CN105604943A - 一种盐井低压天然气生产压力的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种盐井低压天然气生产压力的控制方法，其采用喷液内冷双螺杆压缩机，该压缩机的进气口设有压力表；隔离型变频电机通过叠片绕性联轴器驱动喷液内冷双螺杆压缩机；PLC自动控制系统能够根据压力表上显示的参数控制隔离型变频电机的转速；其中控制步骤如下：1)获得井底的流动压力P_S；2)通过毕托管获得井口无阻流量Q；3)获得天然气实际最大产气量Q_s；4)获得考虑流动阻力时气量损失量ΔQ；5)获得气体从井底到井口损失压力ΔP；6)获得井口最大生产压力P_js，并将该压力值设定为PLC自动控制系统控制隔离型变频电机停止工作时的参数；本发明能够避免井壁垮塌事故的发生，解决了气量减少、气量突断、采气中空气含量增高、扯倒气等技术问题。

Description

一种盐井低压天然气生产压力的控制方法

技术领域

本发明涉及一种天然气开采工艺，特别涉及一种盐井低压天然气生产压力的控制方法。

背景技术

中国是世界上最早发现和利用天然气的国家之一，并在公元13世纪就开发了世界上第一个气田——自流井气田。而在自贡地区进行自流井的盐卤、伴生天然气的开采，迄今已近两千年的历史。盐业先辈在自贡地区采用钝钻技术开凿盐井达1.3万余眼，累计开采井盐达8000多万吨，开采天然气340亿立方米。该区域的裂缝性储集层中蕴藏了丰富的天然气，并具有初产高、递减快、寿命长的开采特征。但是随着地下气卤资源的不断开采，地层中的能量得以释放，地层压力殆尽，其主要采气区的地层压力已低于0.5MPa，形成盐井低压天然气。而盐井低压天然气就近开采利用的生产现状已不能满足现代化大工业生产的需求，但是我们不能认为盐井气已经枯竭。

上世纪80年代，自贡盐业技术人员通过摸索、实践采用L型活塞空气压缩机对盐井低压天然气进行增压集输生产取得成功并加以推广，大大提高了盐井伴生天然气的采收率，满足了现代工业生产用气的需要，拓展了市场，提高了企业的经济效益。然而，上述工艺在应用于低压天然气开采过程中，还具有不足之处，其主要表现在：

L型压缩机采用活塞以一定频率往复运动实现气体抽吸，增压排放，必然造成压力波动大。压缩机进气端压力和出气端压力是由压缩机型号决定的，一旦型号选定就无法改变也无法控制。而盐井都是靠钝钻技术开凿的，井筒内没有固井措施，裸眼长达1000米，过高负压和压力的频繁变化，容易引发井壁垮塌事故而封堵气井，最终造成采气量减少、气量突断、采气中空气含量增高、扯倒气等。

因此，如何选择合理科学的盐井低压天然气采输工艺，进而改善生产环境的问题成为亟待研究的课题。

发明内容

本发明的目的是为了解决因增压开采导致井内压差过大，进而引发井壁垮塌事故这一技术问题，而提供了一种能够确定最大生产压力的盐井低压天然气生产压力的控制方法。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

一种盐井低压天然气生产压力的控制方法，采用喷液内冷双螺杆压缩机，该压缩机的进气口设有压力表；隔离型变频电机通过叠片绕性联轴器驱动喷液内冷双螺杆压缩机；PLC自动控制系统能够根据压力表上显示的参数控制隔离型变频电机的转速；其中控制步骤如下：

1)获得井底的流动压力P_S；

2)通过毕托管获得井口无阻流量Q；

3)获得天然气实际最大产气量Q_s；

4)获得考虑流动阻力时气量损失量ΔQ；

5)获得气体从井底到井口损失压力ΔP；

6)获得井口最大生产压力P_js，并将该压力值设定为PLC自动控制系统控制隔离型变频电机停止工作时的参数；

其中，步骤1)中井底的流动压力P_S，单位：pa是根据如下公式计算获得

其中，P_w为井口压力，可从井口设置的压力表上读取，单位：pa；

γ为井内天然气的相对密度,单位：kg/m³，是一个常数；

L为气层中部井深，可从井旁标牌获得；

T_p为井内平均温度，单位：K；可根据如下公式计算得出：

$T_p=18+273+\frac{L}{{2D}_t}$

D_t为地热增温率，单位：m/℃,是一个常数；

Z为天然气气体偏差系数，可根据井内气体对比温度T_r和井内气体对比压力P_r的计算值在斯坦丁—卡兹偏差系数图版中查得。

其中，T_r为井内气体对比温度,单位：K，P_r为井内气体对比压力，单位：pa；

$T_r=\frac{T_p}{T_c}$

T_c为井内天然气的气液转变的临界温度，单位：K；

$P_r=\frac{(P_s^{\′}+P_w)}{{2P}_c}$

其中，P_c为井内天然气的气液转变的临界压力，单位：pa；

P_s’为计算近似井底流动压力，单位：pa；

当L≧1680m时， ${P_s}^{,}=P_w\×e^{1.251\×{10}^{-4}\·\mathrm{\γ}.L}$

当L<1680m时， ${P_s}^{,}=P_w\&times;e^{1.293\&times;{10}^{-4}\&CenterDot;\mathrm{\&gamma;}.L}$

