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浅谈水合物生成预测方法

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浅谈 水合物 生成 预测 方法
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收 稿 日 期 : 2008 - 06 - 12作 者 简 介 : 李 文 革 (1966 - ) ,工 程 师 , 1988年 毕 业 于 石 油 大 学 机 电 专 业 ,多 年 从 事 采 气 工 程 方 案 编 写 工 作 ,现 从 事 天 然 气 开 发 研 究 工 作 。地 址 : (138003)吉 林 松 原 市 宁 江 区 长 宁 北 街 ,电 话 : 0438 - 6336586, E - 化 学浅 谈 水 合 物 生 成 预 测 方 法李 文 革 1 , 尹 国 君 1 , 刘 文 宝 2 , 王 志 超 1 , 陈   强 1(1吉 林 油 田 分 公 司 采 油 工 艺 研 究 院 采 气 所 2吉 林 油 田 新 民 采 油 厂 )李 文 革 等 1浅 谈 水 合 物 生 成 预 测 方 法 . 钻 采 工 艺 , 2008, 31 (增 ) : 91 - 93摘   要 : 针 对 天 然 气 井 容 易 生 成 水 合 物 并 最 终 引 起 井 筒 或 井 口 冻 堵 ,需 要 进 行 水 合 物 生 成 预 测 ,并 根 据 预 测情 况 进 行 适 当 的 防 水 合 物 措 施 。 详 尽 地 论 述 了 水 合 物 的 形 成 条 件 以 及 影 响 因 素 ,分 析 了 查 图 法 进 行 水 合 物 预 测 的方 法 以 及 形 成 水 合 物 的 温 度 及 压 力 的 计 算 模 型 ,包 括 已 知 压 力 求 不 生 成 水 合 物 的 最 低 温 度 和 已 知 温 度 求 生 成 水 合物 的 最 低 压 力 的 迭 代 公 式 ,利 用 迭 代 公 式 自 行 编 制 了 计 算 程 序 ,并 通 过 实 例 讲 述 了 如 何 利 用 程 序 进 行 井 口 水 合 物生 成 预 测 计 算 ,以 及 井 筒 内 生 成 水 合 物 井 段 的 估 算 方 法 。关 键 词 : 水 合 物 ; 查 图 法 ; 迭 代 公 式中 图 分 类 号 : 77      文 献 标 识 码 : A    文 章 编 号 : 1006 - 768X (2008)增 刊 - 0091 - 03天 然 气 水 合 物 是 采 气 中 经 常 遇 到 的 一 个 重 要 问题 。 水 合 物 在 油 管 中 生 成 后 会 降 低 井 口 压 力 ,影 响气 井 产 量 ,妨 碍 井 下 工 具 的 起 下 ,严 重 的 会 堵 塞 油管 ,增 加 修 井 费 用 ,因 此 这 部 分 内 容 也 是 采 气 工 程 方案 设 计 中 不 可 缺 少 的 内 容 ,即 需 要 预 测 并 计 算 出 井口 或 井 筒 内 是 否 生 成 水 合 物 ,并 根 据 预 测 情 况 制 定防 治 措 施 。一 、 水 合 物 的 性 质 及 形 成 条 件在 一 定 的 温 度 和 压 力 条 件 下 ,天 然 气 中 某 些 气体 组 分 能 和 液 态 水 形 成 水 合 物 。 天 然 气 水 合 物 是 白色 的 结 晶 固 体 ,外 观 类 似 松 散 的 冰 或 致 密 的 雪 ,密 度为 0. 88~ 0. 90 g/ 然 气 水 合 物 是 在 天 然 气 温 度 高 于 水 的 冰 点 温度 下 ,在 一 定 压 力 下 生 成 的 晶 体 。 生 成 水 合 物 的 温度 称 之 为 “ 水 合 温 度 ” 。 当 天 然 气 的 温 度 等 于 或 低于 某 一 压 力 下 的 露 点 温 度 时 ,天 然 气 中 就 会 凝 析 出自 由 水 。 这 些 凝 析 水 对 水 合 物 的 生 成 是 必 不 可 少 的条 件 。天 然 气 水 合 物 形 成 的 主 要 条 件 [ 1 ]综 合 如 下 :(1)天 然 气 温 度 必 须 等 于 或 低 于 天 然 气 中 水 蒸汽 露 点 温 度 ,天 然 气 中 存 在 有 凝 析 水 ;(2)在 一 定 的 压 力 和 天 然 气 组 分 条 件 下 ,天 然气 温 度 低 于 水 合 温 度 ;(3)操 作 压 力 高 ,会 使 水 合 温 度 上 升 到 操 作 温度 。