气井带压作业中水合物的形成及预防

刘星

摘要：气井带压技术采用的是不压井的作业方式，是应用相应的带压设备在气井或是符合气井带压环境条件下进行的井下作业，但在实际的作业过程中，由于天然气水合物的形成，会严重影响整个作业的进程，尤其是在特定条件下，因天然气水合物造成风险明显增加，不仅给作业带来了一定的阻碍和困境，也严重威胁了作业人员的人身安全。因此为降低在实际作业中天然气水合物带来的风险，本文从天然气水合物的概况和形成原因为基础出发，分析天然气水合物在气压带井作业中形成的位置和影响，并提出相应的预防措施。

关键词：气井带压作业；水合物；形成原因；预防措施

前言：在进行油气资源开采的过程中，对于以往在修井作业，修井液会直接进入地层的油气藏中，不仅影响了对油气资源开采的效率，还会相应的增加工作量，提高油气资源的勘探成本，甚至会对井下的环境造成一定的污染，这样的井下作业已经不适合如今的开采工作。近年来为提高油气资源的开采效率，满足我国对油气等能源的需求，大多数能源企业在开采油气能源的过程中引进带压作业工艺技术，在应用的过程中具有明显的效果，但气井带压工艺技术在实际的作业中也具有一定的难点问题需要解决，尤其是天然气水合物形成后带来的风险，逐渐引起了人们的重视，为保证油气开采过程中井下作业的安全性和可靠性，有效的降低天然气水合物形成后带来的高风险作业，就必须要但针对气压带井作业中天然气水合物的形成进行具体的分析，并研究和应用有效的预防措施。

1天然气水合物的概念和形成条件

1.1天然气水合物概念简介

天然气水合物也被成为可燃冰，是天然气和水在一定温度和压力环境条件下形成的类冰状结晶物质，整体外观像冰，遇明火可引燃，因此也被被成为“气冰”或“固体瓦斯”。天然气水合物在燃烧后会产生少量的二氧化碳和水，相比其他常见的能源污染较少，而且储量大，主要分布在海洋或陆地的冻土层中，在全球范围内的分布广泛。

1.2天然气水合物的形成条件

天然气水合物的形成条件可分为四个方面，第一，生成天然气水合物的必要条件就是必须在具有充足水分的条件下，即气体中的水蒸气分压必须大于水合物的水蒸气分压；第二，一些烃类和杂质可以促使水合物的生成，比如直链烷烃中CH₄、C₂H₆、C₃H₈等，其密度越高，就越容易形成水合物；第三，低温和高压的环境下有利于水合物的形成；第四，当输送流速高于3m/s以上的情况下，容易形成水合物^[1]。

2天然气水合物在气井中主要形成位置和危害

2.1井下形成的水合物

井下作业在经过加砂压裂后，井下的井筒中含有的各种物质就会沿着套管进行流动，在运动的过程中就会逐渐的满足水合物的发生条件，当周围的压力逐渐下降，温度也急剧下降的过程中就会导致水合物的生成，从而在气井井筒的内壁形成一层水合物的结晶，最终会导致阻碍管柱的下降，起管柱时也会导致钢丝堵塞器造成断裂。

2.2井口形成的水合物

气井带压工艺技术在使用的过程中，由于需要通过相应的设备对井内压力进行实际的控制，在起管柱的过程中需要多次对工作防喷器进行上下的倒换，也就相应的需要多次进行补泄压操作，所以补泄压在多次的操作的过程中就会带动周围物质的流动，在防喷腔室和节流阀之处就会促使流速进行变化，当温度和压力都满足水合物的产生条件时，就会形成水合物。在防喷腔室和节流阀处一旦形成水合物，就会导致防喷开关不能完全的到位，节流阀也会发生堵塞的现象，最终会造成一定的安全隐患，风险几率明显提高。

3气井带压作业中水合物预防措施分析

3.1井下形成水合物的预防措施

3.1.1使用化学添加剂

在进行气井作业的过程中，可以采用一些化学方法，通过化学添加剂的使用，有效的抑制水合物的形成，其主要的作用就是改变水合物形成的条件，吸收井筒内的水蒸气，减低水合物的生产温度，在进行实际操作的过程中可以影响其结晶速率和聚集的形态，从而保证流体流动，减缓水合物形成。通常情况下，水合物形成抑制剂可以选择甲醇、乙二醇，但甲醇在使用的过程会挥发有害气体，在大多数的应用现场中会选用乙二醇作为水合物抑制剂^[2]。

3.1.2采用降压法

由于天然气水合物的形成需要在特定的条件下，所以，为有效的预防水合物的形成，就要抓住水合物的形成条件，在实际的操作中创造难以形成水合物的环境和条件。降压法就是通过降低压力的方法，促使水合物无法形成并分解，也就是尽量破坏天然气水合物之间的平衡条件，从而达到既定的目的。

3.1.3应用调节产量法

针对天然气水合物需要在低温的情况下才能形成的条件，在实际的操作过程中就可以紧贴这一关键条件，通过加大气井的产量，从而带动气井内井筒的温度提升，这样天然气水合物在高温的环境条件下就会很难形成。但提高气井产量增加温度的情况比较适用于地层压力较高时，如果地层压力比较低，而且产量也低的情况下，就会产生水合物，这个时候就要关井并停产。

3.2井口形成水合物的预防措施

3.2.1加热保温法

通过对井口容易产生水合物的部位进行加热保温处理，可以使流体的温度时刻保持在水合物形成的温度条件之上，比如对于井口防喷器和泄压阀等容易产生水合物的部位，就可以采用具有高温的蒸汽管线缠绕在相应的部位管线上，在保证温度的情况下，无论压力的大小，都会对水合物的形成起到一定的抑制作用。

2.2.2优化泄压系统

在实际的作业过程中发现，在井口温度较低的情况下，泄压速度的变化会导致井口防喷腔室和泄压阀等部位形成水合物，因此，必须优化泄压系统，做到精确的调整通道压力的变化，采用合适的泄压速度，才能有效的抑制水合物的形成^[3]。

2.2.3逐级节流法

采用逐级节流的方式可以有效的控制井口处的压力状况，在实际的生产过程中通过这种方式可以将压力降到一定的范围内的数值。当气压井内的压力过高时，如果不采用逐级节流的方式，就会导致井口温度降低，这样的环境条件非常适合水合物的形成，即便时应用上文叙述中的加热保温法还是化学抑制剂，都不会影响水合物的形成，此时，只有降压才是最好的办法。

结语：根据上文的叙述中可以得出天然气水合物的形成位置，主要分布在气井井下和井口范围内，预防的过程中可以采用化学方法和物理方法等多种措施，有效的预防气井中天然气水合物的形成。现如今对油气资源的开采必须满足清洁生产的油、气、水井作业的相关要求。气井带压的作业方式能从根本上避免传统井下作业中由于修井液带来的影响，从而可以起到缩减作业周期，保护地层的产能，提高对油气资源的采收效率等多种特点，在我国油气资源开采过程中的应用效果非常显著。

参考文献

[1]胡旭光,王留洋,江川.气井带压作业中水合物的形成及预防措施[J].天然气勘探与开发,2019,42(3):5.

[2]凌晓凡,郑海旺.带压作业技术在气井修井作业中的应用研究[J].石化技术,2021,28(12):2.

[3]史静怡，樊建春，武胜男，等.深水井筒天然气水合物形成预测及风险评价[J].油气储运,2020,39(9):9.