关于港西油田气井井口伴热流程的研究

王冬梅（中国石油大港油田第五采油厂）

前言

港西油田位于天津市大港区最南端，距天津市区65 km，北靠北大港水库。港西所在地区属大陆性气候区，其特征表现为冬季寒冷、干燥，春季干燥、多风，夏季炎热、多雨，秋季天气晴朗。四季分明，冬夏长，春秋短。冬季最低气温达到-27℃[1]。港西油田自喷纯气井，一般井口压力较高，在保温套内高压气体通过油嘴降到低压系统时，由于油嘴节流，天然气膨胀吸收热能，导致流程冻结，不能进行天然气正常集输[2]。港西油田天然气成分见表1（水露点为8.8℃）。

通过对气井井口流程伴热方式长期的探索及应用，总结出了3种实用性较高的伴热流程，从而保障冬季纯气井的正常生产。

表1 港西油田天然气成分 单位：%

1 伴热方式工作原理

1.1 掺水循环伴热流程

掺水循环伴热流程依赖于掺水系统，通过加热炉对掺水来液进行加热，加热后的掺水进入井口保温套循环空间（低进高出）对油嘴处进行伴热，伴热后的掺水随井口产出气液进入至油系统。

选取2017年4月12日西54-2-3井报表数据。油压8.79 MPa，回压0.67 MPa，使用3 mm油嘴，使用2.0 mm掺水水嘴，日掺水量12.3 m3。计算油嘴后温度为169 K[3]，该井产气量10 311 m3/d。

气体温度升高到-3℃需要的热量为1740330kJ/d。该热量使12.3 m3的热掺水一天的降温幅度为34℃。即在该气井的工作制度和工作压力下，掺水的来水温度至少保持34℃以上才能防止油嘴及管线冻堵。加热炉加热后的掺水温度一般在50℃以上，完全能够满足要求，井口无冻堵现象。进口掺水循环伴热流程见图1。

图1 气井井口掺水循环伴热流程

1.2 同心管循环伴热流程

同心管循环伴热流程（图2），是继掺水循环伴热流程后实施的气井井口伴热流程，该项流程通过加热炉对井口产出的气液进行加热，加热后的气液通过加长保温套的环状空间伴热油嘴处，然后通过同心管的环空空间对管道进行伴热，再进入小气包进行气液分离，分离出的天然气为加热炉提供起源。

图2 气井井口同心管循环伴热流程

选取2016年10月5日西1603井报表数据。油压6.1 MPa，回压0.45 MPa，使用5.5 mm油嘴，产出气进加热炉加热后循环保温套和中心筒。在无热传导的条件下，计算油嘴后温度为168 K，该井产气量24 051 m3/d。该产量下油嘴后气体温度升高到-8℃需要的热量为3 898 652 kJ/d。

假设加热炉来气温度70℃，加长保温套和同心管进行了充分的热交换，在同心管的出口端温度平衡，加热炉进口温度为-17.5℃，同心管循环加热效果较好，井口无冻堵、结霜现象。

1.3 电磁感应加热装置

电磁感应加热设备是通过高频控制器将380 V/50 Hz交流电变成15～20 kHZ的高频交流电流，通过电磁感应毯转换为高频交变磁场，该高频交变磁场的磁力线作用到阀门、管道上产生蜗流，从而快速加热金属[4]。开机几十秒可使金属管件达到设定温度；由于是感应加热，磁力线能快速穿透保温材料实现加热。

设备由3部分组成，分别是主机、电热毯、热电偶，主机在油气井现有配电箱取电，电热毯分为五块包扎在需要加热的保温套及管道上，信号线、电缆线穿镀锌防爆管埋地铺设，安装简单。

该设备在港西油田的西9-14-2k实验应用，该井日产气量12000m3，油压8.5MPa，套压9.1MPa，回压0.26 MPa，井口产出气通过油嘴时，天然气膨胀吸收热能，温度将至-25℃左右，在无伴热装置时，井口发生冻堵现象，无法正常生产，安装电磁感应伴热装置后，井口温度调试至100℃，该井能够正常生产运行，产出气能够达到5℃，运行以来井口都无冻堵、结霜现象发生，装置运行平稳。

设备采用的是国家环保总局规定的安全频率范围，所以对人体没有影响，另外，因为是非接触加热，不存在漏电等安全隐患；无热源加热的典型应用，所以非常安全可靠，特别适用于易燃易爆等石化行业使用。

2 伴热方式效果分析

港西油田采用了以上3种伴热方式，均能有效的防止冻堵现象的发生，满足气井的正常生产，相较而言各有利弊。伴热方式对比见表2。

3 结论

1）掺水循环保温套工艺因有水的参与，循环降温后，气体和掺水温度必须保持在0℃以上。而水的比热容较高，水量可调，加热炉温度可调，能保证一般气井的正常生产[5]。

2）同心管工艺适用于压力10 MPa以下，日产气量在2×104m3以下的气井。更高压力和更高气量气井需对该工艺进行改进。

3）电磁加热工艺适用于压力10 MPa以下，日产气量在13 000 m3以下的纯气井。对放套管气井需根据油管产液量而定。由于油管产液的影响，气体的温度太低，如果油管产出的液量不足，气体和液体进行热交换以后，温度降低到零度以下，回压升高，管线冻堵。

表2 伴热方式优缺点对比

4）3种伴热方式均能满足港西油田气井井口冬季生产的伴热[6]需求，通过优缺点对比，电磁感应伴热设备较其他2种方式优势更为突出。具有安装便捷、节约安装、采购费用、节约能源的特点。电磁加热较其他两种工艺节省安装、采购费用5万元/井次，单井节约天然气量73000m3/a。