天然能量利用與蘇里格氣田采氣工藝革新遼河石油勘探局蘇10項目部中國石油大學（華東）儲建學院匯報提綱概述國內(nèi)采集氣工藝現(xiàn)狀與缺陷

蘇里格大氣田應(yīng)用天然能量的可能性與必要性

國內(nèi)現(xiàn)行采集氣工藝革新途徑與制約要素

利用天然能量采氣工藝簡介現(xiàn)行工藝與利用天然能量采氣工藝現(xiàn)行工藝的融合問題

利用天然能量采氣工藝與蘇10現(xiàn)行工藝的融合試驗效果

利用天然能量采氣工藝在大牛地氣田的應(yīng)用建議與前

防控技術(shù)與甲醇工作原理的異同

建議與承諾概述

國內(nèi)大型氣田（區(qū)塊）所應(yīng)用的幾種主要采氣工藝均有不同缺陷與弊病，均集中體現(xiàn)為天然能量利用不足，采氣成本高昂，氣田開發(fā)效益低下三個標志，低滲大型氣田尤甚。理論分析與生產(chǎn)實踐表明：制約天然能量利用與采氣工藝革新的因素其實非常簡單，沒有想象中的復雜，其根本要素是水合物問題。遼河石油勘探局蘇10項目部與中國石油大學（華東）儲建學院協(xié)作，在沈陽富順公司的大力支持下，通過嚴格論證與廣泛吸收，以水合物問題為突破口，以系統(tǒng)工程為依據(jù)，以開發(fā)效益為根本目的，克服了現(xiàn)有采氣、集氣工藝缺陷與弊病，充分利用天然能量，在蘇10實現(xiàn)了大型低滲采氣、集氣工藝革新，能夠有效提高氣田開發(fā)效益，大幅節(jié)能減排。國內(nèi)采集氣工藝現(xiàn)狀與缺陷

調(diào)研表明，國內(nèi)大型氣田（區(qū)塊）主要礦場采集氣工藝有以下4種：1、單井單管高壓醇保采氣、集氣工藝流程簡圖：設(shè)計理念：利用天然壓力能集氣，方便管理，降低井間干擾，保障礦場集輸暢通。重大缺陷：無法有效利用地熱能量。單井單管進站，礦場集氣管線壓力等級高，地面工程投資巨大。必須投加甲醇防凍堵，不僅導致采集氣費用增加，而且產(chǎn)生大量有毒廢水、廢渣、廢氣，嚴重污染環(huán)境。必須加熱后節(jié)流，天然氣損耗嚴重，否則即使有醇保不出現(xiàn)凍堵，也無法滿足鋼材使用溫度極限(普通管材低溫極限－20℃，16Mn鋼低溫極限－40℃)。耗能嚴重，不僅耗費天然氣，也耗費甲醇所固有的熱焓與能量。革新制約要素：天然氣水合物與鋼材溫度極限。其確認依據(jù)是：如果井下不注醇，井筒熱交換后可能凍堵,地面管線熱交換后也可能凍堵；如果地面集氣不保持高壓狀態(tài)，節(jié)流溫降嚴重，即使能夠用醇保實現(xiàn)防凍堵，也無法滿足鋼材使用溫度極限。2、多井并聯(lián)中壓醇保加熱采氣、集氣工藝流程簡圖：