会 助 长 和 加 速 水 合 物 形 成 的 因 素 [ 2 ] :高 的 气 流速 度 ,或 气 流 通 过 油 管 、 节 流 装 置 、 地 面 管 线 和 设 备时 搅 动 很 厉 害 ,或 压 力 波 动 ;存 在 微 小 的 水 合 物 晶 体“ 籽 晶 ” ; 和 存 在 ,有 助 于 水 合 物 的 形 成 ,因 为 这 些 酸 性 气 体 比 碳 氢 化 合 物 更 容 易 溶 解 于 水中 。二 、 水 合 物 生 成 预 测 方 法1. 水 合 物 生 成 预 测 方 法 概 述每 一 种 相 对 密 度 的 天 然 气 ,在 每 一 个 压 力 下 都有 一 个 对 应 的 水 合 物 生 成 温 度 。 对 同 一 相 对 密 度 的天 然 气 ,压 力 升 高 ,生 成 水 化 物 的 温 度 升 高 ;压 力 相同 时 ,天 然 气 相 对 密 度 越 高 ,生 成 水 合 物 的 温 度 也 就越 高 ;温 度 相 同 时 ,天 然 气 的 相 对 密 度 越 高 ,生 成 水合 物 的 压 力 越 低 。 因 此 根 据 气 井 的 压 力 温 度 数 据 可对 水 合 物 生 成 情 况 进 行 预 测 。其 预 测 方 法 一 般 是 采 用 查 图 法 ,即 利 用 水 合 物生 成 预 测 的 压 力 温 度 图 [ 3 ] (图 1) ,在 已 知 天 然 气 密度 的 条 件 下 ,可 查 出 给 定 压 力 下 不 生 成 水 合 物 的 最低 温 度 ,或 是 给 定 温 度 下 生 成 水 合 物 的 最 低 压 力 ,随着 计 算 机 技 术 的 不 断 发 展 ,查 图 法 已 经 通 过 迭 代 运算 利 用 计 算 机 程 序 直 接 算 出 结 果 ,而 省 去 查 图 的 麻烦 (迭 代 公 式 [ 4 ]如 表 1和 表 2所 示 )。·19·第 31卷   增 刊31                         钻       采       工       艺 1994   已 知 压 力 求 不 生 成 水 合 物 的 最 低 温 度 迭 代 公 式 表相 对 密 度 压 力 取 值 范 围 (水 合 物 生 成 温 度 (℃ )1. 00. 90. 80. 70. 60. 55(利 用 内 插 值 法 )0. 4137≤ p≤ 3. 4475 T = p /3. 7973) × 7. 04 - 17. 783. 4475≤ p≤ 27. 58 T = p /0. 3416) × 4. 716 - 17. 780. 4826≤ p≤ 4. 137 T = p /5. 1738) × 7. 42 - 17. 784. 137≤ p≤ 27. 58 T = p /0. 4382) × 4. 806 - 17. 780. 5516≤ p≤ 5. 516 T = p /6. 9808) × 7. 5896 - 17. 785. 516≤ p≤ 27. 58 T = p /0. 4608) × 4. 781 - 17. 780. 6895≤ p≤ 6. 895 T = p /9. 4891) × 7. 8027 - 17. 786. 895≤ p≤ 27. 58 T = p /0. 5338) × 4. 7934 - 17. 781. 03425≤ p≤ 10. 3425 T = p /16. 5738) × 8. 28 - 17. 7810. 3425≤ p≤ 27. 58 T = p /0. 199) × 4. 174 - 17. 782. 758≤ p≤ 12. 06625 T = p /57. 9679) × 9. 513 - 17. 7812. 06625≤ p≤ 27. 58 T = p /19. 0849) × 7. 20565 - 17. 78T = ( × ( ( 天 然 气 相 对 密 度 , 分 别 表 示 相 对 密 度 为 然 气 ,在 操 作 压 力 下 生成 水 合 物 的 温 度 。表 2  已 知 温 度 求 生 成 水 合 物 的 最 低 压 力 迭 代 公 式 表相 对 密 度 温 度 取 值 范 围 (℃ ) 水 合 物 生 成 压 力 (. 