水合物是在一定压力和温度条件下,天然气中某些气体组分和液态水生成的一种不稳定的、具有非化合物性质的晶体,外观类似松散的冰或致密的雪。
水合物的形成需具备三个基本条件:(1)低温和高压;(2)存在一个水合物的形成体;(3)要求有适当的水量,但不一定要游离水。
温度和压力因素对天然气水合物的形成有着比较大的影响,在压力一定的情况下,温度越低,越易形成水合物。同理,在温度不变的情况下,压力越高,越容易产生水合物。
高压气井连续油管作业时防喷装置(主要为防喷盒位置)、井口和近井筒三处位置易生成天然气水合物。
1、防喷盒、防喷管内易形成水合物:
在起下连续油管管柱时,连续油管在通过自封胶芯的运动过程中容易带出少量的高压缩比天然气,体积突然膨胀、吸热,在防喷盒、防喷管甚至是防喷器内形成水合物。作业前通常可采用如下手段进行预防:
(1)采用热力学防冻剂
防止水合物形成的热力学抑制剂以甲醇、乙二醇应用最为常见,其作用机理是改变水溶液或水合物的化学位,使水合物的形成温度更低或压力更高。 考虑到甲醇属于危险化学品,预防作业过程中发生冰堵通常采取注入乙二醇和水的混合物方法。乙二醇能与水任意比例混合,混合后由于改变了冷却水的蒸气压,冰点显著降低。
2、井口附近易形成水合物:
由于采油气树自身可能有的微小渗漏、或者冬季作业时井口段温度较低,容易在井口段附近形成水合物;通常采用如下手段进行预防:
(1)对于井口的水合物的预防,主要在进行作业前确认采气树阀门无内漏,防喷器与井口连接的法兰无外漏,对井口采气树和法兰短节缠绕蒸汽管线进行保温处理。;
(2)通过化学注入短节向井筒内注入防冻剂。
3、井下安全处易形成水合物:
对于一些高压气井,井下安全阀通常用来增加气井作业时的安全屏障,然而当井下安全阀不能正常完全打开灯因素造成在井下安全阀处节流,形成天然气水合物。若井筒已产生水合物或者因预防措施不到位形成水合物,现场通常可以采用降压法、加热法和化学剂注入法来解除水合物冰堵。
1、降压法:
通过降低压力使天然气水合物稳定的相平衡状态发生改变,压力降低到低于水合物的形成压力,达到促使水合物分解的目的。通过判断遇卡位置在防喷器以上的防喷装置内后,采用关闭防喷器半封,对防喷器以上的装置进行泄压,从而实现降压解水合物的目的。该方法前提条件是要能判断出连续油管遇卡的位置在防喷器以上,并且能正常开关防喷器和防喷器 密封正常;(该操作方法风险较高,一般情况下不建议采用)
2、加热法:
在井口和井筒内形成水合物后,使用泵车通过井口翼阀泵注热水,提高工具遇卡或遇阻位置的温度,并对水合物有一定的冲刷作用,从而实现解堵和解卡。 对于现场具备放喷条件时,可选择开井放喷,让井筒保持一定的流动性,利用井底较高温的流体对井筒内形成水合物的地方进行冲刷和加温,实现解堵和解卡;
3、抑制剂注入法:
若已经发生冰堵,则可以通过化学注入短节向井筒内注入甲醇,利用甲醇良好解冻能力,消除形成的水合物对钢丝作业的影响。
高压气井的水合物治理一套系统的工程,作业前需要进行周密的预防措施,作业过程也要采取必要的技术手段,方能控制或减小水合物发生的概率。