設(shè)計理念：利用天然壓力能集氣，降低集氣管線長度和壓力等級，節(jié)省鋼材與地面工程投資。重大缺陷：無法有效利用地熱能量。必須設(shè)置井場加熱爐，屬于本質(zhì)不安全工藝，安全隱患多。需要對集氣管線保溫，地面工程投資仍然巨大。需要井口注醇，無論是人工還是機械注醇，均因甲醇特性而無法保證注醇量充足，注醇周期短、費用高，還存在人醇接觸問題，增加了安全隱患，損傷了員工的健康。增加了氣井管理難度與強度，極易因注醇制度問題出現(xiàn)井筒、管線凍堵影響氣井正常生產(chǎn)。產(chǎn)生大量有毒廢水、廢渣、廢氣，嚴重污染環(huán)境。必須加熱后節(jié)流，天然氣消耗嚴重，否則即使有醇保不出現(xiàn)凍堵，也無法滿足鋼材使用溫度極限。革新制約要素：天然氣水合物與鋼材溫度極限。其確認依據(jù)是：如果井下不注醇，井筒可能凍堵；如果地面集氣不加熱節(jié)流，溫降嚴重（可達－45℃），即使能夠用醇保實現(xiàn)防凍堵，也無法滿足鋼材使用溫度極限。3、多井并聯(lián)井下節(jié)流中壓加熱采氣、集氣工藝流程簡圖：設(shè)計理念：利用天然壓力能集氣，利用少量地熱能代替醇保解決井筒問題，降低能耗與投資，實現(xiàn)無醇采氣。重大缺陷：應(yīng)用范圍受限制，高產(chǎn)井與低產(chǎn)井均不適用。若產(chǎn)氣量高至一定值，井下節(jié)流溫降嚴重，井筒熱交換不及時或快速吸熱導致地層結(jié)冰絕熱，均會出現(xiàn)井筒凍堵；若產(chǎn)氣量較低，集氣管線散熱、溫降過快，即使加熱溫度很高也會出現(xiàn)集氣管線凍堵。必須設(shè)置井場加熱爐，屬于本質(zhì)不安全工藝，安全隱患多。需要對集氣管線保溫，地面工程投資仍然巨大。增加了氣井管理難度與強度，極易因氣井產(chǎn)量波動問題出現(xiàn)井筒、管線凍堵影響氣井正常生產(chǎn)。必須加熱后節(jié)流，天然氣消耗嚴重。革新制約要素：天然氣水合物。其確認依據(jù)是：如果井下熱交換不及時，井筒可能凍堵；如果地面集氣不加熱節(jié)流，溫降嚴重（可達－45℃），必然出現(xiàn)凍堵。4、多井并聯(lián)井下節(jié)流增壓采氣、集氣工藝流程簡圖：設(shè)計理念：利用地層熱能和單井節(jié)流、集中增壓解決水合物問題，實現(xiàn)無醇—不加熱—不保溫礦場采集氣工藝，降低礦場集氣管線長度和壓力等級。重大缺陷：無法利用地層的天然壓力能，在蘇里格氣田會白白浪費3年以上的壓力能，能量浪費嚴重。應(yīng)用范圍受限制，高產(chǎn)井不適用。若產(chǎn)氣量高至一定值，井下節(jié)流溫降嚴重，井筒熱交換不及時或快速吸熱導致地層結(jié)冰絕熱，均會出現(xiàn)井筒凍堵。必須在氣田開發(fā)之初就設(shè)置井下節(jié)流與集中增壓站，強制采取先節(jié)流后增壓的技術(shù)方案，因此在氣田初期開發(fā)中會出現(xiàn)嚴重的不合理性：從熱力學角度看該工藝屬于一種典型的熵增過程，從系統(tǒng)工程角度看該工藝是一種無理耗能工序；前面地層熱能利用與后面增壓耗能兩者相抵，實際上并沒有達到利用地層熱能采集氣的目的。需要增加壓縮機站工程投資，地面工程投資仍然巨大。需要增加壓縮機站運行費用，導致氣田開發(fā)初期采氣成本上升，天然氣或電能能耗嚴重。增加了氣井管理難度與強度，極易因氣井產(chǎn)量波動問題出現(xiàn)井筒凍堵影響氣井正常生產(chǎn)。革新制約要素：天然氣水合物。其確認依據(jù)是：如果井下熱交換不及時，井筒可能凍堵；如果地面集氣壓力過高，必然出現(xiàn)凍堵?？傊?，國內(nèi)現(xiàn)行各種采集氣工藝均存在重大缺陷，雖然其缺陷各不相同，但歸納起來卻只有一條，即：沒有解決氣田如何充分利用天然能量問題，包括天然壓力能和天然地熱能兩大部分。蘇里格大氣田應(yīng)用天然能量的可能性與必要性

