CN108691520A

CN108691520A - 一种天然气低成本清洁生产方法

Info

Publication number: CN108691520A
Application number: CN201810442919.4A
Authority: CN
Inventors: 王爱江; 陈路原; 王建亮; 刘荣才; 张荣甫; 计曙东
Original assignee: Sinopec North China Oil and Gas Co
Current assignee: Beijing Hezhong beneficial technology limited liability company
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2018-10-23

Abstract

本发明公开了一种天然气生产方法，包括如下步骤：1)井筒保温；2)加入药剂；3)分离污水；4)浓缩污水；5)回收药剂：将固形物(如盐晶)与浓缩污水分离，再将固形物进一步处理或综合利用；6)重复使用。本发明用于天然气生产中能够充分利用天然能量生产天然气，能够充分利用天然能量有效解决污水回注地层制约天然气生产的问题，能够有效解决水合物影响天然气生产的问题，能够大幅简化天然气生产工艺，能够大幅降低天然气固定投资、生产成本、能耗、自耗气量、管理工作量等；具有实施容易，安全可靠，应用广泛，推广容易等优特点。

Description

一种天然气低成本清洁生产方法

技术领域

本发明涉及天然气生产领域，尤其是涉及一种天然气低成本清洁生产方法。

背景技术

目前，国内普遍采用地面节流法、井下节流法生产天然气。

一、地面节流法：该方法是先让地下储气层(简称气层)中的天然气通过气井井筒中的油管升至井口，然后让天然气从井口进入集输管线；然后进入集气站的加热炉对天然气加热升温，并在天然气加热升温后进行节流降压；然后让节流降压后的天然气进入气液分离器(简称分离器，又称脱水器)分离成污水(又称生产污水或气田污水)和天然气；然后让天然气进入后续集输工序，并将污水送至污水站处理后回注地层。该方法存在以下缺陷：

1)、在天然气从井底升至井口阶段，由于天然气井井筒中的油管普遍为金属光油管，天然气从井底升至井口的过程中不断向地层散热，因此当天然气升至井口时其温度可能已经低于天然气水合物生成临界温度，从而形成水合物堵塞井筒、井口，导致气井无法正常生产。而当井筒、井口被天然气水合物堵塞时，则普遍采取加入甲醇的方法解除堵塞。

由本领域公知知识可知：在井筒内，天然气能够依次通过油管壁-油管套管组成的环形空间-套管壁-固井水泥环向大地散热，且天然气的散热速度、散热量与其温度正相关。

中国石油大学出版社2000年7月第1版第1次印刷的《油田化学》第277页第2～3行曾述：“在一定条件下，天然气可与水生成水合物，使天然气管道产生堵塞。”该《油田化学》第269页第10-11行曾述：“在地层条件下，天然气是与水接触的，因此天然气中总含有一定数量的水蒸气。”

公开资料表明：有的天然气与液态水伴生，当天然气从气层流出时，会与其伴生的液态水形成混合流体一起流动。

由《油田化学》第277页表9-3可知：甲烷水合物的临界生成温度为47℃，乙烷水合物的临界生成温度为14.5℃。

由《大牛地低压致密气藏储层改造理论与实践》第11页倒数第10行所述可知：“大牛地气田天然气组分中甲烷含量总体较高，乙烷以上组分含量较低。”

由本领域公知知识可知：由于天然气密度、静压力很低，天然气井井口压力很高，如靖边气田、榆林气田、大牛地气田、苏里格气田、东胜气田天然气井口的压力可高达20MPa以上，普光气田天然气井口的压力超过40MPa。

以东胜气田J11P4H井为例。

公开资料表明：东胜气田位于内蒙古鄂尔多斯境内，冬季最低气温达-31℃。

东胜气田J11P4H井的运行资料表明：该气井井深约2500米，井底气层温度约85℃，日产气量1.5～3万标方/日，采用普通油管、套管结构，所用油管、套管均为金属光油管。气井井口油管出口压力约15MPa，冬季实测气井井口天然气温度为6～10℃，夏季实测气井井口天然气温度为13～16℃。

