定不变，分别改变井口温度、埋地1.5 m地温和采气管线长度，分析采气管线内流体温度的变化。图7所示为地温2℃时不同井口温度下气体进站温度变化曲线。气体进站温度与井口温度呈线性关系，R2=1。当地温分别为5，8，11℃时进行模拟，均得到同样结果。

图7 地温为2℃时不同井口温度下气体进站温度变化

根据上述线性关系式编写Excel语句，同时与水合物形成温度的Excel语句结合，得到不同地温下停醇井预测模板(表2)。利用此模板与大牛地气田实测环境、地层温度结合，便可选取停醇井确定气井停醇时机。例如:查看气温对照图，2014年4月15日对应埋地1.5 m地温为11℃，根据停醇井预测模板查询11 ℃地温下可停井，分别为C-1、C-2、C-6、C-9到C-17，C-20。图8所示为大牛地气田气温对照图。

图8 大牛地气田气温对照图

表2 不同地温下停醇预测模板

3 现场停醇实验结果分析

根据以上模拟结果，选取274口气井进行分阶段停醇实验。实验数据显示，温度越高，预测可停与停醇成功气井的符合率越高，最高可达100%。如2014年5月的污水含醇率与2013年7月污水含醇率相同，如图9所示;2014年6月1日起实现单井零注醇，停醇时间比2013年提前了一个月以上，如图10所示。

图9 污水含醇率

图10 单井日均注醇量

4 结语

(1)停醇条件下，水合物形成温度仅与压力和气样组分有关，与水气比无关。

(2)计算进站温度与井口油压下水合物形成温度之差的方法，可为气井停醇提供一定的依据，进站温度与水合物形成温度之差大于-2℃时可安排停醇。

(3)实验结果表明，该停醇选井方法可用于指导现场停醇工作，且气温越高，气井停醇模板对停醇井选井的成功率也越高;当地温为14℃时，停醇模板的符合率可达到100%。

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