井下节流技术在低温分离工艺中的应用_朱浩平
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提高浅井低温油层的固井质量工艺技术
靖安油 田 、 安塞油田层地质概况
２１ ０ ０年开 发 的浅井 主要分 布在 靖安 油 田、 塞 安
象严 重 。如 盘古 梁 区块冯 ８ — ６井 组 的 ５口井 ， ６１ 都 是 油水 同层 、 层底 水 ， 油 并且 这 ５口井 水层 跨度 大 ， 从井 底 以上 ４ ０ ０ ｍ左 右 都是水 层 。冯 ８ 一 ６井 组 油 ６ｌ
提高浅井低温油层 的固井质量工艺技术
ｌ 李海珠 李养财 马广鹏 朱 洪
＿中国石油川庆钻探工程有限公司 长庆固井公司 （ ＿ 陕西 西安 ７０ １） １０８
木
摘 要 为 了提 高 浅 井低 温 油层 （ 即延 安 组 油 层 ） 固井 质 量 ， 过 对 水 泥 添加 剂和 水 泥浆 体 系反 复 筛选 与 评 价 ， 井方 案 的研 究 通 固 与 论证 ． 原 来使 用 的 水 泥浆 体 系的基 础上 ， 究 出 了适合 于靖 安 油 田 、 塞 油 田 浅 油层 的 水 泥 浆体 系和 固井 工 艺技 术 ． 在 研 安 通过 现
水统计 如表 ｌ 所示 。
表 １ 冯 ８ —１ ６ ６井 组 油水 情 况 统计 表
油 田， 其油 层特 点是低 渗透油 藏 ， 层有 延安组 和延 油 长 组两 大油 层 。 开发 方 案是 先注 后 采 。受 长期 注 其
水 的影 响 ， 地层 原始 压力被 打破 ． 层 系之间 的平衡 各 状 态 发生 变化 尤 其该 区域开 采 的延 安组 油 层 ， 由 于 注水 时 间长 、 注水 压 力高 ， 水 活跃 ， 致 固井 质 油 导 量 不稳定 。 针对该 区域 浅油 层 固井 质量 容易 出现波动 的具 体 情况 ， 经过探 讨 ， 证水 泥浆性 能与地 层特性 的适 验
全自动低温热管技术在矿井回风余热回收中的应用分析
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的目的.
采用新型热管余热回收技术在回收矿井回风中
低温热能的同时,利用风井场地内压风机房的空压
机余热,可为进风井井口防冻提供热能,替代燃煤
热风炉或燃煤蒸汽锅炉,实现布尔台煤矿松定霍洛
风井井口防冻系统无锅炉运行.井口防冻系统主要
包括:新型热管热能回收系统、风阻平衡系统、栈
桥风道系统、风机轮值转换装置、非供热季节通风
App
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的目的.
采用新型热管余热回收技术在回收矿井回风中
低温热能的同时,利用风井场地内压风机房的空压
机余热,可为进风井井口防冻提供热能,替代燃煤
热风炉或燃煤蒸汽锅炉,实现布尔台煤矿松定霍洛
风井井口防冻系统无锅炉运行.井口防冻系统主要
包括:新型热管热能回收系统、风阻平衡系统、栈
桥风道系统、风机轮值转换装置、非供热季节通风
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天然气小压差节流制冷脱烃工艺技术
天然气小压差节流制冷脱烃工艺技术摘要针对已建成的长庆榆林气田外输天然气烃露点超标的情况, 在尚有015 ～018MPa的压差可以利用的情况下, 设计了小压差节流制冷脱烃工艺。
日处理天然气89 ×104m3 /d, 原料气温度从20℃降至-18℃, 脱出重烃111m3 /d, 使外输天然气露点达到了要求。
主题词天然气小压差节流制冷脱烃工艺11概述长庆榆林气田为低碳硫比天然气气田。
天然气中H2 S和CO2 含量低于国家标准《天然气》中Ⅱ类气质标准(GB17820 - 1999) , 但天然气中的重组分较多, 低温下平均每1 ×104m3 天然气, 可产0101m3 烃液。
从1999年开始榆林气田北区采用常温输送工艺, 天然气在集气站经三甘醇等方式脱水后汇输到141井区集配气总站外输。
在陕京输气管线的运行中发现有烃液析出, 为降低外输气烃露点, 当时提出了一系列方案。