步骤2)中井口无阻流量Q，单位：m³/d是通过毕托管根据如下公式计算获得，

$Q=0.233D^2\&CenterDot;\sqrt{\frac{293}{T}}\&CenterDot;\sqrt{\frac{H}{\mathrm{\&gamma;}}}$

其中，D为井口内径，单位：mm；

H为毕托管总压力与静压力之差，单位：mm；

T为井口气流的温度，单位：K；

步骤3)中天然气实际最大产气量Q_s，单位：m³/d，是通过如下公式计算得出

Q_s＝Q·μ

其中，μ为天然气产能利用率，取值范围50％～65％；

步骤4)中的考虑流动阻力时气量损失量ΔQ，单位，m³/d是通过如下公式计算得出

ΔQ＝Q-Q_s

步骤5)中的气体从井底到井口损失压力ΔP，单位pa，是通过如下方法获得：将ΔQ的计算值作为横坐标，将ΔP的计算值作为纵坐标，通过计算出的ΔQ值，在纵坐标上查找ΔP的对应值即可。

步骤6)中井口最大生产压力P_js，单位：pa，是通过如下公式计算获得：

P_js＝P_S-ΔP

通过实施上述方法，能够避免井壁垮塌事故导致的封堵气井，最终解决了气量减少、气量突断、采气中空气含量增高、扯倒气等技术问题。

附图说明

图1是ΔQ与ΔP的数值对应图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

一种盐井低压天然气生产压力的控制方法，其整体构思是通过对盐井所处地质、气井实际阐口生产情况进行分析，并结合相关理论计算和实践经验得出该气井生产时所能承受的最大生产压力，并将其作为指导采集设备电动机的调速运行的指令，对确保气井安全起到了至关重要的作用。

该工艺所采用的开采设备包括隔离型变频电机、喷液内冷双螺杆压缩机，其中隔离型变频电机通过叠片绕性联轴器驱动喷液内冷双螺杆压缩机，该压缩机的进气口设有压力表。同时PLC自动控系统能够检测到压力表上的参数，并能够根据该参数控制隔离型变频电机的转速。其中，PLC自动控制系统控制该电机停止工作时的生产压力可通如下方法获得。

其获得上述生产压力的整体构思是分别计算出井底的流动压力P_S、井口无阻流量Q、天然气实际最大产气量Q_s，再通过Q-Q_s得到考虑流动阻力时气量损失量ΔQ，再通过ΔQ与ΔP的数值对应图，如图1所示，获得气体从井底到井口损失压力ΔP，最后用P_S-ΔP得到生产时盐井内部所能承受的最大压力P_js，通过PLC自动控制系统将P_js设定为最大生产压力，并对压力表实时监测，进而控制隔离型变频电机的转速，从而避免盐井内部形成过大负压，造成井壁垮塌等事故。

Claims (1)

1.一种盐井低压天然气生产压力的控制方法，其特征在于：采用喷液内冷双螺杆压缩机，该压缩机的进气口设有压力表；隔离型变频电机通过叠片绕性联轴器驱动喷液内冷双螺杆压缩机；PLC自动控制系统能够根据压力表上显示的参数控制隔离型变频电机的转速；其中控制步骤如下：

1)获得井底的流动压力P_S；

2)通过毕托管获得井口无阻流量Q；

3)获得天然气实际最大产气量Q_s；

4)获得考虑流动阻力时气量损失量ΔQ；

5)获得气体从井底到井口损失压力ΔP；

6)获得井口最大生产压力P_js，并将该压力值设定为PLC自动控制系统控制隔离型变频电机停止工作时的参数；

其中，步骤1)中井底的流动压力P_S，单位：pa是根据如下公式计算获得

其中，P_w为井口压力，可从井口设置的压力表上读取，单位：pa；

γ为井内天然气的相对密度,单位：kg/m³，是一个常数；

L为气层中部井深，可从井旁标牌获得；

T_p为井内平均温度，单位：K；可根据如下公式计算得出：

D_t为地热增温率，单位：m/℃,是一个常数；

Z为天然气气体偏差系数，可根据井内气体对比温度T_r和井内气体对比压力P_r的计算值在斯坦丁—卡兹偏差系数图版中查得。

其中，T_r为井内气体对比温度,单位：K，P_r为井内气体对比压力，单位：pa；

T_c为井内天然气的气液转变的临界温度，单位：K；

其中，P_c为井内天然气的气液转变的临界压力，单位：pa；

P_s’为计算近似井底流动压力，单位：pa；

当L≧1680m时，

当L<1680m时，

步骤2)中井口无阻流量Q，单位：m³/d是通过毕托管根据如下公式计算获得，

其中，D为井口内径，单位：mm；

H为毕托管总压力与静压力之差，单位：mm；

T为井口气流的温度，单位：K；

步骤3)中天然气实际最大产气量Q_s，单位：m³/d，是通过如下公式计算得出

Q_s＝Q·μ

其中，μ为天然气产能利用率，取值范围50％～65％；

步骤4)中的考虑流动阻力时气量损失量ΔQ，单位，m³/d是通过如下公式计算得出

ΔQ＝Q-Q_s

步骤5)中的气体从井底到井口损失压力ΔP，单位pa，是通过如下方法获得：将ΔQ的计算值作为横坐标，将ΔP的计算值作为纵坐标，通过计算出的ΔQ值，在纵坐标上查找ΔP的对应值即可。

步骤6)中井口最大生产压力P_js，单位：pa，是通过如下公式计算获得：

P_js＝P_S-ΔP。