00. 90. 80. 70. 60. 55g在 (利 用 内 插 值 法 )1. 27≤ T≤ 16. 33 P = e(0. 14202T + 2. 5248) × 0. 0261816. 33≤ T≤ 26. 27 P = e(0. 21204T + 3. 7696) × 0. 0023551. 05≤ T≤ 16. 72 P = e(0. 13644T + 2. 4256) × 0. 0356716. 72≤ T≤ 25. 88 P = e(0. 20808T + 3. 6992) × 0. 003020. 5≤ T≤ 17. 94 P = e(0. 13176T + 2. 3420) × 0. 0481317. 94≤ T≤ 25. 5 P = e(0. 20916T + 3. 7184) × 0. 0031770. 5≤ T≤ 18. 38 P = e(0. 12816T + 2. 2784) × 0. 0654318. 33≤ T≤ 25 P = e(0. 20862T + 2. 7088) × 0. 003680. 38≤ T≤ 19. 5 P = e(0. 12078T + 2. 1472) × 0. 1142819. 5≤ T≤ 23. 61 P = e(0. 23958T + 4. 2592) × 0. 001370. 5≤ T≤ 14. 77 P = e(0. 10512T + 1. 8688) × 0. 399714. 77≤ T≤ 20. 72 P = e(0. 13878T + 2. 46720) × 0. 13159P = ( × ( ( 天 然 气 相 对 密 度 , 分 别 表 示 相 对 密 度 为 然 气 ,在 操 作 压 力 下 生成 水 合 物 的 压 力·29·  钻       采       工       艺 月008© 1994     根 据 表 1和 表 2的 公 式 自 行 编 写 了 计 算 程 序 。下 面 以 海 38井 为 例 ,利 用 自 编 程 序 ,对 井 筒 生成 水 合 物 预 测 方 法 加 以 说 明 。所 需 数 据 : 井 口 温 度 10 ℃ ,井 温 梯 度 4 ℃ /100m,天 然 气 相 对 密 度 0. 5868 g/井 口 油 压 3. 预 测 井 口 能 否 生 成 水 合 物首 先 利 用 上 述 方 法 计 算 不 同 井 口 压 力 不 生 成 水合 物 的 最 低 温 度 (表 3)。表 3  海 38井 不 生 成 水 合 物 的 最 低 温 度 计 算 表井 口 压 力 (不 生 成 水 合 物 的 最 低 温 度 (℃ )3 9. 044 11. 45 13. 296 14. 817 16. 098 17. 209 18. 1810 19. 0511 19. 5612 19. 9413 20. 28然 后 可 根 据 表 3绘 制 出 压 力 温 度 对 应 曲 线 。 根据 上 述 计 算 结 果 ,该 井 井 口 油 压 3 对 应 的 不生 成 水 合 物 的 最 低 温 度 为 9. 04 ℃ ,井 口 温 度 是 10℃ ,因 此 预 测 井 口 将 不 生 成 水 合 物 (实 际 情 况 证 实井 口 未 生 成 水 合 物 )。3. 估 算 井 筒 内 生 成 水 合 物 井 段利 用 井 温 梯 度 曲 线 可 大 致 判 断 井 筒 内 生 成 水 合物 的 位 置 ,如 图 2所 示 ,仍 以 海 38井 数 据 为 基 础 ,井口 温 度 10℃ ,按 井 温 梯 度 4 ℃ /100 出 井 筒 内不 同 深 度 对 应 的 温 度 ,然 后 利 用 上 述 程 序 计 算 出 温度 为 10° 应 的 压 力 为 3. 4 当 井 口 压 力3. 4 恰 好 全 段 井 筒 温 度 均 高 于 水 合 物 形 成的 温 度 (10℃ ) ,全 井 不 生 成 水 合 物 ;当 井 口 油 压 高 于3. 4 井 筒 内 将 有 水 合 物 生 成 ,以 井 口 压 力 变为 11 例 ,此 时 ,该 压 力 对 应 的 生 成 水 合 物的 温 度 为 20 ℃ ,其 对 应 的 井 筒 深 度 约 250 m,即 对应 井 筒 250 部 分 温 度 均 低 于 生 成 水 合 物 的 温度 (20℃ ) ,因 此 预 测 井 筒 内 距 井 口 250 将 形成 水 合 物 。