水套炉在元坝高含硫气田运用问题分析

田德银 王战琦

(西南油气分公司川东北采气厂， 四川 阆中 637400)

水套炉在元坝高含硫气田运用问题分析

田德银 王战琦

(西南油气分公司川东北采气厂， 四川 阆中 637400)

高含硫气田开发中，水套炉在阻止天然气水合物的生产、单质硫的析出，恒温控制、自控联锁方面起着重要的作用。在元坝海相气井调试、生产过程中，出现水浴温度降低，气井关断问题，通过排查、分析、判断，输电线路消耗电压，并使得水套炉电磁阀因额定电压不足而开关不到位，影响天然气流量，无法自动调节火焰大小，无法保持水浴温度恒定。该问题的解决，对高含硫气田水套炉的设计起着借鉴作用。

水套炉;水合物;自控联锁;水浴温度;电磁阀;额定电压

0 前言

元坝气田是中石化继普光气田之后，成功开发的第二个高含硫气藏，目前年生产天然气能力达到净化气34亿方。天然气中硫化氢含量2.7%～8.44%(体积含量，下同)，二氧化碳含量3.12%～15.5%，属于高含硫化氢，中含二氧化碳气田。

元坝气田井口压力高达50MPa，气井开采前期不产水，高压天然气经节流降压到7-8MPa、温度保持在40℃左右恒温输送至元坝净化厂深度脱水、净化。在节流降压的过程中，天然气温度急剧降低，当温度降低到27℃以下时，天然气中的水汽在杂质的作用下生成水合物，同时，在温度降低的过程中，高含硫天然气极易析出单质硫。水合物和单质硫综合作用，极易堵塞流程，造成气井停产停输。为解决上述问题，水套炉加热、恒温、自控的综合利用，成为元坝气田有效的解决措施之得以成功运用。如何保证水套炉的科学、有效运行，从而保证正常的气井采输，是保证高效开发高含硫气田的关键。

1 水套炉设计考虑的因素

加热气体。元坝气田高压气体从50MPa降压到7-8MPa，经过三级节流：井口天然气(井口温度50℃左右)经井口笼套式节流阀节流，降压到28MPa左右(设计压力为40MPa)为一级节流(为保证不生成水合物，井口加注了甲醇)；加入甲醇并节流后天然气继续经二级节流阀节流，降压到14MPa左右，进入分酸分离器，分离后天然气中不含甲醇，且温度降低到10℃或更低，此时易生成水合物和析出单质硫，为有效解决该问题，天然气进入水套炉加热后经过三级节流阀节流，压力将至7-8MPa，温度40℃，最后外输。

具备恒温功能。考虑元坝气田实际情况，加热后的天然气高于水合物的生成温度，同时可以抑制单质硫的析出，保证出站温度在40℃左右，这就要求流经水套炉的天然气吸收的热与火焰加热水套炉软化水的热保持动态平衡，表象体征为水套炉的水浴温度基本恒定。结合单井产气量、压力、出站温度(约40摄氏度)，经过设备选型(选择水套炉的功率，如60kw、80kw等)，计算元坝各井站水套炉的最佳水浴温度为80℃。

水套炉具备自控功能。水套炉除具备加热功能外，应有独立的控制系统，能参与站场联锁控制(SIS)。一旦生产过程中出现水浴温度过低、水位过低、燃烧系统熄火等状况时，控制系统将直接把信号反馈到站场控制室，在控制室组件的作用下，实行井口关断，从而实现气井停产、停输，保证高含硫气井的生产安全。

2 水套炉的启动与调节

水套炉安装完毕后，先对设备进行通电，并进行打点单调，调试合格后具备投运条件。投产启用时，在站控室电脑界面点击或现场启动“启动”按钮，水套炉风机启动，建立炉膛内风循环模式，将炉膛内可能存在的可燃气体通过水套炉烟囱循环到大气中，并持续一定时间；同时，检测器检测出炉膛内无可燃气体后，点火枪自动打火，母火管线上的电磁阀自动开启，天然气通过母火管线进入炉膛，点燃并形成长明火；感应装置检测到长明火后，将信号反馈至控制柜，控制柜发出主火燃烧指令，主火管线电磁阀开启，天然气进入炉膛，在长明火的作用下被点燃，燃烧并加热水套炉炉腔内的软化水。

