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天燃气处理,单位：BZ262 油气田主讲：杨俊彬 日期：2007年8月12日,目 录,天然气的性质天然气净化气井合理产量的确定气井的工作制度,天然气的性质,天然气介绍 自然界中天然生成的气体化合物或气体元素的混和物统称为天然气。天然气是以石蜡族低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃类气体组成的混合气。在组成天然气的组分中，甲烷（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等含量不多。天然气中还含有少量的非烃类气体，如硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、以及硫醇（RSH）、硫醚（RSR）等有机硫化物。戊烷和戊烷以上（C5+）的轻质油称为天然汽油。,天然气的性质,天然气的组成及分类 组成天然气的各组分在其中所占数量的比例，称为天然气的组成。由于天然气的成因、形成过程和所处地质背景不同，决定了天然气组成的多样性；不同地区、不同储集层深度，其天然气组成不同；同一储集层不同气井或同井的不同层位，天然气组成也是不相同的。天然气组成决定气藏的经济价值，也导致气藏开采方式和工艺技术上的差别。天然气的组成不仅可以作为气田分类的依据，也是天然气地面处理的重要依据。,天然气的性质,天然气可按以下三种依据分类 1.天然气按矿藏特点分为气田气、油田气和凝析气田气。气田气：在气藏中的天然气以气相存在，主要含甲烷，含量一般占95以上;乙烷至丁烷含量不大，戊烷以上重烷含量甚微或不含。油田气：也称油田伴生气，是伴随原油共生，在油藏中与原油呈相平衡接触的气体。其特征是乙烷和丙烷含量高于气田气。凝析气田气：凝析气田气采出的天然气，除含大量的甲烷外，戊烷及戊烷以上的烃类含量较高，含油煤油和汽油的成分。,天然气的性质,2.按天然气的烃类组成可分为干气和湿气。干气和湿气的划分，一般可按烃类气体的湿度系数进行划分。湿度系数是指乙烷以上（C2+）体积组成含量与甲烷体积组成含量的比值（C2+/C1）。因此，将湿度系数小于5的天然气称为干气；反之，称为湿气。3.按天然气中算起含量分类。根据天然气中含硫量的多少分为净气和酸气。把天然气含硫量少于1g/m3的称为净气，大于1g/m3的称为酸气。,天然气的性质,在采油工程和天然气矿场集输中，天然气密度、分子质量、相对密度、临界参数、粘度等都是非常重要的物性参数。其中，天然气的粘度是气体流动计算的重要参数。粘度是气体或液体内部摩擦引起的阻力，当气体内部有相对运动时，就会因为摩擦产生内部阻力。粘度越大，阻力越大，气体流动就越困难。天然气的粘度大小主要取决于气体组成、温度和压力。高压下的气体粘度，其特性近似液体粘度特性。从地层中开采出的天然气处于高压状态，当通过采油树油嘴进入气系统流程时，压力迅速下降，使天然气的粘度下降。然后通过本平台H200加热后，随着温度的升高而粘度变小。天然气的粘度变小，流动阻力就小，从而，便于气体的流动。,天然气净化,天然气作为一种商品，各国对气质都有一定的要求。我国对管道输送的天然气质量指标，如下：1.H2S含量小于20mg/m3。2.CO2含量小于3。3.硫的总含量低于270mg/m3。脱除天然气总所含水分、硫化氢、CO2和固相杂质，回收有经济效益的硫磺和CO2，并按大气排放的环保要求进行尾气处理，以获得符合技术标准的净化天然气的综合工艺过程，总称天然气净化。下面简单介绍天然气净化，包括天然气含水量、水化物、脱水工艺三个方面。,天然气净化,一、天然气的含水量 天然气在地下长期与地下水接触，一部分天然气溶解在水里；而另一部分水蒸气也同时进入天然气中。在采气过程中，水蒸气可能被带到地面，导致设备、管线和仪表的腐蚀和形成水化物堵塞。在工作实践中，一输气管道如果含水分微弱，天然气中硫化氢含量较高，但管线的腐蚀很少，这表明天然气中含水分是造成设备、仪表和管线破坏的主要原因。