例如: 将进141集配气总站的天然气压力由418MPa 压缩至7 ～8MPa, 再通过节流、降温、分离达到降低烃露点的目的。
还有方案提出设置氨制冷系统, 通过外冷将天然气降至所需低温, 分离出烃液后外输。
这些方案工程投资大并且在以后的运行中能耗也很高。
141井区集配气总站日外输天然气90 〔104m3左右, 天然气进站压力416～418MPa, 出站外输压力为411～412MPa。
天然气进站温度5℃至20℃, 要求外输气烃露点低于- 12℃。
经过分析研究, 设计了小压差节流低温脱水脱烃工艺装置, 于2003年8月一次投产成功, 完满地解决了141井区天然气低温脱烃的问题。
21小压差节流低温脱烃工艺原理脱烃的工艺有多种, 当要同时脱除天然气中的水和重烃时, 采用低温法最为合适。
天然气低温脱烃工艺与其它低温冷凝分离工艺相比有如下特点: ①天然气低温脱烃, 对被处理的天然气而言只是一个过程, 天然气降温脱除重烃后, 复热外输, 外输天然气的温度与处理前天然气温度之间差值很小;②从天然气中脱除的烃其质量与被处理的天然气总质量相比, 比例甚小, 只占几十分之一至几百分之一; ③以甲烷为主要成分的天然气在输气工程常见的压力和温度范围内(包括在低温下) 具有良好的等焓节流膨胀产生温降的热工特性。
一种新型活动式井下节流器
之 间的锚 定力非 常 大 ，在 打捞 过程 中通 常需 要首 先 使用加重 杆下砸 节 流器 才能 使节 流 器卡 瓦 解卡 。下
捞 时的上提力 ，华北 油 田公 司采 油工 艺研 究 院研 制
了新 型活动式井 下节流器 。
１ 技 术分 析
１ １ 结构 ．
砸会导致 打捞头 上 部 的中心 管端 面 变形 ，从 而使 卡 瓦 的有效行程减 小 ，不能 收缩到 位 ，造成 打捞 困难 。 ②在井下 节流器 的打 捞过 程 中还存 在 密封 皮碗 与 油
２１ ００年 第 ３ ８卷
第 ９期
段 宝 玉等 ：一 种 新 型 活 动 式 井 下 节 流 器
打捞 时 ，首 先 将 专用 打 捞 工 具 接 在 由震 击 器 、
加重 杆组成 的工具 串上 ，然后 将 工 具 串下 人 井 中 ， 到达 节流 器位置后 ，打捞 工具 与节 流器 上 的打捞 头 对接 ，在 打捞器 与节 流器 对接 的 同时下 压节 流器 上 的 中心管 ，使坐 封 弹簧复 位 ，然后 迅速 上提 ，使 节 流器 的卡 瓦在震 击器 的振 击作 用下 解 卡 。卡 瓦解 卡 后 ，即可 上提钢 丝将 节流 器 打捞 到井 口，完 成节 流 器 的打捞 工作 。
石 油
一
机
械
３６ 一
Ｃ ＩＡＰＴ Ｏ Ｅ Ｍ Ｍ Ｃ ＩＥ Ｙ Ｈ Ｎ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ Ａ ＨＮ Ｒ
２１ ０ ０年
第３ 卷 ８
第 ９期
新产 品开 发 一 Nhomakorabea种 新 型 活 动 式 井 下 节 流 器
段 宝玉 张 桂 迎 蒋 宜春 刘 慧４ 王 军
（． 北 油田公 司采 油 工 艺研 究 院 ２ １华 ．华北 油 田公 司采 油三厂 ３ ．华北 油田公 司生产 处 ４ 中国地 质 大 学 （ 武汉 ） ）
捞 时的上提力 ，华北 油 田公 司采 油工 艺研 究 院研 制
了新 型活动式井 下节流器 。
１ 技 术分 析
１ １ 结构 ．
砸会导致 打捞头 上 部 的中心 管端 面 变形 ，从 而使 卡 瓦 的有效行程减 小 ，不能 收缩到 位 ，造成 打捞 困难 。 ②在井下 节流器 的打 捞过 程 中还存 在 密封 皮碗 与 油
２１ ００年 第 ３ ８卷
第 ９期
段 宝 玉等 ：一 种 新 型 活 动 式 井 下 节 流 器
打捞 时 ，首 先 将 专用 打 捞 工 具 接 在 由震 击 器 、
加重 杆组成 的工具 串上 ，然后 将 工 具 串下 人 井 中 ， 到达 节流 器位置后 ，打捞 工具 与节 流器 上 的打捞 头 对接 ，在 打捞器 与节 流器 对接 的 同时下 压节 流器 上 的 中心管 ，使坐 封 弹簧复 位 ，然后 迅速 上提 ，使 节 流器 的卡 瓦在震 击器 的振 击作 用下 解 卡 。卡 瓦解 卡 后 ，即可 上提钢 丝将 节流 器 打捞 到井 口，完 成节 流 器 的打捞 工作 。
