第21卷增刊 天 然 气 工 业 开发试采
天然气井水合物的形成及解决措施
吕景昶＊ 马德志 杨朝霞
(中国石化新星公司华北石油局)
吕景昶等.天然气井水合物的形成及解决措施.天然气工业,2001;21(增刊):111～112
摘 要 未经处理的天然气中都含有一定的水蒸气,它在一定的条件下会生成冷凝水、冰塞和水合物。水合物是一种笼形晶格包络物,即水分子籍氢键结合成笼形晶格,而气体分子则在范德华力作用下,被包围在晶格的笼形孔中,在一定的温度和压力条件下,由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体,极易产生堵塞。因此,针对施工中遇到的问题,相应采取了对水合物形成压力的预测,使作业时的起下电子压力计尽可能选择在形成水化物前下入和求产结束后提出。通过在井内管柱内注入甲醇和乙二醇进行预防和解堵,使用甲醇的成本和效果都优于乙二醇。地面采用小型水套炉进行加热的方法。鄂北6口天然气井9层现场施工表明效果良好。
主题词 鄂尔多斯盆地 北 气井 水合物 预防措施
水合物是一种晶状固体物质,极易形成在井内离地面一定距离的试采管柱里,造成在施工过程中
掉压力计等事故;及在地面的阀门、分离器、流程的弯头等处产生堵塞,使试采工作中断,影响施工进度和资料的准确录取。
名 称
表1 气体形成水合物的临界温度
CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10CO2H2S
2.5
1.0
10.029.0
形成水合物的
21.514.55.5
临界温度℃
水合物的形成条件
水合物的形成是在一定的温度和压力条件下,由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体。外观类似松散的冰或致密的雪,密度为0.88～0.90g/cm3。戊烷和己烷以上烃类一般不形成水合物。
(1)必要条件有二:①气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水;②有足够高的压力和足够低的温度。
(2)辅助条件有三:①压力的波动以及气体的高速流动;②流向突变产生的搅动;③水合物晶体的存在及晶种停留的特定物理位置(如弯头、孔板、阀门、粗造的管壁)。
高于水合物形成的临界温度,不论压力多高,也不会形成水合物。气体形成水合物的临界温度参见表1。
防止水合物形成的解决措施
1.首先预测水合物形成的压力
在已知天然气相对密度ρ的情况下,根据图1查出天然气在一定压力和温度条件下形成水合
物的最高温度或最低压力,当所测天然气的相对密度在图内所示曲线之间时,采用插值法求出该井形成水合物的压力或温度。 通常采用下式计算:
P=P1-(P1-P2)×
ρ-ρ1ρ2-ρ1〔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。
2.地面流程防止水合物的形成
＊吕景昶,试采高级工程师,1964年出生;毕业于合肥工业大学地质系,现任华北石油局井下作业大队研究所所长;主要从事于油气井和煤层气井的测试和试采工程技术工作。地址:(450042)河南省郑州市须水华北石油局井下作业大队。电话:(0371)7814019。
开发试采 天 然 气 工 业 2001年11月
表2 常见有机抑制剂物理化学性质表
名称分子式相对分子量沸点(760mmHg),℃蒸汽压20℃,mmHg 25℃,mmHg密度20℃,g/cm 25℃,g/cm
冰点℃粘度20℃,Pa.s 25℃,Pa.s表面张力,15℃,10
33
甲醇CH3OH32.0464.792
乙二醇C2H6O262.1197.3
二甘醇C4H10O3106.1244.8
0.12
0.7928
1.110
-97.80.0005945
0.0165-13
0.011.113-80.0282
N/m22.99
47
1.329
1.43
2.512
2.428
15.61101.1完全溶解无色,易挥
116845.7完全溶解无色、无臭、无毒,液体有甜味
2.303138540.1完全溶解无色、无臭、无毒,液体有甜味、粘稠1.44644
25℃,10折光系数 20℃
25℃比热容20℃,J(g.℃) 25℃,J(g.℃)
-3
图1 预测形成水合物的压力—温度曲线
闪点(开杯法)℃汽化热,J/g与水溶解20℃
提高天然气节流前的温度,或使气体流动温度
保持在天然气的水露点以上,是防止水合物形成的有效方法。鄂北目前通常采用水套炉加热的方法,取得了很好的效果(见图2)
。
物性发,易燃液体,有毒。
结论及建议
1)现场通过预测和控制压降而采用分级降压和流程加温的办法来避免水合物的形成,取得了很好的效果。该方法经济、安全、实用。
2)使用有机抑制剂甲醇成本低、效果明显。由于甲醇对人中毒的剂量为5～10ml,致死剂量为30
图2 试采地面流程加温示意图
ml;当空气中其含量达到39～65mg/m3的浓度时,人在30～60min内就会出现中毒现象,因此,在现场使用时必须采取相应的安全措施。
3)在试采过程中,为防止井内油管及井口形成水合物,造成卡堵井下工具,以及影响试采资料的求取,建议除适时加入少量的水化物有机抑制剂甲醇外;根据预测水合物形成的压力,起下电子压力计尽可能选择在形成水化物前下入和求产结束后提出。
参 考 文 献
1 林存瑛主编.天然气开采工程丛书(四).北京:石油工业
出版社,1997
(收稿日期 2001-06-05 编辑 黄君权)
3.地面、井内注抑制剂的方法
防止天然气水合物形成的抑制剂分为有机抑制剂和无机抑制剂,目前在鄂北天然气井处理水合物主要采用有机抑制剂。