在加热天然气生产时，天然气的产量变化将引起系统温度的变化，体现在水套炉水浴温度的变化上。当水套炉水浴温度过高，传感器输出信号并反馈到控制组件，控制组件发出指令，主火管线电磁阀自动减少开度，天然气通过量减小，燃烧的热量减少，水浴温度降低到设计值；同样，当水套炉水浴温度过低，传感器输出信号并反馈到控制组件，控制组件发出指令，主火管线电磁阀自动增大开度，天然气通过量增大，燃烧的热量增大，水浴温度升高到设计值。通过电磁阀的自动调节，实现自动调整加热火焰的大小，进而调整水浴温度，使水浴温度在可控范围内小幅度波动，基本保持恒温，满足生产要求。

3 投产中存在的突出问题

气井开井前，先对水套炉进行点火加热，温度升高至80℃左右时，根据每口井的配产开井生产，投产后很短时间内(20分钟左右)，天然气温度能满足外输要求，但随着生产的进一步进行，天然气温度、水套炉水浴温度逐步下降，当温度下降到一定程度(50℃)时，SIS自控系统启动，气井关井，天然气停产、停输，严重影响气田产量。

后经过多次、反复相同操作，仍出现气井关井、停产问题。

4 解决问题途径

为解决上述问题，现场投产人员进行了反复的原因探索和查找。

加大燃料气压力。针对可能的燃料气压力过小，通过调整调压阀，升高调压后的燃料气压力，从先前的0.2MPa升高到0.3MPa、0.4 MPa甚至更高。为达到此目的，调压阀调到了高极限，后果是调压阀隔膜片损坏，调压阀报废，燃烧供气管线因调压后压力过高而丝扣漏气，紧固过程中部分管线损坏。处理该类问题需组织物资、施工队伍，浪费物力、人力，拖延投产日期。

减小输气量。分析认为，有可能流量计计量不准，气井实际产能过大。通过调节一、二、三级节流阀开度，减少天然气产量，但天然气产量减少的减少未能有效解决这一问题。

检查炉头、火头、供风系统。通过拆卸炉头，检查供风系统，燃烧器及燃烧方向，并进行反复清洗、维护、调整，但这一问题均未得到有效解决。

检查供气流程。在其他检查无结果的情况下，通过反复的点火、熄火，并改变水套炉水浴温度设定值，在温度的变化中，发现火焰基本无变化，并发现在调节过程中主燃料气管线上的电磁阀动作幅度较小，远未达到设计中电磁阀的动作幅度。

5 原因分析及解决措施

找到问题症结后，对电磁阀动作较小，开关不到位的情况进行分析，测试。发现通电未启动时电磁阀的电压为24V，点火启动后电磁阀的驱动电压仅为17V，与电磁阀额定要求的24V工作电压相差甚大，无法提供足够的电磁阀开启力。

分析其原因为，水套炉设计时的驱动电源在控制间，通过电线敷设至现场水套炉处，距离约150m，如此长的电线自身有一定的电阻，相当于一个用电电器，与电磁阀串联，在电磁阀未工作时，测试的电压于输出电压一致为24V；在电磁阀工作时，线路消耗的电压与电磁阀电压之和为24V，导致实际电磁阀的驱动电压仅17V，电压的不足导致电磁阀的驱动力不足，无法足额的开关。

为使得电磁阀驱动电压恒定在24V，现场采取电源前移至水套炉处，安装接线后一次性调试、投运成功。

6 结论

①高含硫气田气井生产中，水套炉作为重要设备，具有加热天然气，防止水合物的生成及单质硫的析出作用。②水套炉自动化程度高，设定温度后能自动进行火焰调节，能保持水温恒定。③水套炉参与站场自控联锁，提高高含硫气田开发的安全性。④水套炉设计需考虑电磁阀足额电压问题，尽可能将24V电源前移至水套炉现场，保证较高的驱动电压，电磁阀开关到位，从而实现恒温自动化。

[1]胡志刚.自动熄火保护装置在集气站水套炉上的运用，安全.健康与环保，2014,(8).

[2]董江洁,等.低温气井井口水合物防止工艺探讨.新疆石油天然气，2013,(1).

[3]吴志欣,等.浅谈普光气田集输系统天然气水合物的预防措施，科技与企业，2012,(17).

[4]邓美洲,等.川东北含硫气井测试流程中水合物预测及防治，西部探矿工程，2011,(7).

[5]门虎,等.水套炉安全保护与控制的改进，油气田地面工程，2011,(5).

[6]戚斌.含硫气藏天然气水合物生成预测及防治，天然气工业，2009,(6).

田德银(1974- )，男，本科，中级工程师，研究方向：油气开发。