眾所周知，蘇里格氣田是一個超深整裝特大型低滲沙巖氣田，具有天然能量高、天然能量遞減緩慢的重要特性。蘇10的生產(chǎn)實踐表明：在氣田初期開發(fā)的3年內(nèi)，地層壓力衰減緩慢，氣井連續(xù)生產(chǎn)3年后井口流壓仍然高達6MPa以上；而無論是井底溫度還是井口氣流溫度，幾乎觀察不出明顯變化。顯然，忽視這些天然能量而不予以充分利用，是一種巨大的浪費。而那種本著“地層壓力能早晚衰竭，集中增壓終將采用，晚上早上都是上”設(shè)計理念完成的井下節(jié)流—礦場增壓的無醇采集氣工藝顯然極其不合理：表面看似考慮了天然熱量的利用，實際是一種熵增過程，嚴重違背了系統(tǒng)工程理論。換言之，生產(chǎn)實踐已經(jīng)證明：蘇里格氣田的重要特性決定了充分利用天然能量開發(fā)該氣田的可能性和重要性?？v觀整個蘇里格氣田開發(fā)，盡管已經(jīng)開發(fā)數(shù)年，但仍然處于開發(fā)初期，大部分氣田還沒有進入開發(fā)建設(shè)日程，其特殊機制與開發(fā)模式?jīng)Q定了現(xiàn)有采氣工藝的多樣性，其地質(zhì)條件的相似性與開發(fā)進程決定了大規(guī)模推廣應(yīng)用合理優(yōu)異工藝的緊迫性和必要性。國內(nèi)現(xiàn)行采集氣工藝革新途徑與制約要素上述分析已經(jīng)表明：現(xiàn)行4種采氣流程革新的制約要素要么僅僅是水合物問題，要么是水合物與鋼材溫度極限2個問題。然而，鋼材溫度極限問題是能夠簡單解決的：并不需要改變管材材質(zhì)，如此不僅要增加固定投資，而且技術(shù)上完全沒有必要，因為可以用更簡單經(jīng)濟的方案解決：用分段多級節(jié)流代替一次性節(jié)流即可。因此，現(xiàn)行4種采氣流程革新的制約要素歸根結(jié)底是水合物問題，水合物問題一旦解決，其他許多問題就會迎刃而解。換言之，假定天然氣開采中不存在水合物問題，采氣、集氣工藝不僅能夠充分利用各種天然能量，而且極其簡單?；谠擖c，國內(nèi)現(xiàn)行采集氣工藝革新的途徑也只有一條：就是使水合物問題不再成為問題。利用天然能量采氣工藝簡介如前所述，隨著開發(fā)的深入，任何氣田天然能量特別是地層壓力能最終都會衰減之無法利用之程度，但這與利用天然氣采氣工藝并不矛盾，更非不需要天然能量采氣的依據(jù)。蘇里格氣田雖然具備良好的天然能量利用條件，但也同樣有衰竭的一天，因此，我們根據(jù)蘇10的生產(chǎn)實踐，設(shè)計了以下2種采氣、集氣工藝：1、多井并聯(lián)井下節(jié)流防控采氣、集氣工藝流程簡圖：設(shè)計理念：將整個氣田開發(fā)分為初期與后期兩個開發(fā)階段，預(yù)留單井或多井抽氣（增壓）工序，利用防控技術(shù)使水合物問題不再存在，利用井下壓力能實現(xiàn)開發(fā)初期的無醇采集氣，利用井下熱能解決鋼材溫度極限問題，利用單井或多井撬裝抽氣增壓設(shè)備代替大型集中增壓站實現(xiàn)氣田后期的順利開發(fā)和增壓站不建或緩建目的，最終實現(xiàn)固定投資分批投入、大幅降低，氣田整體開發(fā)效益和經(jīng)濟效益大幅提高的目標。