该气井的生产方式可概括为：天然气通过油管升至井口后，进入埋地集输管线，通过埋地集输管线输送至集气站，在集气站内先通过加热炉加热升温，然后节流降压，然后进入气液分离器分离成污水和天然气；然后让天然气进入后续集输工序，并将污水送至污水站处理后回注地层。

由本领域公知知识计算可知：东胜气田天然气压力为20MPa时，对应的天然气水合物生成临界温度为22.1℃；压力为6.4MPa时，对应的天然气水合物生成临界温度为14.2℃。

因此，该气井在冬季生产时，井口天然气温度已经远低于水合物生成临界温度，井筒上部、井口已经具备了天然气水合物生成条件，如果不予以解决，将堵塞井筒上部、井口，导致关井停产。

该气井采用的是向井筒套管或/和井场地面集输管线中加入甲醇的方法防止水合物堵塞井筒、井口、集输管线和管件。冬季生产时，该气井平均每天向井筒套管和井场地面集输管线加入甲醇400～1000L/日。

2)在天然气离开井口进入埋地集输管线至进入集气站加热炉前的集输阶段，天然气会通过地下集输管线、管件向大地不断散热，天然气温度不断降低，可使集输管线内天然气温度低于水合物生成临界温度，从而形成水合物堵塞集输管线，导致气井无法正常生产。而当集输管线被天然气水合物堵塞时，则普遍采取加入甲醇的方法解除堵塞。

以东胜气田J11P4H井为例。

该井井口至集气站的集输管线长度超过7000米，集输管线设计埋地深度1.6米(冻层1.5米)。冬季实测该气井井口天然气温度为6～10℃，集输管线进入集气站的天然气压力为4～6MPa，集输管线进入集气站的天然气温度为-4～2℃；因此该井进入集气站时的温度已经远低于其水合物形成温度，如果不采取措施，必然形成水合物堵塞甚至冰堵塞。

3)、如果先在井场对井口出来的天然气加热升温、节流降压，然后再通过集输管线输送至集气站，不仅需要在井场设置专门加热炉或其他加热设备，需要消耗大量的天然气或其他能源，而且需要对进入集气站前的地上、地下集输系统进行保温，从而导致天然气生产成本、固定投资、管理工作量大幅增加。

4)、当天然气在集气站节流降压时会产生很大的温降，为此，天然气在集气站节流降压前，必须先加热升温。而加热则需要消耗大量的天然气。

由本领域公知知识可知：以东胜气田ESP2井为例，其井口压力可达18MPa，进入集气站的压力可达15MPa，如果不进行节流降压，集气站分离器等集输设备设施的设计压力均要高于15MPa，将导致集气站固定投资大幅增加。

5)、虽然该方法能与甲醇联合应用，能够利用甲醇有效防止或解除天然气水合物或冰堵塞井筒、井口、集输管线管件问题，但由于甲醇不能解决天然气节流降压前的加热耗能问题，且甲醇有剧毒，存在严重污染环境问题，因此地面节流法与甲醇联合应用并不能解决该方法自身的缺陷。

由公开资料和本领域公知知识可知：醇类物质中除甲醇外，其他醇类(如乙二醇)均存在价格高、冰点高(乙二醇最低冰点-68℃)、回收再利用难度大等缺陷。目前国内天然气实际生产中仍然普遍使用甲醇作为水合物抑制剂和防冻剂。

公开资料表明：醇类物质中，甲醇的售价最低。甲醇属于易燃易爆、巨毒危险化学品，摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服超过10克就能造成双目失明，致死剂量大约是70毫升，甲醇蒸汽能严重伤害眼睛神经；甲醇抑制天然气水合物的能力远高于其他醇类，一般通过精馏方法回收污水中的甲醇。

公开资料表明：用精馏方法或其他现有方法从污水中回收乙二醇、乙醇的难度较大，回收率低，回收成本高。

6)、该方法产生的污水禁止排入地面环境、地表水系中，回注地层时需要较高的成本，且回注地层会产生严重的环境污染隐患；目前在国内已经限制新建气田的污水回注地层，已经严重制约了天然气的生产。

