页岩气井带压作业中冰堵的产生及解决措施

胡尊敬

胜利石油工程有限公司井下作业公司　山东　东营 　257000

摘要：页岩气中含有一定的水蒸气，在一定的温度和压力条件下，某些组分易与水分子形成水合物，易堵塞管道，特别对带压作业施工造成安全隐患。针对此类问题，采取形成条件的预测，并通过改变工作制度、注入抑制剂、物理加热等方式进行防治，川渝地区某口页岩气井现场施工表明效果良好。

关键词：页岩气井　带压作业　冰堵　解决措施

Causes and solutions of ice blockage in snubbing operation of shale gas well

Hu Zunjing

Shengli Petroleum Engineering Co.，Ltd.，Dongying 257000，China

Abstract：The components in steam in shale gas are apt to form hydrate under certain temperature and pressure，which will block the pipelines and bring about potential safety hazard.Predictions are made along with working system adjustment，inhibitor addition and physical heating to resolve problems.The application of the measures for one shale gas well in Sichuan-Chongqing has obtained good results.

Keywords：shale gas well；snubbing operation；ice blockage；solution页岩气井管道中冰堵主要是水合物作用，水合物结构比较复杂，在物性上与普通碎冰相似，但它是游离水与烃类结合形成的白色固态晶体，重量轻于水但重于液烃，相对密度在0.96～0.98g/cm3之间，稳定性中等，常温下易分解。乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）等可预防和消除冰堵。原理为抑制剂与冷却过程凝析的水形成冰点很低的溶液，高浓度抑制溶液可吸收水分，导致水合物生成温度明显下降，防止水合物的形成。2）优化工作制度。带压作业下完井管柱时，保持井内持续生产，防止井口压力升高，或者调整气井配产，增加气井产量，提高管道内气体的流动速度，通过地温补偿，降低水合物形成的机率。1　冰堵产生的原因

气井带压作业施工中，水合物主要形成在泄压管线、采气树油管头等部位。气流在由内径180mm的防喷器进入内径50.8mm的泄压管线过程中或气体从套管中被产出的过程中温度降低，由于孔径尺寸变小产生相应的压差，加之外部温度的影响，极易产生水合物冰堵，如果没有及时消除很容易发生管线爆裂或刺漏，严重影响施工的安全。4　现场应用情况

在川渝地区某口井带压下完井管柱施工中，分次下入油管5根、3根、2根底带完井工具遇阻，起出观察入井工具内有碎冰（现场井口压力18.3MPa，日产气6万m3），判断为冰堵。2　水合物产生的预测方法

根据页岩气相对密度ρ，当水分子条件满足时，根据形成水合物的压力-温度曲线图可查出页岩气在一定压力和温度下形成水合物的最高温度或最低压力（曲线左上方为水合物存在区。右下方为水合物不可能存在区）。当所测页岩气的相对密度在曲线之间时，采用线性插值法即可求出该井形成水合物的压力或温度。计算公式如下 （1）式中：ρ为实测天然气相对密度；ρ1为第一条低于且接近于ρ的曲线的天然气相对密度；ρ2为第二条高于且接近于ρ的曲线的天然气相对密度；P1为ρ1曲线形成水合物的绝对压力，kPa；P2为ρ2曲线形成水合物的绝对压力，kPa；P为ρ曲线形成水合物的绝对压力，kPa。4.1　解堵措施

（1）改变生产制度。增大气井产量，由原来的6×104m3/d提高至12×104m3/d，降低井口压力，提高井口温度；改变后，井口压力升至18.6MPa然后降至18.0MPa，地层出水量增大，井口温度升高。（2）进行加温井口。采用锅炉车热水和电加热带进行井口加热，提高井口温度。（3）下入解堵工具。方案1：下笔尖或导锥+2个双瓣式单流阀（使用连续油管耐压35MPa）+工作筒进行下放加压活动（底部冰堵塞后能形成圈闭压力，起出后拆卸时注意）；方案2：若不行，用锅炉热水加温（50～70℃），700型水泥车泵入热水或化学抑制剂进行冲洗解堵。4.2　实施效果

采用方案1，下导锥+2个双瓣式单流阀+工作筒工具组合，继续下放加压（期间采用锅炉持续对井口进行加热），活动至第10根油管处理完毕，正常带压下入生产管柱。3　水合物产生的防治方案