石 油
一
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２１ ０ ０年
第３ 卷 ８
第 ９期
新产 品开 发 一 Nhomakorabea种 新 型 活 动 式 井 下 节 流 器
段 宝玉 张 桂 迎 蒋 宜春 刘 慧４ 王 军
（． 北 油田公 司采 油 工 艺研 究 院 ２ １华 ．华北 油 田公 司采 油三厂 ３ ．华北 油田公 司生产 处 ４ 中国地 质 大 学 （ 武汉 ） ）
气井井下节流工艺的数值模拟
度 为 １ ９ ３℃／ ０ 天然 气 相 对 密 度 阳 对一 ．４ １０ｍ，
０ ６ ７９ 比热 容 Ｃ一 ２ ２ × １ 。 ／ ｋ ・ ， ． ６ ， ． ２ ０ Ｊ （ ｇ Ｋ） 导
的变化 ， 建立 了天 然气 井 管流 预 测模 型 、 降温 压
降预测模 型 以及节 流动态预测 模型 ， 到 了较 好 得
际应用效 果不是很 理想 ， 未能得 到普遍 应用 。在
国内 ， 贤强 等＿ 对 井 下节 流装 置 进 行 了优 化 ， 彭 ６
分析 了地 面与井下气 嘴节流 的相关性 ， 在工程 实 际中得到 了较好 应 用 。韩 丹 岫等 分 析 了井 下
安装 节流装置 与 未安 装节 流装 置 时 压力 和温 度
热 系 数 一 ０ ０ ３ｗ／ ｍ ・Ｋ） 动 力 黏 度 为 ． ３ （ ，
１０ ７ ０ Ｐ ． ８ ×１ ～ ａ・Ｓ 。简 化 的 几 何 模 型 如 图 １
所示 。
收 稿 日期 ： ０ 卜０ ～ ｌ ２ １ ４０
将 在井 筒 内高压 下天 然气 的流 动统 一考 虑
第 ３ 期
２１ ０ １年 ９月
气 井 井 下 节流 工 艺 的数 值 模 拟
刘 亮 王 岳 李 朝 阳 罗 凯 高 岩
（ 宁 石 油 化 工 大 学 石 油 天 然 气 工 程 学 院 ，辽 宁 抚 顺 １ ３ ０ ） 辽 １０ １
摘
要
基 于 Ｃ Ｄ理 论 并 应 用 Ｃ Ｄ 软 件 建 立 了 简 化 的 全 井 段 天 然 气 井 井 下 节 流 工 艺 的 物 Ｆ Ｆ
刘 亮等 ．气 井井 下 节流 工艺 的数 值模 拟
１ 问 题 描 述 及 模 型
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第 27 卷第 6 期 天 然 气 工 业 开发及开采
表 2 卡瓦式节流器 圆柱型胶筒不同压差和 温度下密封性能试验表
试验
胶筒 组合
试验 介质
60 ～ 70 水 1 60 ～ 70 水
2
60 ～ 70 60 ～ 70
气 气
3
65 ～ 75 65 ～ 75
二 、井下节流工艺的应用
1. 榆林气田低温分离工艺现状 (1)低温分离工艺原理 单井进站高压天然气经加热后 , 通过节流阀节 流膨胀制冷 , 利用天然气烃类组分冷凝温度的不同 和压力一定时天然气中饱和水含量与温度成正比的 特点 , 将重烃和水蒸气凝结成凝析油和水 , 经高效气 液分离器在低温下分 该工艺流程见图 1 。
注 :理论计算温度是假设不进加热炉 , 直接节流制冷 , 温度降为 3. 15 ℃/ M Pa;低温分离要求温度为 - 8 ～ - 18 ℃。
通过试验取得以下效果 。 (1)试验前 , 如各单井进站直接节流制冷 , 由于 进站压力高 , 致使节流后的温度远远低于 - 18 ℃, 不能满足低温分离的要求 , 所以单井来气必须经加 热炉换热后才能进行节流 。 井下节流试验后 , 从理 论计算及实际运行情况看 , 直接节流制冷后温度符 合低温分离的要求 。 (2)在下井下节流器前 、后气井产量基本相同的 条件下 , 开展井下节流工艺后油压下降明显 。 (3)集气站日处理气量大大提高 , 使冬季因加热 炉负荷问题不能正常开井的井能够正常生产 。 (4)井下节流试验后 , 加热炉燃气量明显降低 , 燃气量 减少了 28. 4 %, 平均每 年可 以节约 天然气 10. 9 ×104 m3 。
气 气
4 65 ～ 75 气
5 60 ～ 75 气
6 60 ～ 75 气
试验 试验 温度 压力 ( ℃) (M P a)
时间
备注