由本领域公知知识可知：从天然气中分离出的污水属于高矿化度地层卤水，以东胜气田J11P4H井为例，其污水矿化度高达30000mg/L以上；该污水的组成成分极其复杂，不仅矿化度极高，而且含有采气生产过程中外加的各种化学剂(如甲醇、排水剂等)，还含有大量的垢晶颗粒、硫化铁固形物等，有的气田污水还含有乳化烃或液态烃；气田污水进入环境中会严重污染环境，国内法律法规不允许将气田污水直接排入环境、地表水系中；将气田污水回注地层时，通常采用高压泵和注水井回注，能耗很高；回注时，极易将气田污水注入浅表地层，进而污染地下水系；气田污水中的化学剂分解速度缓慢，会在地层中长期存在，当回注地层出现地质变动时，或当注水井的钢套管因长期锈蚀而损坏时，气田污水就会沿地质裂缝或注水井进入地下水系甚至上升至地表，导致严重的生态灾难；地层容纳、吸水的能力有限，将一定量的气田污水回注地层后，地层就不再吸收气田污水，再继续回注污水将极其困难；为此需要建设新的注水井、高压回注设施，并更换新的回注地层，从而导致回注成本较高。

由本领域公知知识可知：回注气田污水的注水井一般井深在2000米以下，建设1口注水井及其回注系统的费用一般超过1000万元；平均回注1吨污水的费用一般超过50元/吨；计算表明，按每年产生的气田污水量200万吨/年，每年的回注费用超过10000万元/年。

由本领域公知知识可知：在天然气生产中使用甲醇时，少部分甲醇与天然气混合，大部分甲醇进入从天然气分离出的污水内，形成有毒污水；虽然这些有毒污水能够用现有方法回收其中的绝大部分甲醇，但仍剩余部分甲醇无法利用现有方法100％完全回收，或回收成本太高而放弃回收；为了降低成本，回收甲醇后的有毒污水通常含甲醇1-3％；回收甲醇需要较高的回收成本，消耗大量能源。

二、井下节流法：该方法是先让地下储气层(简称气层)中的天然气通过气井井筒油管中的节流器节流降压，然后让天然气升至井口，然后让天然气从井口进入集输管线；然后进入集气站的气液分离器(简称分离器，又称脱水器)分离成污水(又称生产污水或气田污水)和天然气，并将污水送至污水站处理后回注地；然后让天然气进入压缩机中对天然气增压；然后让增压后的天然气进入后续集输工序。该方法存在以下缺陷：

1)在冬季生产时，如果气井产气量较低，井口温度或集输管线内的天然气温度将低于水合物形成温度，从而形成水合物堵塞；因此存在与地面节流法类似的缺陷。

以东胜气田锦95井冬季生产为例。

该气井的生产方式可概括为：16MPa以上的高压天然气通过气井井筒油管中的节流器节流降压后升至井口，然后从井口进入集输管线；然后进入集气站的气液分离器(简称分离器，又称脱水器)分离成污水(又称生产污水或气田污水)和天然气，并将污水送至污水站处理后回注地层；然后让天然气进入压缩机中对天然气增压；然后让增压后的天然气进入后续集输工序。

实测表明：该井冬季1月份天然气产气量平均10000标方/日，产水量平均2.5方/日，套压平均16MPa以上，油压平均2.5MPa，井口温度平均3.5℃，最低井口温度2℃；进入集气站的压力平均2MPa，进入集气站的温度平均3℃，进入集气站的最低温度1.9℃；由本领域公知知识可知，东胜气田天然气2MPa的水合物形成温度为5.1℃，2.5MPa的水合物形成温度为6.9℃；因此，该井进口温度、进集气站的温度均已经低于其水合物形成临界温度，必然存在水合物堵塞问题；为此，采用向该井加注100～200甲醇的方法解决水合物堵塞问题，

2)在冬季生产时，井口压力、进入集气站的天然气压力很低，不能满足后续集输工序或天然气外输的压力要求，需要在集气站内用压缩机对天然气进行压缩以增加天然气的压力，为此需要巨大的能耗。

以东胜气田锦95井冬季生产为例。

该井冬季生产时，进入集气站的压力平均2MPa，不能满足后续集输工序入天然气净化、天然气外输的压力要求，需要在集气站内用压缩机对该井天然气进行压缩增压至3.5～4.5MPa才能满足后续天然气净化、天然气短途外输的压力要求；需要进一步增压至10MPa以上才能进入长输管线外输。