三 、 结 论 与 认 识(1)该 方 法 是 依 据 查 图 法 ,利 用 其 变 化 规 律 总结 出 的 迭 代 公 式 进 行 计 算 机 编 程 直 接 计 算 出 结 果 ,省 去 了 查 图 的 麻 烦 并 减 少 了 人 为 读 图 带 来 的 误 差 。(2)由 于 气 流 温 度 曲 线 是 根 据 气 井 的 井 温 度 梯度 计 算 的 ,因 此 与 实 际 的 气 流 温 度 有 一 定 的 偏 差 ,估算 的 水 合 物 生 成 井 段 还 有 一 定 的 误 差 ,要 能 够 正 确地 估 算 出 井 筒 内 生 成 水 合 物 的 井 段 位 置 ,还 需 要 详尽 的 理 论 计 算 为 依 托 ,因 此 该 方 法 只 能 是 在 粗 略 计算 的 情 况 下 ,大 致 估 计 出 井 筒 生 成 水 合 物 的 井 段 。参 考 文 献[ 1 ] 杨 继 盛 . 采 气 工 艺 基 础 [M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 ,1994: 247 - 257.[ 2 ] 林 存 瑛 . 天 然 气 矿 场 集 输 [M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 ,1997: 50 - 53.[ 3 ] 李 士 伦 . 天 然 气 工 程 [M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 ,2000: 305.[ 4 ] 杨 继 盛 ,刘 建 仪 . 采 气 实 用 计 算 [M ]. 北 京 :石 油 工 业 出版 社 , 1994: 100 - 102(编 辑 :黄 晓 川 )温 馨 提 示《 钻 采 工 艺 》 现 已 入 编 “ 万 方 数 据 — — — 数 字 化 期 刊 群 ” 、“ 中 国 核 心 期 刊 (遴 选 )数 据 库 ” 、 中 国 石 油 文 献 数据 库 、 中 文 科 技 期 刊 数 据 库 和 数 据 库 ,作 者 著 作 权 使 用 费 与 本 刊 稿 酬 一 次 性 给 付 ,不 再 另 行 发 放 。作 者 如 不 同 意 将 文 章 入 编 ,投 稿 时 敬 请 说 明 ,我 们 将 另 作 处 理 。·39·第 31卷   增 刊31                         钻       采       工       艺 1994 , . 03% 0℃ , of is ℃ ; is 0℃ is at . 1%. of p at p e i( , 975, 998, is J 138000, J P. R. + 86 - 438 - 6337961M O R O O N O F Q N 1. J 2. J , D 1 ( , 2008: 88- 90 57 in to be to of p of p to p p is . 0410 a, so or It 57 is l- as as 2 , so by p Q , 966, 990, is in A J N 38003, J P. R. + 86 - 438 - 6336968O N O 2T T M W L 1. J 2. J ,D 1 ( , 2008: 91 - 93A s to be or is be in p p m of to p m p to By p to to p W , 966, 988, in p on J N J P. R. + 86 - 438 - 6336586    O N O F O N F M O N en L , D 1 ( , 2008: 94 - 95in is p p in of m is to to as or to so as to of a up of 3 p in a : 3 is to p is It p in 0 00%. It p of by at p 344 t m , 973, he is L 24010, L P. + 86 - 427 - 7822954·8·           31 2008© 1994
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