地面涡流工具应用效果评价

赖 燕，景 元，陈甲新，苏河套，王 轩，高好洁

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000）

气田生产过程中，始终存在气井堵塞情况，其中由于地面管线中形成水合物导致的井堵关井所占频次极高，严重影响气田产能发挥。此次地面涡流技术的成功应用开创了长庆气田地面流程防冻堵工艺技术的先例，为今后集输管线的排水防冻采气工艺发展奠定了基础，是极为宝贵的经验，具有指导性意义。

1 工艺原理

地面涡流工具的基本原理是将管线中的介质流体运动方向改变为沿着管线内壁方向螺旋状运动，形成螺旋状的涡流流态。当气液两相流进入涡流工具时，流体流动的截面积变小，从而使流体加速，并沿着螺旋面旋转，加速度使得密度较大的液态流体甩向管壁，沿着管壁在流动方向上做螺旋运动。涡流工具的结构使得流体的旋转达到一个非常有效的旋转角度，合适的旋转角度可以传播和维持非常长的距离。

图1 地面涡流工具工作示意图

地面涡流工具的特点是：安装涡流工具后，液体和气体在管线内分成了明显的气、液两相层流。越靠近管壁的介质密度越大，含液量越多，最终，液体和气体在管道内分成了明显的气、液两相层流。

与紊流状态相比，这种流动方式减少了介质相互之间的冲击和摩擦做功，大大降低了管线的总体能耗。于是，整个管网的输差（或压力损耗）也减少到最低。

2 地面涡流工具选型及安装

2.1 地面涡流工具选型

目前国内外常用的地面涡流工具主要有以下三种型号：SX 型、SXP 型、SXI 型。

（1）SX 型地面涡流工具为基本型号，应用于切向入口处，用以帮助解决管线结冻、集输管线低点的液体淤积，同时降低管线压力降。

图2 SX 型地面涡流工具

（2）SXP 型地面涡流工具专为结蜡管线设计，带有可拆卸的底板，涡流流体可协助清除结蜡、净化管线。用于防止管线和集输系统结蜡。

图3 SXP 型地面涡流工具

（3）SXI 型地面涡流工具应用范围与SX 相同，可不需要绕线安装。

图4 SXI 型地面涡流工具

根据以上三种地面涡流工具的应用范围及特点，结合长庆子洲气田单井地面管线易冻堵、管线低点易积液及管线压力降较大的现状，选择安装SX 型地面涡流工具。

2.2 地面涡流工具安装

地面涡流工具安装在单井井口针阀下游的地面管线上，增设原流程作为旁通流程，实现井口气既可通过地面涡流工具进入地面管线，也可通过旁通管线进入地面管线。

图5 地面涡流工具安装示意图

3 现场应用情况

3.1 国内外应用情况

地面涡流技术作为一种新型采集输管线增产提效技术，到目前已经成功用于北美、中东数千口天然气井、油井的管线生产优化。在国内涩北气田台6-15 井也首次成功应用于防冻堵采气工艺先导试验。

3.2 长庆子洲气田应用情况

为了使SX 型地面涡流工具清除管线积液、降低输差、提高输送效率的作用得到充分发挥，根据以下四条选井原则来确定试验气井。

（1）产气量在2～4×104m3/d；（2）单井地面管线敷设起伏较大；（3）积液无法带出，管线输差大于1 MPa；（4）2012 年堵井频次达到4 次以上气井。

根据以上选井原则，确定在子洲气田洲18-18 井和洲19-20 井安装地面涡流工具开展现场试验。

表1 地面涡流工具试验井基本情况统计表

3.2.1 洲18-18 井的应用 2013 年10 月20 日，首次在洲18-18 井安装地面涡流工具后，流体流态改变，使原有的紊流状态改变成明显的气、液两相层流，提高了管线的携液能力，使得积液能够顺利带出。在相同产气量4×104m3/d 下，平均产液量由0.36 m3/d 增加至0.42 m3/d，管线平均输差由1.7 MPa 降低至0.3 MPa，平均液气比由0.09 提高至0.21，2013 年至今未堵井，使气田产能得到充分发挥。

图6 洲18-18 井试验数据统计分析图

3.2.2 洲19-20 井的应用 2013 年11 月5 日，在洲19-20 井安装地面涡流工具后，产气量由4×104m3/d提高至6×104m3/d，平均产液量由0.29 m3/d 增加至0.53 m3/d，管线平均输差由0.59 MPa 升高至2.45 MPa，平均液气比由0.072 提高至0.088，2013 年至今未堵井。

图7 洲19-20 井试验数据统计分析图

洲18-18 井的地面管线长度为3.7 km，洲19-20井的地面管线长度为5.44 km，由于洲18-18 井安装地面涡流工具后效果较好，说明该井长度在工具的有效作用距离范围内；洲19-20 井的效果一般，输差反而增大，说明该井长度未在工具的有效作用距离范围内，工具的有效作用距离有限，在工具作用末点、低点可能存在大量积液，不能彻底带出。

4 结论及建议

4.1 结论

地面涡流工具首次在长庆子洲气田安装及应用，得出以下结论：

（1）洲18-18 井的试验表明，在相同产气量下，平均产液量明显增加，管线平均输差明显降低，平均液气比明显升高。

（2）洲18-18 井的地面管线长度在工具的有效作用距离范围内，洲19-25 井的地面管线长度较长，未在工具的有效作用距离范围内，工具的有效作用距离有限，在工具作用末点、低点可能存在大量积液，不能彻底带出。

（3）有效降低了堵井频次，气田产能得到充分发挥。

4.2 建议

此次安装应用的地面涡流工具是成品涡流工具，并未针对子洲气田重新设计涡流工具相关参数，因此造成两口试验井中其中一口井试验效果一般。为此建议下一步开展涡流参数的优化设计理论研究，如：helix加速轴内实体截面积、长度，螺旋叶片的螺旋角、截面积及螺距、投放坐封器的强度、卡簧强度设计、有效作用距离等，以确保流体的旋转达到一个非常有效的状态，更加适用于长庆子洲气田，使该项工艺技术在我国能够得到推广应用。

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