由本领域公知知识可知：长输管线的外输压力均高于10MPa，集气站至净化厂的站间外输压力一般为3.5～4.5MPa；用压缩机将天然气压力由2MPa升至3.5～4.5MPa的能耗巨大，由2MPa升至10MPa的能耗极其巨大。

3)该方法所产生的污水同样禁止排入地面环境、地表水系中，因此存在与地面节流法类似的缺陷。

总之，上述天然气生产方法，均存在不同的缺陷。

发明内容

本发明中“天然气”是指：从储气层流入气井的天然气，或从地层采出的可燃气体，包括由地下天然气水合物(如可燃冰)分解形成的天然气体；天然气的称谓众多，如一般从气田产出的天然气叫气田气，从油田产出的天然气叫油田气(也称伴生气)，从煤层产出的天然气叫煤层气、煤成气，从页岩采出的叫页岩气；本发明中“天然气”的主要特征在于：是天然蕴藏于地下地层中的烃类和非烃类气体的混合物。本发明中“天然气”可以含有少量水、水蒸气、液态烃。本发明中“天然气”也可以是指从地层采出的天然非烃类气体，如二氧化碳气井产出的二氧化碳。

本发明中的“天然气水合物”：简称水合物。

本发明中的“天然气流道”：是指天然气流体流经的通道，可以是指天然气管线，也可以是指天然气井、井筒、井口、阀门、流量计、节流元件、管件、分离器等天然气流体流经的通道。

本发明中的“天然气流体”：又称天然气流，简称气流；“天然气流体”可以是指单一气相流体，也可以是指气-液两相混合物流体，也可以是指气-液-固多相混合物流体；“天然气流体”可以含有水分(如含有气态水、液态水、冰晶颗粒水)。

本发明中的“集气站”：又称集气计量站或计量站，俗称小站；是指汇集2口以上气井所产天然气的地面站(或场)点；“集气站”的基本功能是计量单井天然气产量或单条“集气管线”天然气流量；大部分“集气站”还具有分离出“集气管线”内液体的基本功能(俗称分液或分水)；有的“集气站”还具有加热(即提高天然气温度)、节流降压(即通过节流方式降低天然气压力)、脱水(即脱除天然气中的水分)、降露点(即降低天然气露点，俗称干燥)功能；有的“集气站”还具有增压(即增加天然气压力)功能。

本发明中的“集输管线”：是指集气管线或含少量油水液体的集气管线，主要是指从气井井口至集气站的天然气管线，有时也指站间管线；可以是单井管线，也可以是2口井以上共用管线(如2口井以上串联和/或并联天然气管线)；可以埋于地下，也可以露天铺设在地面。

本发明中的“站间管线”是指：集气站至净化厂间的天然气管线。

本发明中的“净化厂”：又称处理厂、处理站，是天然气离开气田、进入长输天然气管道工程(管线)前对天然气进行净化、降露点(又称脱水)等综合处理的大型场站。

本发明中的“气田污水”：又称天然气污水、生产污水、气井污水、集气站污水、天然气管线污水等，简称污水；是指天然气开采生产过程中产生的污水，主要来源于地下气层；“气田污水”可以是指从集气站分离出的液态水或油水混合物，也可以是指从“天然气净化处理厂”分离出的液态水或油水混合物，也可以是指从气井、井场管线、设备分离出的液态水或油水混合物；“气田污水”一般矿化度较高，含有大量矿物质离子(如钠离子、氯离子、钙离子、镁离子、碳酸氢根等)；有的“气田污水”含有一种或二种以上外来的或生产过程中外加的化学剂(如生产中外加的抑制剂、排水剂、缓蚀剂、阻垢剂、冲砂剂、压井液等)，有的“气田污水”含有液态烃(俗称轻质油)或乳化烃(俗称乳化油)。