,天然气净化,天然气的含水量一般用绝对湿度、相对湿度、水露点来表示。绝对湿度是指一立方米天然气所含水气量（克数）。相对湿度是指绝对湿度与不变条件的饱和状态下一立方米天然气含水量之比。露点是指在一定的条件下气体产生第一滴水时的温度。,天然气净化,节流与含水量关系 本平台气系统中，1是通过油嘴来使气体节流减压，有时可以观察到随着节流处的压差增大而节流后的温度急剧的下降，甚至在管壁产生冰冻现象。这种节流降温现象，称为焦尔汤姆逊效应（节流效应）。焦尔汤姆逊通过实验证明：高压气体经过节流后成为低压气流，气体温度要发生变化。温度变化的范围随气体性质、节流前后压差大小以及气体节流前压力、温度等因素而定。对天然气而言，节流后的温度总是降低的。一定压力下，随温度的降低，天然气中的水汽含量随之降低；反之，升高。,天然气净化,二、天然气水化物的生成及其预防 天然气水化物是采输气中常遇到的一个重要问题。如果水化物在油管中形成，会降低井口压力，影响产气量，妨碍压力计下井；水化物在井口针形阀或地面管线中生成时，会使下游压力、妨碍正常输气，甚至堵死管线，造成断气，严重时将造成危及人身与设备安全的重大事故。,天然气净化,1、水化物的性质和生成条件 水化物的性质：气体水化物是固体结晶物，外观很像致密的雪或松散的冰，其通式是M.nH2O,M是水化物分子，n5.69，有立方晶格，六方晶格，正菱形晶格等，内部有不同数量的空腔，那么就会有不同的形状。例如，甲烷水化物的分子式为CH46H2O。通式中的M代表CH4，n则代表6，即是个6方立方晶格。戊烷以上的烃类一般是不易生成水化物的。,天然气净化,天然气净化,2、水化物的生成条件 水化物的生成需要一定的热力学条件，即一定的温度和压力。当天然气的温度低于或等于某一压力下水的露点温度时，天然气中将有自由水凝析出来。自由水的出现是水化物生成的必要条件。当温度低于水化物生成温度，水化晶核开始形成、生长，逐渐形成致密的天然气水化物。生成水化物的主要条件如下：1）.天然气中有液态水的存在。液态水是生成水化物的必要条件。天然气中液态水的来源有油气层内的地层水和地层条件下的汽态水。,天然气净化,2）.低温。低温是形成水化物的重要条件。采气中，气流从井底流到井口并经过针形阀、孔板等装置节流后，会因压力降低而引起温度下降。温度降低不仅使汽态水凝析，也为生成水化物创造了条件。3）.高压。对组成相同的气体，水化物生成的温度随压力升高而升高，随压力降低而降低，也就是压力越高易生成水化物。4）.其它条件。压力的波动、气体流向突变产生搅动、流速过快形成紊流、酸性气体的存在以及微小水化晶核的诱导等，都能加速水化物的生成。,天然气净化,水化物形成的次要条件有：高气流速、任何形式的搅动、酸性气体（H2S、CO2）的存在、天然气的组分等。只要条件具备，水化物形成很快；水化物即可能在流动状态下产生、也可能在静止状态下产生。,天然气净化,3、水化物产生的主要部位：1）.气井开井时，一级节流阀有可能出现水化物堵塞现象。2）.生产流程中，降压后垂直的天然气管道内易产生水化物。1采油树从油嘴出来至H200入口处，由于降压迅速以及温度较低，管线弯头多，容易形成水化物。V-200入口处截流阀也易形成水化物，造成堵塞。3）.高压容器的放空阀（BDV）和安全阀（PSV）有时可能产生水化物，造成阀门不能复位关闭，天然气内漏。内漏产生的水化物又冻堵阀门，使阀门在高压状态下不能打开，失去保护功能。4）.清管球发射器和接收器内时常带有水化物。5）.冬季所有仪表系统的取压管线（天然气系统），都有水化物存在的可能，直接影响控制系统的功能。,天然气净化,天然气水化物生成是可以进行预测的，预测的方法有计算法和查图法两种。下面就简单的介绍下查图法。,天然气净化,从上图可以看出，对同一相对密度的天然气，压力升高，生成水化物的温度也升高。高压比低压容易生成水化物。当压力相同时，天然气相对密度越高，生成水化物的温度也就越高；温度相同时，天然气的相对密度越高，生成水化物的压力越低。