渝东南茅口组气井脱硫阻垢装置及工艺研究.pdf

第 卷 第 期 重庆科技学院学报(自然科学版)年 月渝东南茅口组气井脱硫阻垢装置及工艺研究卓亦然 李佳欣(.中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院 南京.中石化重庆页岩气有限公司 重庆)收稿日期:基金项目:中国石化科技开发部项目“四川盆地及周缘常压页岩气勘探开发关键技术研究”()作者简介:卓亦然()男硕士助理工程师研究方向为天然气开发摘要:渝东南茅口组气井生产管柱、流程管线及设备中均出现了不同程度的结垢情况导致产量大幅度下降设备维修频繁且困难极大地影响了茅口组气井的正常平稳生产 通过对垢样、采出水样及入井药剂化验分析可知现有工艺中碱性脱硫剂与高含 、及 的地层水反应会产生大量碳酸盐类垢质 此研究中首先对渝东南茅口组气井的结垢机理进行了分析然后设计了规模、成本适用于边远单井的脱硫防垢装置及配套工艺最后将其应用于现场单井生产 实验结果表明此脱硫阻垢工艺遏制了垢物的形成、扩散、累积同时使脱硫效果得到了大幅提升关键词:渝东南茅口组 边远气井 脱硫 防垢工艺 阻垢装置中图分类号:文献标识码:文章编号:()前 言近年来渝东南茅口组勘探开发取得突破性进展已开发的 口评价井的初期测试产气量平均可达()目前累计产气量为.茅口组气井周期短、成本低钻井压裂工期平均 月成本 万元具有极大的天然气开发潜力和经济价值 然而在茅口组气井生产过程中其井下管柱、地面管线、分离器、压缩机等均出现不同程度的结垢现象从而造成数采设备失准、生产流程压降损耗增大、节流效应严重、产气液量大幅降低等情况严重影响了单井采气时率及产能的有效释放极大地增加了产建维运成本目前国内外很多气井均存在结垢的生产难题 结垢原因主要有 点:一是垢质形成机理不明形成时机较难把握二是由于工艺水平有限、成本高昂难以形成长期有效的清、防垢方法及措施 本次研究针对上述 点结合本工区垢样、地层水、生产工艺等情况进行结垢机理研究及清、防垢措施的效果评价 结垢机理研究.垢样成分分析.垢样溶蚀实验通过观察垢样与不同溶液反应的现象以及反应后溶液的颜色可定性分析垢样的大致组分 配制体积分数分别为.、.的 溶液体积分数为.的 溶液及体积分数为.的 溶液各 将现场垢样烘干、称重后分别放入上述 种溶液中反应完全后使用烘干的滤纸过滤反应后的溶液直至清澈 将滤纸和未溶解的垢样放入真空干燥箱在 下烘干 后称重垢样溶蚀质量损失数据如表 所示 垢样溶蚀过程中的质量损失部分主要为碳酸盐其质量占比约为 左右.射线荧光光谱()检测通过 射线荧光光谱仪对垢样中的各元素进行定性和定量分析 射线荧光光谱检测垢卓亦然等:渝东南茅口组气井脱硫阻垢装置及工艺研究样中各元素的质量占比如表 所示表 垢样溶蚀质量损失数据溶液烘干后垢样质量溶蚀后残渣质量溶蚀质量损失质量损失率(.).(.).射线荧光光谱检测的定量分析范围有限无法对、元素进行测定因此表 中不包含、元素 根据溶蚀实验以及离子色谱分析 元素在垢样中主要以 的形式存在于碳酸盐中有机质中也包含部分、元素通过分析确定垢样由有机垢及酸不溶物、无机垢和水组成碳酸盐为无机垢的主要组分其质量占比约为 通过其他各元素的质量占比可以进一步得到硫酸盐垢、硅酸盐垢和铁垢等成分的质量占比垢样各成分质量占比如表 所示表 射线荧光光谱检测垢样中各元素的质量占比.