本发明中的“天然气水合物抑制剂”：简称抑制剂，又称防冻剂、防控剂、解堵剂、解冻剂、防堵剂、水合物防治助剂；是指具有抑制天然气水合物形成或具有防止水结冰的化学剂；“抑制剂”的主要功能(基本功能)是抑制天然气水合物或/和冰的生成、长大、聚并，防止天然气水合物或/和冰堵塞天然气管线、气井；“抑制剂”的主要功能(基本功能)也可以是融化天然气水合物或/和冰，或者是疏通解除被天然气水合物或/和冰堵塞的天然气管线或气井；“抑制剂”常温常压下可以呈液态，也可以呈固态，也可以呈固-液混合物状态。

本发明中的“油管”：即普通油管，又称为光油管或金属光油管，均为金属材质管；是指规格范围为工程直径×壁厚＝8～1240mm×1～200mm的油管，一般分为不加厚油管(NU)、外加厚油管(EU)、整体接头油管(IJ)，包括大管径油管、中管径油管、小管径油管几大类。本发明中“油管”的基本特征是金属管外壁没有专门用来保温隔热的保温层、绝热层、隔热层，也没有具有保温隔热功能的保温、绝热、隔热结构(即金属管外壁在井下环境中不具有有效增加热阻的结构)，如《SYT6194-2003—石油天然气工业油气井套管或油管用钢管》所述钢管。本发明中的“油管”也包括内壁有内涂层(如用于油井防蜡的内涂层油管)的油管。本发明中“油管”的另一个重要特征是一端具有管螺纹、另一端具有管箍结构。本发明中的“油管”也可以是两端具有其他现有类型螺纹连接结构(如螺纹螺母连接结构、管螺纹直接连接结构)的金属光管。

本发明中的“金属光管”：是指管外壁没有专门保温层、绝热层、隔热层或不具有保温、绝热、隔热功能结构的金属管。

本发明中的“气井”：是天然气井的简称。

本发明中的“井筒”：是指气井地面以下部分，与油井结构类似，一般包括套管、油管两大部分；其中，套管部分一般包括表层套管(简称表套)、技术套管(简称技套)、气层套管(简称套管)，有的“井筒”套管部分没有技术套管；其中，油管设置在套管中，油管外壁与套管内壁能够形成环形空间(简称油套环形空间)，该环形空间可以用封隔器封隔；有的“井筒”中的油管连接有生产管柱、完井管柱、井下工具、封隔器、喇叭口等，有的“井筒”中的油管只连接有喇叭口；“井筒”中的油管连接长度(深度)与气层的埋深有关，有的“井筒”中的油管连接长度(深度)超过5000米，有的“井筒”中的油管连接长度(深度)只有几百米。

本发明中的“套管”：又称气层套管，能够放入油管。套管外壁一般通过水泥形成的水泥环与地层连在一起，有的套管外壁可以直接与地层接触(如水泥返高没到地面的气井套管)。“井筒”中的套管连接长度(深度)与气层的埋深有关，有的“井筒”中的套管连接长度(深度)超过5000米，有的“井筒”中的套管连接长度(深度)只有几百米。

本发明中的“井场”：是指位于气井周围的专门地面场地，一般设置有井口、地面管线、管件、埋地管线，有的井场还设置有专门的阀组(如节流阀组)、加热炉等，有的井场只有1口气井，有的井场有2口或2口以上气井。

本发明中的“井口”：又称采气树或采油树，是指气井露出地面的部分，一般设置有专用阀门等管件以及油管、套管出口。

本发明中的“油管出口压力”：简称油压，是指采气树上油管压力表显示的压力，表示的是天然气从气井油管出来时的压力。

本发明中的“套管压力”：简称套压，是指采气树上套管压力表显示的压力，因天然气密度、静压力很低，当气井套管无积液时，套管压力与气井井底的天然气压力相差不大。

本发明中的“井口温度”：是指天然气在采气树油管出口处的温度，表示的是天然气从气井井底升至井口时的温度。

本发明中的“保温层”：又称绝热层或隔热层；本发明中的“保温”也称为绝热或隔热。

本发明中的“游离水”：又称液态水，是指呈液体状态的水，也可以是指呈液体状态的水和呈液体状态的烃(如气井所产凝析油)的混合物。

本发明中的“隔热油管”包括管外壁(或外部)具有保温层的油管、连续油管、空心抽油杆、特种金属管、特种非金属管的任意一种或2种以上组合在一起的组合管，或者是指具有保温、绝热、隔热结构(或功能)的油管、连续油管、特种金属管、特种非金属管的任意一种或2种以上组合在一起的组合管。进一步地，本发明中的“隔热油管”也可以是特种非金属管。本发明中所述的“隔热油管”可以是商品，也可以用现有方法制成；本发明中所述“隔热油管”内壁可以有内涂层(如玻璃质内涂层、陶瓷质内涂层、有机质内涂层等)，也可以没有内涂层。