当气体温度升高到一定温度时，无论加多大压力也不会生成水化物。这一温度即为气体水化物的临界温度。,天然气净化,4.预防生成水化物的方法 1）.提高节流前天然气的温度 如果节流压降不变，提高节流前天然气的温度也等于提高了节流后天然气的温度。如果将节流后的天然气温度提高到高于水化物生成温度，那么预防节流后水化物生成的目的就可以达到了。2）.注入抑制剂预防水化物生成 该法实质：在气流中加入吸入性极强的抑止剂后，抑止剂与水蒸气结合形成冰点很低的溶液，使天然气中水蒸气含量减少，降低了天然气的露点，使气流在较低温度下不生成水化物。,天然气净化,常用水化物抑止剂 备注：甲醇冰点为90,天然气净化,预防水化物生成的效果，取决于正确确定加入抑止剂的位置，并取决于保证防冻剂在管线中或工艺设备中同气，液流均匀接触。抑止剂应该在可能生成水化物的位置之前加入。抑止剂最好是连续地、均匀地加入可能形成水化物的前方。,天然气净化,5.解除天然气水化物在管线中冰堵的措施 气井和输气管道内，一旦形成水化物，则管道两端压差逐渐增大，输气量逐渐减少，严重时可能完全堵塞管道，影响平稳供气，因此必须采用紧急解堵措施。常用解除天然气水化物堵塞的措施有3种：1）.注抑制（防冻）剂：在生产现场常用甲醇，乙二醇。将抑制剂注入到水化物形成点的上游，以降低水化物形成的平衡温度，从而使形成的水化物逐步分解，达到解堵目的。,天然气净化,2）.加热：提高水化物形成点上游天然气流动温度，使之高于水化物形成温度。对于地面管道，可以采用在管外加热水或蒸汽来加热管线，逐步解除管道内已形成的水化物。3）.降压解堵：通过放空天然气降低压力，降低水化物形成的平衡温度，达到解堵目的。该法一般在管道完全堵塞的情况下应用。当管道开始发生水化物冰堵时，应立即采取提高天然气流动温度或注入抑制剂等措施。一旦管道被天然气水化物完全堵塞，则只有放空降压解堵，不过管道温度低于0不宜采用降压法，因为水化物分解时形成的水会变成冰引起冰堵，在此情况下，应在降压的同时向管道内注入抑制剂，加入量以最后形成的抑制剂水溶液不致凝固为合适。,天然气净化,6.天然气的脱水 天然气中含有水汽是生成水化物的内在条件。因此，脱除天然气中水汽是杜绝水化物的根本途径。从天然气中脱除水汽以降低露点的工艺，称之为天然气脱水。在同一压力下，被水汽饱和的天然气露点温度与经过脱水装置后天然气的露点温度之差称为露点降。露点降是装置脱水能力的主要指标。天然气脱水有液体吸收法、固体吸附法和冷凝法。,天然气净化,1）.液体吸收法 液体吸收法是利用溶剂对天然气、烃类的溶解度低，对水的溶解度高和水汽吸收能力强的特点，使天然气中的水汽及液态水被溶解和吸收。在天然气脱水中最常用的液体吸收剂有：乙二醇、二甘醇和三甘醇。2）.固体吸附法 天然气与多孔固体粒子相接触时，在固体表面力的作用下，天然气中的水分子被固体的内孔表面所吸附，从而使其含水量下降。在天然气脱水过程中多采用物理吸附法。3）.冷凝法 天然气的饱和含水量随温度的降低、压力的升高而减少。因此，含一定量水分的天然气，如果使其温度降低时，就有一部分水和凝析油被凝析出来变成液态的流体，此时用常规分离器就可达到天然气脱水目的。,气井合理产量的确定,在气井投产时，首先要确定气井的合理产量。保持合理产量不仅可以使气井在较低的投入下长时期稳产，而且可以使气藏能在合理的采气速度下获得较高的采收率，从而获得最好的经济效益。确定气井合理产量是有具体要求的。1.气藏保持合理采气速度 气藏合理的采气速度应满足的条件：1）.气藏应保持较长时间稳产。稳产时间的长短不仅与气藏储量和产量的大小有关，还与气藏是否有边、底水，边、底水活跃程度等其他因素有关。2）.气藏压力均衡下降。气藏压力均衡下降可避免边、底水舌进、锥进，这对有水气藏的开采十分重要。,气井合理产量的确定,3）.气井无水采气期长，无水期采气量高，管理方便，采气成本低。4）.气藏开采时间相对较短，采收率高。2.气井井身结构不受破坏 如果气井产量过高，对于胶结、疏松、易垮塌的产层，高速气流冲刷井底会引起气井大量出砂；井底压差过大可能引起产层垮塌或油套管变形破裂，从而增加气流阻力，降低气井产量，缩短气井寿命。