(1)常用有机抑制剂的物理化学性质见表2。 (2)现场应用情况
2000年在鄂北工区共进行了6口井的解堵作业,其中在1口井2层的解堵施工中采用了乙二醇、5口井7层的解堵施工中采用了甲醇,其结果为:①解堵效果甲醇优于乙二醇;②使用甲醇的用量小且成本低。
NATURALGASINDUSTRY/supplementaryissue,2001
binomialdeliverabilityequationwithoutthestaticformationpressuredataandonlywiththebottomholeflowingpressureandgasproductiondata,aswellasbyusinglinearregressionmethodispresented.Throughanalysis,itisshownthatthismethodisaccurateandreliable.
SUBJECTHEADINGS:Gaswell,Productivity,Binomial,Equation
DiWei(seniorengineer),bornin1966,graduatedinDe-partmentofPetroleumofChengduCollegeofGeologyin1988.Nowheisengagedinthemanagementofoilandgasdevelop-ment. Add:No.197,SouthFuniuRoad,Zhengzhou,Henan(450006),China (0371)8619101
theself-developedsmall-sizedwaterjacketheater,obtainingagoodeffectintheoperationat9horizonsof6wellsinNorthHubei.
SUBJECTHEADINGS:E'erduosiBasin,North,Gaswell,Hydrate,Preventingmeasure
LuJingchang(seniorengineer),bornin1964,graduatedinGeologyfromHefeiUniversityofIndustry.Nowheisdirec-torofResearchInstituteofDownholeOperationCompany,NorthChinaPetroleumBureau.Heismainlyengagedinthetestingandproductiontestofoilandgaswellsandcoal-bedgaswells. Add:DownholeOperationCo.,NCPB,Xushui,Zhengzhou,Henan(450042),China Tel:(0371)7814019
……………………………………………………
FORMATIONOFHYDRATEINGASWELLSANDITSSOLVINGMEASURES
LuJingchang,MaDezhiandYangChaoxia(NorthChinaPetroleumBureau,CNSPC,Sinopec).NATUR.GASIND.v.21,supplementaryissue,pp.111～112,11/30/2001.(ISSN1000-0976;InChi-nese)
ABSTRACT:Inthispaper,howtopreventandsolvetheformationofhydrateinthesurfacepipelineandboreholestringintheProcessofgasproductiontestispresented,whichismain-lyaimedatthegaswellsinNorthHubei.Theuntreatednaturalgasallcontainsacertainwatervaporandthevaporwillgeneratecondensationwater,iceplugandhydrateunderacertaincondi-tion.Naturalgashydrateisacage-shapedcrystallatticeenvelop-ment,namelythewatermoleculesareunitedintoacage-shapedcrystallatticebyhydrogenbond,butthegasmolecules,undertheactionofVanderWaalsforce,areenvelopedinthecage-shapedholesofthecrystallattices,whichisawhitecrystalsolidformedofsomegascomponentsandaqueouswaterinnaturalgasatacertaintemperatureandpressure.Thecrystalsolidiseasytocauseblockageinfluencingtheacquisitionoftheproduc-tiontestdataanddelayingtheoperationpace,evencausingtheaccidentthattheelectronicgaugefallsinborehole,makingtheoperationcostincreased.Therefore,inviewoftheseproblemsmetinoperation,thepressuretoformhydratewaspredictedand,asfaraspossible,theelectronicgaugewasput-inbeforethehydratebeingformedandextractedaftertheproductionbeingacquired.Throughinjectingmethanolandethyleneglycolinboreholestring,theformationofhydratewaspreventedandtheblockagewaseliminated,buttheeffectandcostbyusingmethanolisbetterthanthatbyusingethyleneglycol.Forthepreventionofsurfacepipelines,heatingwasrealizedmainlywith
ANECONOMICEVALUATIONOFTHECOAL-BEDGASDEVELOPMENTINLIULIN,SHANXIPROVINCE
LiuJinjianandCaiYunfei(NorthChinaPetroleumBureau,CNSPC,Sinopec)NATUR.GASIND.v.21,supplementaryissue,pp.113～116,11/30/2001.(ISSN1000-0976;InChinese)
ABSTRACT:Thecoal-bedgastestsiteinLiulin(Shanxiprovince)isthefirstonewhichissuccessfulincoal-bedgasexplorationinChina.Whethertheproductiontestbysmallwellspacingcouldenteruponthecommercialproductionwillplayadecisiveroleinthecoal-bedgasexplorationanddevelopmentofthewholecountry.Inthispaper,startingwiththeanalysisofthecoal-bedgasmarketconditionofthetestsite,basedontheestimatedcoal-bedgasreservesinplace,makingthedevelop-mentplanasthebasisandthroughmakingathoroughinvesti-gationandobtainingtherelativeeconomicevaluationparame-ters,theeconomicevaluationforthedevelopmentprospectsofthecoal-bedgastestsiteinLiulinismade,providingabasisforthedecisionontheinvestmentinthetestsitedevelopment. SUBJECTHEADINGS:Shanxi,Coal-bedgas,Develop-ment,Economicevaluation
LiuJinjian(seniorengineer),bornin1959,graduatedfromHebeiCollegeofGeologyin1983.Nowheischiefe-conomistofNorthChinaPetroleumBureau. Add:No.197,SouthFuniuRoad,Zhengzhou,Henan(450006),China Tel:(0371)8619086
刘方槐
翻译
文楚雄编辑 蒋静萍
第21卷增刊 天 然 气 工 业 开发试采
天然气井水合物的形成及解决措施
吕景昶＊ 马德志 杨朝霞
(中国石化新星公司华北石油局)
吕景昶等.天然气井水合物的形成及解决措施.天然气工业,2001;21(增刊):111～112
摘 要 未经处理的天然气中都含有一定的水蒸气,它在一定的条件下会生成冷凝水、冰塞和水合物。水合物是一种笼形晶格包络物,即水分子籍氢键结合成笼形晶格,而气体分子则在范德华力作用下,被包围在晶格的笼形孔中,在一定的温度和压力条件下,由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体,极易产生堵塞。因此,针对施工中遇到的问题,相应采取了对水合物形成压力的预测,使作业时的起下电子压力计尽可能选择在形成水化物前下入和求产结束后提出。通过在井内管柱内注入甲醇和乙二醇进行预防和解堵,使用甲醇的成本和效果都优于乙二醇。地面采用小型水套炉进行加热的方法。鄂北6口天然气井9层现场施工表明效果良好。
主题词 鄂尔多斯盆地 北 气井 水合物 预防措施
水合物是一种晶状固体物质,极易形成在井内离地面一定距离的试采管柱里,造成在施工过程中
掉压力计等事故;及在地面的阀门、分离器、流程的弯头等处产生堵塞,使试采工作中断,影响施工进度和资料的准确录取。
名 称
表1 气体形成水合物的临界温度
CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10CO2H2S
2.5
1.0
10.029.0
形成水合物的
21.514.55.5
临界温度℃
水合物的形成条件
水合物的形成是在一定的温度和压力条件下,由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体。外观类似松散的冰或致密的雪,密度为0.88～0.90g/cm3。戊烷和己烷以上烃类一般不形成水合物。