本发明中的“空心抽油杆”是指中心有内通孔，能够通过流体的抽油杆，可以是单孔空心抽油杆、双孔同心抽油杆、双孔偏心抽油杆的任意一种或2种以上组合在一起的组合空心抽油杆；可以是金属材质的空心抽油杆，也可以是玻璃钢、碳纤维等非金属材质的空心抽油杆。本发明所述“空心抽油杆”可以是商品，也可以用现有方法制成。

本发明中的“特种金属管”：是指管两端具有任意非螺纹机械连接结构的金属管，如管两端具有法兰连接结构、卡箍连接结构、快速接头连接结构中任意一种或两种机械连接结构的金属管，其基本特征是能够将两根金属管牢固的连接在一起。本发明所述“特种金属管”可以是商品，也可以用现有方法制成。

本发明中的“特种非金属管”是指管两端具有现有机械连接结构的非金属管，长度可以与油管或连续油管相当，也可以长达几百米；所述现有机械连接结构可以是目前非金属管已有机械连接结构的任意一种或两种，如螺纹螺母连接结构、管螺纹管箍连接结构、管螺纹直接连接结构、法兰连接结构、卡箍连接结构、快速接头连接结构等等，其基本特征是能够将两根非金属管或将一根金属管、一根非金属管牢固的连接在一起。本发明所述“特种非金属管”可以是商品，也可以用现有方法制成。

本发明中的“自流滴注罐”：又称压力平衡罐、重力加药罐、自力滴注罐。

本发明要解决的技术问题是提供一种天然气低成本清洁生产方法。该生产方法用于天然气生产中能够充分利用天然能量生产天然气，能够充分利用天然能量有效解决污水回注地层制约天然气生产的问题，能够有效解决水合物影响天然气生产的问题，能够大幅简化天然气生产工艺，能够大幅降低天然气固定投资、生产成本、能耗、自耗气量、管理工作量等；具有实施容易，安全可靠，应用广泛，推广容易等优特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种天然气低成本清洁生产方法，包括如下步骤：

1)井筒保温：将隔热油管放入气井井筒套管中或油管中，以提高天然气升至井口的温度，减少抑制剂用量；

2)加入药剂：用自流滴注罐将抑制剂加入井筒套管或/和油管或/和地面管线中，让抑制剂与天然气或/和天然气流道中的气态水、液态水或/和冰、天然气水合物接触或混合，形成含抑制剂的污水；

3)分离污水：将含抑制剂的污水从天然气或/和天然气流道中分离出来，再让天然气进入后续集输工序进一步处理；

4)浓缩污水：先让填料或/和填料装置与污水接触，以增大污水与空气的接触面积和蒸发面积；然后让空气或风通过被污水湿润的填料或/和填料装置，以蒸发污水水分，形成浓缩污水；

5)回收药剂：将固形物(如盐晶)与浓缩污水分离，再将固形物进一步处理或综合利用；

6)重复使用：将分离固形物的浓缩污水进一步净化后，再次用自流滴注罐将抑制剂加入井筒套管或/和油管或/和地面管线中，以重复利用。

由本领域公知知识可知：用自流滴注罐向井筒加药为成熟技术；目前气田一般采用移动式或固定式计量泵将抑制剂加入井筒中，存在加药量不均、药剂浪费大、极端雨雪天气无法正常加药导致气井堵塞等缺陷；由本领域公知知识可知，大牛地气田、东胜气田冬季生产时，用移动式或固定式计量泵将抑制剂加入井筒的气井生产时率平均不到90％。