優(yōu)特點：能夠一勞永逸地解決采氣、集氣、外輸所有工序水合物問題，大幅降低采氣、集氣、外輸各個工序成本與能耗，經(jīng)濟效益可觀。在氣田開發(fā)初期的數(shù)年內(nèi)僅僅依靠天然能量就能完成采氣任務(wù)，不需要考慮任何耗能措施。能夠適應(yīng)氣田滾動開發(fā)的需要，更適用于氣田開發(fā)中后期加密氣井的生產(chǎn)，即充分利用了天然能量，又可有效避免新、舊氣井的井間干擾。實現(xiàn)了增壓站的緩建或不建，可使固定投資由一次性投入改為分批投入，使設(shè)備閑置率將至最低，大幅提高了固定投資效益。為實現(xiàn)抽氣增壓設(shè)備撬裝化奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使單井或多井單管抽氣增壓代替集中增壓成為可能。關(guān)鍵要素：水合物防控技術(shù)的完全解決。2、多井并聯(lián)井口防控分級節(jié)流采氣、集氣工藝流程簡圖：設(shè)計理念：將整個氣田開發(fā)分為初期與后期兩個開發(fā)階段，預(yù)留單井或多井抽氣（增壓）工序，利用防控技術(shù)使水合物問題不再存在，利用井下壓力能實現(xiàn)開發(fā)初期的無醇采集氣，利用分級節(jié)流和大地熱能解決鋼材溫度極限問題，利用單井或多井撬裝抽氣增壓設(shè)備代替大型集中增壓站實現(xiàn)氣田后期的順利開發(fā)和增壓站不建或緩建目的，最終實現(xiàn)固定投資分批投入、大幅降低，氣田整體開發(fā)效益和經(jīng)濟效益大幅提高的目標。優(yōu)特點：該工藝除具有第一種“多井并聯(lián)井下節(jié)流防控采氣、集氣工藝”所具有的優(yōu)特點外，還有以下優(yōu)特點該工藝不需要井下節(jié)流，不存在井下油嘴固有的弊病。該工藝與現(xiàn)行的中高壓采集氣工藝融合容易。因其地面節(jié)流改造費用低于井下節(jié)流改造費用，因此能夠有效延長天然壓力能利用時間，應(yīng)用天然能量更充分?，F(xiàn)行工藝與利用天然能量采氣工藝現(xiàn)行工藝的融合問題對于蘇里格氣田已經(jīng)完成開發(fā)建設(shè)的區(qū)塊，不可能重復建設(shè)新的采氣工藝，但因為二者的關(guān)鍵要素都是水合物問題，因此該工藝的一些設(shè)計理念仍然能夠與現(xiàn)有工藝有機融合。1、與單井單管高壓醇保采氣、集氣工藝的融合為了取得最大經(jīng)濟效益，降低融合工作量，可以采取分步融合的方法：首先用防控技術(shù)徹底解決該工藝的水合物問題，但不解決管材溫度極限問題和加熱節(jié)流問題，在不對現(xiàn)行工藝進行任何改造的前提下實現(xiàn)無醇采集氣工藝，大幅降低采氣成本，消除環(huán)境污染。必要時，根據(jù)具體情況在適當位置安裝改造多個節(jié)流油嘴，利用大地熱能解決管材溫度問題和加熱節(jié)流問題，實現(xiàn)節(jié)能降耗、進一步降低采氣成本的目標2、與其它現(xiàn)行工藝的融合（略）利用天然能量采氣工藝與蘇10現(xiàn)行工藝的融合試驗效果