(1)必要条件有二:①气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水;②有足够高的压力和足够低的温度。
(2)辅助条件有三:①压力的波动以及气体的高速流动;②流向突变产生的搅动;③水合物晶体的存在及晶种停留的特定物理位置(如弯头、孔板、阀门、粗造的管壁)。
高于水合物形成的临界温度,不论压力多高,也不会形成水合物。气体形成水合物的临界温度参见表1。
防止水合物形成的解决措施
1.首先预测水合物形成的压力
在已知天然气相对密度ρ的情况下,根据图1查出天然气在一定压力和温度条件下形成水合
物的最高温度或最低压力,当所测天然气的相对密度在图内所示曲线之间时,采用插值法求出该井形成水合物的压力或温度。 通常采用下式计算:
P=P1-(P1-P2)×
ρ-ρ1ρ2-ρ1〔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。
2.地面流程防止水合物的形成
＊吕景昶,试采高级工程师,1964年出生;毕业于合肥工业大学地质系,现任华北石油局井下作业大队研究所所长;主要从事于油气井和煤层气井的测试和试采工程技术工作。地址:(450042)河南省郑州市须水华北石油局井下作业大队。电话:(0371)7814019。
开发试采 天 然 气 工 业 2001年11月
表2 常见有机抑制剂物理化学性质表
名称分子式相对分子量沸点(760mmHg),℃蒸汽压20℃,mmHg 25℃,mmHg密度20℃,g/cm 25℃,g/cm
冰点℃粘度20℃,Pa.s 25℃,Pa.s表面张力,15℃,10
33
甲醇CH3OH32.0464.792
乙二醇C2H6O262.1197.3
二甘醇C4H10O3106.1244.8
0.12
0.7928
1.110
-97.80.0005945
0.0165-13
0.011.113-80.0282
N/m22.99
47
1.329
1.43
2.512
2.428
15.61101.1完全溶解无色,易挥
116845.7完全溶解无色、无臭、无毒,液体有甜味
2.303138540.1完全溶解无色、无臭、无毒,液体有甜味、粘稠1.44644
25℃,10折光系数 20℃
25℃比热容20℃,J(g.℃) 25℃,J(g.℃)
-3
图1 预测形成水合物的压力—温度曲线
闪点(开杯法)℃汽化热,J/g与水溶解20℃
提高天然气节流前的温度,或使气体流动温度
保持在天然气的水露点以上,是防止水合物形成的有效方法。鄂北目前通常采用水套炉加热的方法,取得了很好的效果(见图2)
。
物性发,易燃液体,有毒。
结论及建议
1)现场通过预测和控制压降而采用分级降压和流程加温的办法来避免水合物的形成,取得了很好的效果。该方法经济、安全、实用。
2)使用有机抑制剂甲醇成本低、效果明显。由于甲醇对人中毒的剂量为5～10ml,致死剂量为30
图2 试采地面流程加温示意图
ml;当空气中其含量达到39～65mg/m3的浓度时,人在30～60min内就会出现中毒现象,因此,在现场使用时必须采取相应的安全措施。
3)在试采过程中,为防止井内油管及井口形成水合物,造成卡堵井下工具,以及影响试采资料的求取,建议除适时加入少量的水化物有机抑制剂甲醇外;根据预测水合物形成的压力,起下电子压力计尽可能选择在形成水化物前下入和求产结束后提出。
参 考 文 献
1 林存瑛主编.天然气开采工程丛书(四).北京:石油工业
出版社,1997
(收稿日期 2001-06-05 编辑 黄君权)
3.地面、井内注抑制剂的方法
防止天然气水合物形成的抑制剂分为有机抑制剂和无机抑制剂,目前在鄂北天然气井处理水合物主要采用有机抑制剂。
(1)常用有机抑制剂的物理化学性质见表2。 (2)现场应用情况
2000年在鄂北工区共进行了6口井的解堵作业,其中在1口井2层的解堵施工中采用了乙二醇、5口井7层的解堵施工中采用了甲醇,其结果为:①解堵效果甲醇优于乙二醇;②使用甲醇的用量小且成本低。
NATURALGASINDUSTRY/supplementaryissue,2001
binomialdeliverabilityequationwithoutthestaticformationpressuredataandonlywiththebottomholeflowingpressureandgasproductiondata,aswellasbyusinglinearregressionmethodispresented.Throughanalysis,itisshownthatthismethodisaccurateandreliable.
SUBJECTHEADINGS:Gaswell,Productivity,Binomial,Equation
DiWei(seniorengineer),bornin1966,graduatedinDe-partmentofPetroleumofChengduCollegeofGeologyin1988.Nowheisengagedinthemanagementofoilandgasdevelop-ment. Add:No.197,SouthFuniuRoad,Zhengzhou,Henan(450006),China (0371)8619101
theself-developedsmall-sizedwaterjacketheater,obtainingagoodeffectintheoperationat9horizonsof6wellsinNorthHubei.