表 垢样各成分质量占比碳酸盐垢有机垢及酸不溶物水硫酸盐垢硅酸盐垢铁垢.气井采出水样分析对垢样进行溶蚀实验、检测分析出其主要成分为碳酸盐说明垢质组成来自于采出水的概率较大 选择管线结垢较为典型的井对其采出水成分及矿化度进行检测结果如表 所示表 采出水成分及矿化度井号结垢情况 质量浓度()质量浓度()质量浓度()矿化度()值 严重.严重.严重.严重.较严重.较严重.轻微.由表 可知茅口组气井采出水的矿化度较高高含 、等成垢离子高矿化度可能是气井结垢的主要原因之一.垢质形成机理气井采出的流体中往往会携带大量高矿化度、高含 、等易成垢的离子 气藏水在地面管线或分离器中的流速降低()分解为 沉淀其化学反应过程如式()、式()所示:()()()目前均三嗪溶液脱硫工艺的实施方式为向管线中泵注药剂与采出流体直接混合、脱硫 均三嗪溶液的碱性较强 值为.气井管线和下游设备中发生的化学反应如式()所示:()当采出水中的 被脱硫剂中的 中和时水相的 值会发生变化反应式()向右边进行产生沉淀当采出水中含有泥沙、蜡质、沥青质等悬浮物卓亦然等:渝东南茅口组气井脱硫阻垢装置及工艺研究时碳酸盐、硫酸盐等结晶析出物会迅速凝聚或絮凝 结晶析出物聚合凝聚而形成的垢质附着在金属表面易造成管线的堵塞 防垢对策研究.防垢思路在高矿化度采出水与碱性脱硫剂的共同作用下形成的垢质会造成管道的堵塞 防垢思路主要包括 方面:一是减少碱性脱硫剂均三嗪与地层水的接触二是阻止或削弱采出水中易成垢离子参与的化学反应.脱硫阻垢装置及流程设计脱硫阻垢装置的主要作用是对气井产出的含硫天然气进行脱硫处理且能够对脱硫过程中产生的垢质进行过滤防止其进入下游管线以保障气井生产安全 本次研究的脱硫阻垢装置如图 所示脱硫阻垢流程如图 所示当气井产出的含硫气体由进气管线进入罐体后:首先进行气水分离其次脱水后的气体上行与雾化器喷出的脱硫剂进行接触脱硫随后经接触脱硫的气体进入混合器中立式螺片的旋转、扰动使气体与脱硫剂进一步接触、混合从而达到充分脱硫的效果最后气体通过混合器经过滤器除去固体杂质后进入下游流程气体最大处理量为 本次脱硫阻垢装置的排污系统采用液位传感器来控制电磁阀开关实现了排污自动化液处理能力为.该装置的进出口有压差表可对气体通过装置前后的压力进行监测若前后压差大于.则需要转动密封装置手轮打开罐盖对罐内进行检修、清洗 该装置配有旁通和排污管线供设备维修及其他情况下的使用图 脱硫阻垢装置图 脱硫阻垢流程.清、防垢药剂设计茅口组气井井下管柱出现了不同程度的结垢情况为大幅度减少垢质的产生还需从减少地层水中易成垢的离子入手配置溶解力强、渗透性好的螯合有机盐防垢剂使其兼具清、防垢功能 此类防垢剂的机理包括 个方面:一是该药剂为酸性能够溶解卓亦然等:渝东南茅口组气井脱硫阻垢装置及工艺研究碳酸盐岩类垢质二是药剂所包含的螯合剂成分能够与 、生成溶于水的螯合物以阻止金属离子在水中继续参与成垢反应三是根据离子电离平衡理论螯合剂可将溶液中游离态的 、固定使成垢反应逆向进行从而保证碳酸盐垢在溶液中持续溶解螯合有机盐防垢剂的主要成分为马来酸酐(质量分数为)、次磷酸盐(质量分数为)、过氧化氢催化剂(质量分数为)、调节剂(质量分数为)、螯合剂(质量分数为)、水(质量分数为)其中螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸等多乙烯多胺乙酸类螯合剂 值为.