一是内部防治方案，降低井筒天然气水合物的形成温度，提高水合物的形成压力：1）加入化学抑制剂。采用有机化学抑制剂如甲醇、5　结论及建议

1）在冬季温度低时，使用锅炉车或电热带对采气井（下转第77页）

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2017年第2期且有长明灯温度信号时，打开第三级燃烧器的控制阀，第一、二、三级燃烧器同时保持正常燃烧。当火炬气排放量下降，则总管压力也下降，当压力小于第三级燃烧器的关阀压力时，第三级燃烧器关闭。若压力继续下降低于第二级燃烧器的关阀压力时，第二级燃烧器关闭。当压力值低于长明灯设定值，系统关闭长明灯燃料气电磁阀，自动点火系统返回待命状态。在长期无火炬气排放的情况下，点火系统定期对点火器试点火。若发现点火设备异常，则输出故障报警信号。技术研究给DCS；而压力、温度、液位、分级燃烧控制阀门等监控在DCS中实现；同时在DCS上组态相应画面，实现启动和停止的远程点火操作，并通讯远传给SIS。这就是用厂内DCS&SIS软硬件来实现地面火炬控制的方式。而且近年来厂内DCS&SIS基本趋向使用单一品牌，利于项目建设和生产设备管理，也是投资上的优化。2）PLC内部的熄灭后再点火逻辑相对简单，主要步骤加上几次循环检测：PLC正常投自动模式；检测放空信号；吹扫时间满足；多次点火每次持续15秒；检测火焰；点火不成功则启动再次点火。3）最近几年国内出现的FCS火炬控制系统，用于将现有火炬的各控制部分的小PLC系统整合成一个大的三重化的安全系统，从而提高了系统的集成度，简化了火炬的控制。FCS包括火炬子系统、分液水封罐子系统、气柜子系统、压缩机子系统、脱硫子系统、汽化器子系统。这些软硬件子系统由于是块状结构，因而能彼此独立操作，互不干扰。这个FCS系统作为一个独立的控制子系统，需要业主单独投资建设和生产维护。4　手动点火模式

此模式用手动按扭通过控制器进行点火，只对火炬进行检测、显示，不进行联锁控制。5　强制点火

不管任何时候均可用强制点火按扭对火炬进行点火。可在DCS上操作。6　地面火炬的控制安全措施6.1　安全措施之一

燃烧器的放空阀都与长明灯联锁，只有长明灯火焰正常时允许放空阀打开，避免火炬气在燃烧塔内聚集。火炬配套了3套点火器，并且点火系统具有定时检测功能，发现有点火器失效时，以便及时修复。仪表控制柜配备UPS电源。8　结束语

综上所述，介绍地面火炬的PLC控制和仪表设备的大体情况，体现出控制点的数量以及信号响应速度，可见地面火炬仪表控制相对与高架火炬简单。在高架火炬系统中使用FCS是比较好的选择，而新建炼化项目中地面火炬的控制功能和联锁在工厂统一的SIS和DCS上就可以满足；不必购置单独的FCS火炬控制系统，也节省新项目建设中数十万投资额。6.2　安全措施之二

在火炬内配置了可燃气体报警器，当点火失败或放空阀泄漏，报警器检测到有可燃气体时立即启动点火器点火，并报警；避免发生爆炸危险。对于酸性气含量高的火炬气的燃烧，考虑安装在线热值分析仪，把酸性气中掺和燃料气，并把掺混后的气体热值控制在合适的热值范围。避免酸性气火炬温度过高，烧坏火炬头。参考文献

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7　关于地面火炬常规仪表控制的一些思考

1）早期火炬是采用知名厂家西门子的PLC作为主控制器。但是根据GB50770—2013，安全仪表系统SIS与控制系统DCS要是独立的两个系统，这PLC就达不到GB50770—2013的要求了。可以把在PLC中的长明灯熄灭后点火联锁逻辑和长明灯检测信号在SIS中实现，并通讯（上接第71页）

口提前加温，可避免水合物的形成。2）在气井生产过程中进行带压下完井管柱作业，不在进行关井情况下带压下完井管柱，防止井口压力升高，形成水合物。3）为抑制入井油管或采气井口形成水合物，造成冰堵遇阻，提前加化学抑制剂，化学抑制剂应防止人员中毒（当甲醇空气含量达39～65mg/cm3时，可产生中毒现象），应提前准备预防措施。4）开始下钻时管柱重量轻，产气量大，管柱易贴边，下放易遇阻，容易造成误判。可以采用环形防喷器扶正，环形防喷器控制压力不可过大，防止磨损严重，无遇阻时打开环形防喷器。参考文献

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