SUBJECTHEADINGS:E'erduosiBasin,North,Gaswell,Hydrate,Preventingmeasure
LuJingchang(seniorengineer),bornin1964,graduatedinGeologyfromHefeiUniversityofIndustry.Nowheisdirec-torofResearchInstituteofDownholeOperationCompany,NorthChinaPetroleumBureau.Heismainlyengagedinthetestingandproductiontestofoilandgaswellsandcoal-bedgaswells. Add:DownholeOperationCo.,NCPB,Xushui,Zhengzhou,Henan(450042),China Tel:(0371)7814019
……………………………………………………
FORMATIONOFHYDRATEINGASWELLSANDITSSOLVINGMEASURES
LuJingchang,MaDezhiandYangChaoxia(NorthChinaPetroleumBureau,CNSPC,Sinopec).NATUR.GASIND.v.21,supplementaryissue,pp.111～112,11/30/2001.(ISSN1000-0976;InChi-nese)
ABSTRACT:Inthispaper,howtopreventandsolvetheformationofhydrateinthesurfacepipelineandboreholestringintheProcessofgasproductiontestispresented,whichismain-lyaimedatthegaswellsinNorthHubei.Theuntreatednaturalgasallcontainsacertainwatervaporandthevaporwillgeneratecondensationwater,iceplugandhydrateunderacertaincondi-tion.Naturalgashydrateisacage-shapedcrystallatticeenvelop-ment,namelythewatermoleculesareunitedintoacage-shapedcrystallatticebyhydrogenbond,butthegasmolecules,undertheactionofVanderWaalsforce,areenvelopedinthecage-shapedholesofthecrystallattices,whichisawhitecrystalsolidformedofsomegascomponentsandaqueouswaterinnaturalgasatacertaintemperatureandpressure.Thecrystalsolidiseasytocauseblockageinfluencingtheacquisitionoftheproduc-tiontestdataanddelayingtheoperationpace,evencausingtheaccidentthattheelectronicgaugefallsinborehole,makingtheoperationcostincreased.Therefore,inviewoftheseproblemsmetinoperation,thepressuretoformhydratewaspredictedand,asfaraspossible,theelectronicgaugewasput-inbeforethehydratebeingformedandextractedaftertheproductionbeingacquired.Throughinjectingmethanolandethyleneglycolinboreholestring,theformationofhydratewaspreventedandtheblockagewaseliminated,buttheeffectandcostbyusingmethanolisbetterthanthatbyusingethyleneglycol.Forthepreventionofsurfacepipelines,heatingwasrealizedmainlywith
ANECONOMICEVALUATIONOFTHECOAL-BEDGASDEVELOPMENTINLIULIN,SHANXIPROVINCE
LiuJinjianandCaiYunfei(NorthChinaPetroleumBureau,CNSPC,Sinopec)NATUR.GASIND.v.21,supplementaryissue,pp.113～116,11/30/2001.(ISSN1000-0976;InChinese)
ABSTRACT:Thecoal-bedgastestsiteinLiulin(Shanxiprovince)isthefirstonewhichissuccessfulincoal-bedgasexplorationinChina.Whethertheproductiontestbysmallwellspacingcouldenteruponthecommercialproductionwillplayadecisiveroleinthecoal-bedgasexplorationanddevelopmentofthewholecountry.Inthispaper,startingwiththeanalysisofthecoal-bedgasmarketconditionofthetestsite,basedontheestimatedcoal-bedgasreservesinplace,makingthedevelop-mentplanasthebasisandthroughmakingathoroughinvesti-gationandobtainingtherelativeeconomicevaluationparame-ters,theeconomicevaluationforthedevelopmentprospectsofthecoal-bedgastestsiteinLiulinismade,providingabasisforthedecisionontheinvestmentinthetestsitedevelopment. SUBJECTHEADINGS:Shanxi,Coal-bedgas,Develop-ment,Economicevaluation
LiuJinjian(seniorengineer),bornin1959,graduatedfromHebeiCollegeofGeologyin1983.Nowheischiefe-conomistofNorthChinaPetroleumBureau. Add:No.197,SouthFuniuRoad,Zhengzhou,Henan(450006),China Tel:(0371)8619086
刘方槐
翻译
文楚雄编辑 蒋静萍