配制上述防垢剂 (质量分数为)平均分装到 个 的螺口瓶中并分别加入 成分相同的垢样 实验分为 组:一组实验温度为 (模拟地面管线)另一组实验温度为 (模拟井下温度)反应 后过滤、称重螯合有机盐防垢剂的溶垢效果如表 所示溶垢实验结束后向过滤溶液中滴入 溶液溶液澄清无沉淀表明金属离子已形成可溶螯合物不会进行下一步沉淀反应本次设计的螯合有机盐防垢剂具有良好的清、防垢性能表 螯合有机盐防垢剂的溶垢效果实验温度垢样质量剩余垢样质量溶解重量溶垢率.应用效果 井油管堵塞严重采用连续油管进行磨铣疏通 当生产一段时间后油套压差逐渐增大产气量降低推测油管再次出现结垢选取该井作为本次实验对象进行清、防垢研究更新该井的脱硫阻垢流程并进行井下化学除垢采用多轮次间歇的加注方式 根据对井下结垢情况的估算单次加注体积分数为 的螯合有机盐防垢剂 后关井 每月注剂 次对 井采取清、防垢措施前后的生产曲线如图 所示 次实验后气井套压由.降低至.油压由.增大至.油套压差明显减小日产气量由.增大至.且生产稳定图 对 井采取清、防垢措施前后的生产曲线 对比 井第 次与第 次注药关井后取出的进气滤网发现后者无明显结垢、堵塞网眼等情况更新脱硫阻垢流程前后进气滤网对比如图 所示 这说明脱硫阻垢流程能有效地防止垢物进入下游设备更新脱硫阻垢流程前后脱硫塔前 含量如图 所示 的平均浓度由 降低至 较大程度地降低了脱硫成本 这说明本卓亦然等:渝东南茅口组气井脱硫阻垢装置及工艺研究次设计的脱硫阻垢装置具有较为显著的脱硫阻垢效果 结 语针对渝东南茅口组气井结垢严重、脱硫效果低、气井分布零散的特点本次设计了脱硫阻垢装置及配套工艺 该装置能将脱硫剂与采出水隔离在防垢的同时提高脱硫效率延长下游脱硫塔的使用时长达到了降本增效的目的图 更新脱硫阻垢流程前后进气滤网对比图 更新脱硫阻垢流程前后脱硫塔前 质量浓度 将本次设计的脱硫阻垢工艺应用于结垢严重的 井气井日产气量由.增大至.生产趋于稳定油套压差下降安装脱硫阻垢装置后地面设备无垢物污染产出气中 质量浓度下降了 整套流程防垢、脱硫效果显著参考文献 郭彤楼.四川盆地碳酸盐岩源岩气地质特征与勘探前景.西南石油大学学报(自然科学版)():.关德杨寨魏光华等.油田注水系统结垢趋势预测及防垢研究.油田化学():.邱正阳.蜀南气矿采气井筒结垢机理与防垢措施研究.成都:西南石油大学:.赵清王克琼周璟等.气田回注系统结垢机理及对策:以四川盆地邛西气田为例.天然气工业():.赵建军.大牛地气田气井结垢机理及除垢工艺技术研究.中外能源():.():.胡艳华郦和生.浓度和碱度对循环水结垢和腐蚀的影响.石化技术():.杨光薛岗蒋成银等.国内外三嗪类液体脱硫剂的研究进展.石油化工应用():.孙海虹王蓉莎卢燕.油气田结垢预测技术与应用研究.断块油气田():.刘文远胡瑾秋姚天福等.深水气井生产过程中的井筒结垢实验规律.石油钻采工艺():.卓亦然等:渝东南茅口组气井脱硫阻垢装置及工艺研究 (.):.:(编辑:张 兰)(上接第 页)(.):.:(编辑:武海燕)