80
17
3h
未破坏
80
19 40 min 上胶筒损坏
80
11
3h
未破坏
70
15 1 h28 min 上胶筒损坏
70
16 3 h
未破坏
80
14. 6 3 h 上胶筒损坏
56
图 1 低温分离系统组成示意图
(2)低温分离工艺在榆林气田的应用情况 榆林气田进站压力大部分在 18 M Pa 左右 , 最高 的达 22 M P a , 而外输压力为 5 M Pa 左右 。 由于进站 压力与外输压力差值较大 , 致使直接节流制冷后温 降过大 , 超过了低温分离工艺流程允许的最低温度 。 在实际生产中 , 对于压力较高的井 , 单井来气先经加 热炉加热后 , 再经过节流 阀节流 , 使 气流压力由 18 M P a 左右降至系统压力时 , 温度才能达到低温分离 所需要的温度 。 (3)低温分离工艺存在的技术问题 最早采用低温分离的榆 9 站已经运行了 3 a , 采 用该工艺处理后的天然气达到国家商品气标准 。但 因该工艺运行条件较高 , 在生产中还存在如下问题 : ①在低温分离工艺生产中 , 气井节流压差较大时 , 加 热炉负荷饱和 , 致使部分井不能正常生产 , 冬季矛盾 突出 , 榆 9 站 1#加热炉负担 8 口井 , 冬季只能保证 4
三 、井下节流器性能研究试验
1. 圆柱型胶筒性能试验 卡瓦式井下节流器原来采用圆柱型胶筒 , 其局 部结构如图 2 所示 。 为了优化完善卡瓦式井下节流器性能 , 提高其 对不同工作条件的适应性 , 延长工作有效期 , 开展了
98
图 2 井下节流器局部结构 示意图
密封性能室内试验研究 。 根据试验需要 , 设计加工 了卡瓦式井下节流器室内试验装置 , 进行了常温 、高 温条件下的水压和气压密封试验 。 试验前先装配调试井下节流器 , 装入试验装置 并试水压 , 合格后装配加热保温系统 , 进行试验装置 充气试压 , 使试验压差达 10 ～ 15 M Pa , 关闭截止阀 , 观察 30 min , 如果压力不降 , 开始密封寿命试验 。试 验情况见表 2 。 从试验结果来看 , 卡瓦式井下节流器采用圆柱 型胶筒 , 耐温 、耐压能力有限 , 在温度或压力较高时 , 工作寿命短 。 2. “V”型胶筒性能试验 针 对卡瓦式井下节流器存在密封性能有限的问
到低温分离所需的压力 。 单井来气经站内节流后 , 温度符合低温分离的要求 , 从而实现站内不加热 , 直 接节流制冷 , 这样就减少了加热炉的负荷 , 满足了冬 季高峰期的需求 , 使气井不致因加热炉负荷问题而 关井 , 并且降低了站内加热炉天然气的消耗量[ 4-6] 。 目前在榆林气田开展了 6 口井井下节流工艺技 术 , 其开展井下节流工艺前后的生产情况见表 1 。
97
开发及开采 天 然 气 工 业 2007 年 6 月
口井生产 ;②低 温分离工艺中 , 由于流程 为高压集 气 , 管线内压力高 , 易形成水合物堵塞 , 注醇量太大 , 防水合物工艺成本高 。 2. 井下节流工艺在低温分离中的应用情况 针对低温分离工艺存在的问题 , 开展了井下节 流工艺技术 。 采用井下节流工艺技术 , 将单井高压 天然气在井下节流降压 , 可以使单井进站压力控制
19. 8 26 min 上胶筒损坏
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16 5 min 上胶筒破坏
52
18 30 min 上胶筒破坏
题 , 对胶筒的受力状况 、影响其工作性能的因素 、胶 筒结构及材质进行了深入分析研究 , 重新研制了一 种新型“ V” 型胶筒 , 如图 3 所示 。 模拟 气井井下工 况 , 对其密封性能进行试验 , 其试验情况见表 3 。从 试验情况来看 , 在温度 90 ℃、压差最高达 26. 1 M Pa 条件下节流器能够正常工作 , 表明改进的“V”型胶筒 在高温 、大压差环境都能够保持良好的密封性能 , 可 以满足长庆气田的气井井下节流工艺的需要 。
作者简介 :朱浩平 , 1970 年生 , 工程师 ;1997 年毕业于原西安石油学院 , 现从事油气生产和管理工作 。 地址 :(710021)陕 西 省西安市未央区兴隆园小区 。 电话 :(029)86594370。 E-mail :zhp_ cq@petro china. co m. cn