进一步的，步骤1)中，所述隔热油管是指管外壁(或外部)具有保温层的油管、连续油管、空心抽油杆、特种金属管、特种非金属管的任意一种或任意2种以上的组合，或者是指具有保温、绝热、隔热结构(或功能)的油管、连续油管、金属管、特种金属管、非金属管、特种非金属管的任意一种或任意2种以上的组合。优选的，所述隔热油管内壁可以有内涂层(如玻璃质内涂层、陶瓷质内涂层、有机质内涂层等)或/和外涂层，也可以没有内涂层(如玻璃质内涂层、陶瓷质内涂层、有机质内涂层等)或/和外涂层。

所述隔热油管应能让天然气升至井口的温度高于水合物生成临界温度或/和能让天然气依靠自身温度在井口或井场节流降压后的温度不低于天然气管线管件所允许的最低运行温度或不低于-20℃，应能够用现有方法放入气井井筒套管中或油管中，应满足气井生产要求和规定；作为本领域普通技术人员，通过现有方法能够确定所述隔热油管的具体类型、结构、几何尺寸、材质、使用寿命、制成工艺，能够确定所述隔热油管外壁(或外部)保温层的具体类型、结构、几何尺寸、材质、最大厚度、最小厚度、导热系数、制成工艺，能够确定所述隔热油管保温、绝热、隔热结构的具体形式、类型、几何尺寸、材质、导热系数、制成工艺，能够确定所述隔热油管放入气井井筒套管中或油管中的具体数量、长度(或深度)、位置。

所述节流降压应能降低天然气生产、集输能耗和成本，应能满足天然气集输的要求和规定；作为本领域普通技术人员，通过现有方法能够确定所述节流降压的具体方案、方式、节流参数、节流元件，能够确定天然气经过所述井口或井场节流降压后的最高温度、最低温度、最佳温度、最高压力、最低压力、最佳压力。

公开资料表明：保温层、绝热层、隔热层均具有类似的保温功能，能够有效增加热阻、降低传热量和热损失。

由本领域公知知识和热力学知识计算可知：在气井井筒内，天然气温度高于地层温度，天然气能够通过油管→油管套管组成的环形空间→套管→固井水泥环途径向地层散热，增加该散热途径中任何一个环节的热阻都会降低其传热系数。因此，当气井井筒内所用油管改为隔热油管时，天然气通过该途径的散热量会大幅降低，天然气升至井口的温度会大幅提高。

进一步的，步骤2)中，为了进一步降低天然气生产成本，用自流滴注罐将抑制剂或/和功能性化学剂加入井筒套管或/和油管或/和地面管线中，让抑制剂或/和功能性化学剂与天然气或/和天然气流道中的气态水、液态水、冰或/和天然气水合物接触或混合，形成含抑制剂或/和功能性化学剂的污水；所述功能性化学剂是指在天然气生产中加入的具有特定功能的化学剂的统称，包括本发明中的“缓蚀剂”、“排水剂”、“阻垢剂”、“冲砂剂”的任意一种或任意2种以上的组合。

由本领域公知知识和公开资料可知：气井生产时，通常用移动式或固定式计量泵将排水剂、缓蚀剂加入井筒中，存在加药量不均、药剂浪费大、极端雨雪天气无法正常加药等缺陷；用自流滴注罐加注排水剂、缓蚀剂等，能够大幅降低天然气生产成本。

进一步的，步骤3)中，为了减少天然气净化脱水的能耗，先将含抑制剂的污水从天然气或/和天然气流道中分离出来，然后用节流降压的方法降低天然气温度，让天然气中的水蒸气冷凝成液态水；然后再将天然气和冷凝水分离；然后再让天然气进入后续集输工序进一步处理。

由本领域公知知识可知：天然气净化时的压力越高，通过节流降压降低的温度越低，越有利于水蒸气凝结成液态水。

进一步的，步骤4)中，所述填料包括刚性填料或/和柔性填料如金属波纹板、非金属波纹板、瓦类如石棉瓦或金属瓦或石膏瓦、砖类如空心砖或水泥空心砖、石膏板、拉西环、鲍尔环、金属丝网、非金属网、矿物纤维如玻璃丝布、碳化纤维如碳化树枝、太空棉、海绵、化学纤维、人造纤维、化纤制品如化纤布条或化纤毛毯、植物纤维如棉布和麻、动物纤维如蚕丝和羊毛毯、丝绵、家用拖把头的任意一种或其任意两种以上的组合使用。