因此，确定合理的产量应低于气井开始出砂、使气井井身结构受破坏的产气量。,气井合理产量的确定,如果井的产量控制过小，对于某些高压气井，井口压力可能上升至超过井口装置的额定工作压力，危及井口安全；对于气水同产井，产量过小，气流速度达不到气井自喷带水的最低流速，会造成井筒积液，对气井生产不利。3.气井出水时间晚，不造成早期突发性水淹 气井生产压差过大，会引起底水锥进或边水舌进。尤其是裂缝性气藏，地层水将沿裂缝窜进，引起气井过早出水，甚至造成早期突发性水淹。气井过早出水，产层受地层水伤害，将造成不良的后果。,气井合理产量的确定,1）.加速产量递减。气层的一部分渗流通道被水占据，使单相流变为两相流，气相渗透滤降低，增大了气体渗流阻力，产气量大幅度下降，递减加快。2）.地层水沿裂缝、高渗透带窜进，气体被水封隔、遮挡，气体流动受阻，部分区块形成死气区，使采收率降低。3）.气井出水后水气比增加，造成油管中气液两相流动，使压力损失增加，井口压力下降。严重时会造成积液，产气量下降，甚至造成气井过早停喷，大大缩短了气井寿命。,气井合理产量的确定,4.平稳供气、产能接替 连续平稳供气是天然气生产的基本要求。气井在生产过程中随着地层压力下降，产量最终不可避免要下降，产量下降速度主要与储量和产量的大小有关。合理产量的确定可以使气井产量的下降不致于过快，能保持阶段性相对稳产，也能满足平稳供气的需要。,气井的工作制度,气井工作制度是指适应气井产层地质特征和满足生产需要时，气井产量和生产压差应遵循的关系。气井所选择的合理的工作制度，应能保证气井在生产过程中能得到最大的允许产量，使天然气在整个采气过程中的压力损失分配合理。现常用的气井工作制度有3种：一、定产量工作制度 定产量工作制度适用于产层岩石胶结紧密的无水气井早期生产，是气井稳产阶段常用的制度。本平台气1投产不久，由于地层压力较高，井口压力也较高，所以现采用的是定产量工作制度。每日产气量约为1.4104m3/d。,气井的工作制度,二、定井口压力制度 气井生产到一定时间，当井口压力降低到接近输气压力时，应转入定井口压力制度生产。定井口压力制度是定井底压力制度的变形，可以近似按定井底压力预测产量变化。三、定井底压差制度 生产特征，即限制生产压差小于某一极限压差。此时的极限压差是保证气井不出水、不出砂的最大生产压差。因气井生产压差为常数，而地层压力、井底压力、井口压力、产气量等都将随时间下降，因此，当产量或井口压力不能满足生产要求时，应转入其他工艺或开始带水采气。,气井的工作制度,影响气井工艺制度因素 1.天然气在井筒中的流速。气井生产时必须保证井底天然气的一定流速，以带出流到井底的积液，防止液体在井筒中集聚。2.水化物的形成。天然气中生成水化物将对采气产生很大危害。为防止井内气体水化物的生成，可使气井控制在高于水化物形成的温度条件下生产，以保证生产稳定。3.凝析压力。如果凝析油在地层中出现反凝析现象便无法采出，且增大渗流阻力。为此，在采气过程中为防止凝析油出现反凝析现象，井底流压应高于露点压力。,气井的工作制度,由于气井的地层压力、井底压力、井口压力、产气量等将随时间下降。如果采气工艺措施不当，气层水会过早侵入气藏，会使气井早期出水。这不仅会严重加快气井的产量递减，而且会降低气藏的采收率。气井出水早迟主要的四个因素：1.井底距原始气水界面的高度:在相同条件下，井底距气水界面越近，气层水到达井底的时间越短。2.气井生产压差：随着生产压差的增大，气层水到达井底的时间越短。3.气层渗透及气层孔隙度结构：气层纵向大裂缝越发育，底水达到井底的时间越短。,气井的工作制度,4.边底水水体的能量与活跃程度。多数气井出水时存在三个明显的阶段，即：1.预兆阶段：气井水中氯根含量明显上升，由几十上升到几千、几万mg/L，压力、气产量、水产量无明显变化。2.显示阶段：水量开始上升，井口压力、气产量波动。3.出水阶段：气井出水增多，井口压力、产量大幅度下降。,谢 谢,