- 16
11
7
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4. 8
- 12. 5
-8
9. 5
8
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- 15
备注
进加热炉 进加热炉 进加热炉 进加热炉 进加热炉 进加热炉 进换热器 进换热器 进换热器 进换热器 进换热器 进加热炉
表 1 井下节流前后站 内运行数据表
时间 试验前 试验后
井号
榆 45-10 榆 45-11 榆 45-9 榆 43-9 榆 44-11 榆 47-7 榆 45-10 榆 45-11 榆 45-9 榆 43-9 榆 44-11 榆 47-7
进站压力 进站温度 节流前温度 节流后压力 理论计算直接 实 际节流后
(M Pa) ( ℃)
( ℃)
(M P a) 节流后温度(℃) 温度( ℃)
17
5
32
5
- 32. 8
- 10
15
7
23
5. 1
- 24. 2
-9
14. 5
4
25
4. 8
- 26. 5
-8
17
7
29
4. 9
- 31. 1
- 13
13. 6
5
24
5
- 22. 1
- 11
16. 4
5
25
5
- 30. 6
试验情况
正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常
四 、节流器的研制及其应用
卡瓦式井 下节流器 在现场应 用中存 在几个问 题 :①密封胶筒变形量大 , 密封可靠性较差 , 在部分
井不能达到长期有效节流的目的 ;②当油管较脏时 , 坐封难度 大 , 工作可 靠性差 ;③该节流器 上提座封 时 , 释放了地面装配时预压缩的弹簧力 , 依靠弹簧力 长期保证胶筒和节流嘴密封 , 在从井下取出过程中 , 胶筒仍受弹簧力处于膨胀状态 , 上提阻力很大 ;④弹 簧在井下腐蚀环境中长期工作 , 中途易发生断裂 , 从 而造成工作失效 ;⑤更换节流嘴时 , 同时也要更换节 流器的卡瓦 、胶筒等 , 使用成本高 。 针对卡瓦式井下节流器存在的上述问题 , 通过 改进完善 , 密封性能得到提高 。 但其他问题依然存 在 , 为此开展了预置工作筒式井下节流器的研制及 室内试验 。 1. 预置工作筒节流器的工作原理 在新井下入完井生产管柱时 , 直接在设计位置 安装工作筒 。 气井投产后 , 在需要采取防止水合物 措施时 , 利用专用投放工具通过钢丝作业将节流器 芯子投入工作筒 , 下击芯子 , 使锁块进入工作筒内 槽 , 依靠芯子上的锁块卡入工作筒槽内实现定位 , 上 提钢丝绳 , 投放工具与芯子脱离 , 完成节流器投放 。 芯子上的密封 组件与工 作筒密封 面形成良 好的密 封 , 气流从芯子中部通过气嘴节流后流出 。 节流嘴 节流孔大小可根据设计需要更换 。 需要更换气嘴时 , 利用钢丝作业下入配套打捞 工具 , 抓住锁块轴上提即可捞出芯子 。 2. 预置工作筒节流器的室内试验 根据实际应用条件 , 对预置工作筒式井下节流 器进行了水密封和气密封试验 , 试验结果如下 。 (1)预置工作筒式井下节流器锁块在压差最高 为 25. 8 M Pa 时 , 锁块未发生滑动 , 可见锁块在实际 的工作压差下能够安全可靠工作 。 (2)模拟井下温度 , 将节流器工作筒和芯子分别 加热至 90 ℃, 再将芯子用投放工具投入工作筒 , 芯 子进入工作筒顺利 , 无卡阻现象 , 说明该节流器在井 下温度条件下 , 可顺利坐封 。 (3)进行了不同温度 、压差下密封性能试验 , 试 验数据如表 4 。 从试验结果来看 , 预置工作筒式井下节流器在 不同的温度和压差下 , 坐封可靠 , 且反复坐封时 , 不 渗不漏 。“V”型密封圈不同压差和温度下的密封性 能好 , 可以满足气井节流生产要求 。 3. 预置工作筒节流器的特点及其应用探讨 (1)因“V” 型密封尺寸小于油管内径 , 上提芯子 时不存在“V”型密封与油管之间的卡阻现象 , 可在无 阻力的情况下方便地取出芯子 。