地面渦流工具應用效果評價

賴 燕，景 元，陳甲新，蘇河套，王 軒，高好潔

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

氣田生產過程中，始終存在氣井堵塞情況，其中由于地面管線中形成水合物導致的井堵關井所占頻次極高，嚴重影響氣田產能發揮。此次地面渦流技術的成功應用開創了長慶氣田地面流程防凍堵工藝技術的先例，為今后集輸管線的排水防凍采氣工藝發展奠定了基礎，是極為寶貴的經驗，具有指導性意義。

1 工藝原理

地面渦流工具的基本原理是將管線中的介質流體運動方向改變為沿著管線內壁方向螺旋狀運動，形成螺旋狀的渦流流態。當氣液兩相流進入渦流工具時，流體流動的截面積變小，從而使流體加速，并沿著螺旋面旋轉，加速度使得密度較大的液態流體甩向管壁，沿著管壁在流動方向上做螺旋運動。渦流工具的結構使得流體的旋轉達到一個非常有效的旋轉角度，合適的旋轉角度可以傳播和維持非常長的距離。

圖1 地面渦流工具工作示意圖

地面渦流工具的特點是：安裝渦流工具后，液體和氣體在管線內分成了明顯的氣、液兩相層流。越靠近管壁的介質密度越大，含液量越多，最終，液體和氣體在管道內分成了明顯的氣、液兩相層流。

與紊流狀態相比，這種流動方式減少了介質相互之間的沖擊和摩擦做功，大大降低了管線的總體能耗。于是，整個管網的輸差（或壓力損耗）也減少到最低。

2 地面渦流工具選型及安裝

2.1 地面渦流工具選型

目前國內外常用的地面渦流工具主要有以下三種型號：SX 型、SXP 型、SXI 型。

（1）SX 型地面渦流工具為基本型號，應用于切向入口處，用以幫助解決管線結凍、集輸管線低點的液體淤積，同時降低管線壓力降。

圖2 SX 型地面渦流工具

（2）SXP 型地面渦流工具專為結蠟管線設計，帶有可拆卸的底板，渦流流體可協助清除結蠟、凈化管線。用于防止管線和集輸系統結蠟。

圖3 SXP 型地面渦流工具

（3）SXI 型地面渦流工具應用范圍與SX 相同，可不需要繞線安裝。

圖4 SXI 型地面渦流工具

根據以上三種地面渦流工具的應用范圍及特點，結合長慶子洲氣田單井地面管線易凍堵、管線低點易積液及管線壓力降較大的現狀，選擇安裝SX 型地面渦流工具。

2.2 地面渦流工具安裝

地面渦流工具安裝在單井井口針閥下游的地面管線上，增設原流程作為旁通流程，實現井口氣既可通過地面渦流工具進入地面管線，也可通過旁通管線進入地面管線。

圖5 地面渦流工具安裝示意圖

3 現場應用情況

3.1 國內外應用情況

地面渦流技術作為一種新型采集輸管線增產提效技術，到目前已經成功用于北美、中東數千口天然氣井、油井的管線生產優化。在國內澀北氣田臺6-15 井也首次成功應用于防凍堵采氣工藝先導試驗。

3.2 長慶子洲氣田應用情況

為了使SX 型地面渦流工具清除管線積液、降低輸差、提高輸送效率的作用得到充分發揮，根據以下四條選井原則來確定試驗氣井。

（1）產氣量在2～4×104m3/d；（2）單井地面管線敷設起伏較大；（3）積液無法帶出，管線輸差大于1 MPa；（4）2012 年堵井頻次達到4 次以上氣井。

根據以上選井原則，確定在子洲氣田洲18-18 井和洲19-20 井安裝地面渦流工具開展現場試驗。

表1 地面渦流工具試驗井基本情況統計表

3.2.1 洲18-18 井的應用 2013 年10 月20 日，首次在洲18-18 井安裝地面渦流工具后，流體流態改變，使原有的紊流狀態改變成明顯的氣、液兩相層流，提高了管線的攜液能力，使得積液能夠順利帶出。在相同產氣量4×104m3/d 下，平均產液量由0.36 m3/d 增加至0.42 m3/d，管線平均輸差由1.7 MPa 降低至0.3 MPa，平均液氣比由0.09 提高至0.21，2013 年至今未堵井，使氣田產能得到充分發揮。

圖6 洲18-18 井試驗數據統計分析圖

3.2.2 洲19-20 井的應用 2013 年11 月5 日，在洲19-20 井安裝地面渦流工具后，產氣量由4×104m3/d提高至6×104m3/d，平均產液量由0.29 m3/d 增加至0.53 m3/d，管線平均輸差由0.59 MPa 升高至2.45 MPa，平均液氣比由0.072 提高至0.088，2013 年至今未堵井。

圖7 洲19-20 井試驗數據統計分析圖

洲18-18 井的地面管線長度為3.7 km，洲19-20井的地面管線長度為5.44 km，由于洲18-18 井安裝地面渦流工具后效果較好，說明該井長度在工具的有效作用距離范圍內；洲19-20 井的效果一般，輸差反而增大，說明該井長度未在工具的有效作用距離范圍內，工具的有效作用距離有限，在工具作用末點、低點可能存在大量積液，不能徹底帶出。

4 結論及建議

4.1 結論

地面渦流工具首次在長慶子洲氣田安裝及應用，得出以下結論：

（1）洲18-18 井的試驗表明，在相同產氣量下，平均產液量明顯增加，管線平均輸差明顯降低，平均液氣比明顯升高。

（2）洲18-18 井的地面管線長度在工具的有效作用距離范圍內，洲19-25 井的地面管線長度較長，未在工具的有效作用距離范圍內，工具的有效作用距離有限，在工具作用末點、低點可能存在大量積液，不能徹底帶出。

（3）有效降低了堵井頻次，氣田產能得到充分發揮。

4.2 建議

此次安裝應用的地面渦流工具是成品渦流工具，并未針對子洲氣田重新設計渦流工具相關參數，因此造成兩口試驗井中其中一口井試驗效果一般。為此建議下一步開展渦流參數的優化設計理論研究，如：helix加速軸內實體截面積、長度，螺旋葉片的螺旋角、截面積及螺距、投放坐封器的強度、卡簧強度設計、有效作用距離等，以確保流體的旋轉達到一個非常有效的狀態，更加適用于長慶子洲氣田，使該項工藝技術在我國能夠得到推廣應用。

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