（1）融合情況簡述除了單井單管高壓醇保采氣、集氣工藝外，其他3種采氣工藝蘇10區(qū)塊都進行了應(yīng)用，其中蘇10作業(yè)1區(qū)的1#站、2#站大部分井應(yīng)用“多井并聯(lián)井下節(jié)流中壓加熱采氣、集氣工藝”，少部分井應(yīng)用“多井并聯(lián)中壓醇保加熱采氣、集氣工藝”，作業(yè)2區(qū)的3#站則全部應(yīng)用“多井并聯(lián)井下節(jié)流增壓采氣、集氣工藝”。為了降低改造工作量，除作業(yè)1區(qū)2007年5月份前進行的15口井的改造外，其余95多口氣井沒有進行任何改造，直接采用了技術(shù)風險承包的方式實施防控技術(shù)，合計實施防控技術(shù)110口井。（2）試驗效果簡述

2007年元月份，在蘇10-32-35單井管線進行首次試驗，停止井下注醇，采用井口防控技術(shù)，35天氣井生產(chǎn)正常；2007年2月份擴大試驗規(guī)模，先后在新井、老井、多井管線上進行試驗，至5月底部分井因地溫回升不需要再進行試驗，部分井一直繼續(xù)試驗；2007年10月份，蘇10作業(yè)1區(qū)全面推廣該工藝，并不再進行工藝改造，直接采用技術(shù)風險承包的方式實施防控技術(shù)；2007年11月，因作業(yè)2區(qū)3#站所有壓縮機均無法正常投產(chǎn)，直接采用技術(shù)風險承包的方式實施防控技術(shù)，實現(xiàn)了氣井越站正常生產(chǎn)。迄今為止，蘇10區(qū)塊累計試驗應(yīng)用防控技術(shù)110井，歷時一年，結(jié)果表明：防控技術(shù)有效地解決了水合物問題，利用天然能量采氣工藝完全滿足生產(chǎn)要求。經(jīng)濟效益簡述固定投資效益，包括緩建（不建）集中增壓站效益（略）運行效益井口加熱費用：固定投資：20萬元，按10年折舊計算，年費用20000元/年耗氣費用：按照耗氣100m3/日，氣價0.7元/m3計算，耗氣費用為：100×365×0.7=2.56（萬元/年）加水車費用：0.77萬元/年單井巡井人工與車輛費用：3.64萬元合計：8.97萬元/年井口注醇費用：甲醇費用：按照注醇量40kg/日，甲醇價格5500元/噸計算，年需甲醇費用：40×365×5500/1000=80300元/年單井巡井人工與車輛費用：2.18萬元/年合計：10.21萬元/年。防控技術(shù)風險承包費用：5萬元。節(jié)省加藥成本：4—5.2萬元，相當節(jié)約加藥成本：44—51%。按照單井產(chǎn)氣10000m3/日，相當于降低采氣成本：（40000—52000）/10000×365=0.011—0.0137(元/m3)=11—13.7元/km3按照總公司給蘇10項目部的采氣成本100元/km3計算，相當于節(jié)約采氣成本：11—13.7%

由此可見，即使不考慮固定投資，僅僅運行費用的節(jié)約也巨大的，為確保采氣成本不超標提供了有力支持。利用天然能量采氣工藝在大牛地氣田的應(yīng)用建議與前景1、已經(jīng)開發(fā)的區(qū)塊。調(diào)研表明：大牛地氣田已開發(fā)區(qū)塊主要采用單井單管高壓醇保采氣、集氣工藝，已經(jīng)建成標準小站30多座，為了取得最大經(jīng)濟效益，降低改造工作量，建議采取分步融合的方法：（1）首先用防控技術(shù)徹底解決該工藝的水合物問題，但不解決管材溫度極限問題和加熱節(jié)流問題，在不對現(xiàn)行工藝進行任何改造的前提下實現(xiàn)無醇采集氣工藝，大幅降低采氣成本，消除環(huán)境污染。（2）必要時，根據(jù)具體情況在適當位置安裝改造多個節(jié)流油嘴，利用大地熱能解決管材溫度問題和加熱節(jié)流問題，實現(xiàn)節(jié)能降耗、進一步降低采氣成本的目標即使不考慮第二步，僅僅用防控技術(shù)徹底解決該工藝的水合物問題也會給該區(qū)塊帶來巨大經(jīng)濟效益與安全環(huán)保效益：按照該區(qū)塊有32座小站，1座小站管理21口氣井，單站耗醇量1000噸/年，重復利用率60%，甲醇價格5000元/噸，甲醇回收費用3000元/噸計算，可產(chǎn)生如下經(jīng)濟效益：注醇甲醇費用：32×1000×（1-60%）×5000=6400（萬元/年）注醇電費：以電費0.5元/度，注醇時間12小時/日計算32×21×1.5×12×365×0.5=221（萬元/年）甲醇回收費用：按照甲醇回收費用3000元/噸計算，需要費用：32×1000×60%×3000=5760（萬元/年）合計：5760+221+6400=12381（萬元/年）相當于單站費用為：12381÷32=387萬元/年防控水合物費用：按照單站150萬元/站.年計算，全區(qū)合計需要4800萬元/年，僅為現(xiàn)有費用的：38.8%

如果實施了第二步，還能節(jié)省大量燃氣費用：按照單井100m3/日，氣價0.7元/m3計算，單站耗氣費用為：100×0.7×365×21=53.7萬元/年全區(qū)耗氣費用：32×53.7=1718萬元由此可見，在該區(qū)推廣新工藝的巨大經(jīng)濟效益，以及無法計算的安全效益與環(huán)保效益。2、新開發(fā)區(qū)塊（具體略）建議直接應(yīng)用多井并聯(lián)井下節(jié)流防控采氣、集氣工藝。不僅可以節(jié)省上述運行費用，而且可節(jié)省數(shù)億元的固定投資費用。防控技術(shù)與甲醇工作原理的異同防控技術(shù)所以效益如此巨大，是因為其原理與甲醇