进一步的，步骤4)中，所述填料装置包括填料和支撑；所述填料为刚性填料或/和柔性填料(如丝状、条状、团块状、球状、串状、串状化学纤维团、串状化学纤维球)的任意一种或其任意两种以上的组合，所述支撑为刚性支撑或/和柔性支撑(如杆状物、绳状物、丝状物、板状物、条状物、管状物、块状物)的任意一种或其任意两种以上的组合，所述填料一端固定在支撑上。

再进一步的，步骤4)中，为了强化填料或/和填料装置与污水的接触，先用喷淋的方法将污水淋到填料或/和填料装置上，以增大污水与空气的接触面积和蒸发面积；然后让空气或风通过填料或/和填料装置，以蒸发污水水分，形成浓缩污水。

再进一步的，步骤4)中，为了防止污水散落地面，所述填料装置包括填料、支撑和接水盘；所述接水盘位于填料和支撑下方。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

本发明用于天然气生产中能够充分利用天然能量生产天然气，能够充分利用天然能量有效解决污水回注地层制约天然气生产的问题，能够有效解决水合物影响天然气生产的问题，能够大幅简化天然气生产工艺，能够大幅降低天然气固定投资、生产成本、能耗、自耗气量、管理工作量等；具有实施容易，安全可靠，应用广泛，推广容易等优特点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1是填料装置的一种示意图；

图2是填料装置的另一种示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

一种天然气低成本清洁生产方法，包括如下步骤：

步骤1)中，所述隔热油管是指管外壁(或外部)具有保温层的油管、连续油管、空心抽油杆、特种金属管、特种非金属管的任意一种或两种以上的组合，或者是指具有保温、绝热、隔热结构(或功能)的油管、连续油管、金属管、特种金属管、非金属管、特种非金属管的任意一种或任意两种以上的组合；

所述隔热油管内壁没有内涂层(如玻璃质内涂层、陶瓷质内涂层、有机质内涂层等)或/和外涂层。

所述隔热油管能让天然气升至井口的温度高于水合物生成临界温度或/和能让天然气依靠自身温度在井口或井场节流降压后的温度不低于天然气管线管件所允许的最低运行温度或不低于-20℃，能够用现有方法放入气井井筒套管中或油管中，满足气井生产要求和规定。

以东胜气田J58P3H井应用本发明为例。

公开资料表明：东胜气田位于内蒙古鄂尔多斯沙漠地区，冬季最低气温达-31℃；

J58P3H井的设计运行资料表明：靖该井深约3057.5米，井底气层温度85.13℃、油压16.6MPa，平均日产气量3.96万标方/日。

该井生产工艺可概括为：用移动式计量计量泵向气井套管内加入抑制剂50～150L/日，让携带有抑制剂的天然气通过井场至集气站间的不保温埋地集输管线输送至集气站，然后利用集气站内加热炉加热升温后节流降压至3.5MPa左右，然后再外输至天然气净化处理厂用丙烷冷冻法降低露点。

现场测试表明：该气井采用普通光油管进行冬季生产时，实测井口流温20.9℃，油压16.6MPa；实测进入集气站的天然气温度为6～10℃，进入集气站的天然气压力14MPa，抑制剂用量为100L/日。

由本领域公知知识可知：东胜气田天然气压力为6.4MPa时，水合物临界生成温度为14.2℃；因此，该井天然气进入集气站时，温度已经低于水合物形成温度，必然存在水合物堵塞问题，需要使用抑制剂解决水合物问题。

为了避免该井冬季生产时大量使用抑制剂的缺陷，该气井应用本发明，其技术方案为：先将该井套管中的1196.35米光油管取出，然后再将总长度1196.35米、外径为88.9mm的真空隔热保温油管放入该井套管中，然后再用现有方法进行冬季生产。

现场测试表明：该井用总长度1196.35米、外径为88.9mm的真空隔热保温油管进行冬季生产时，实测井口流温39.11℃，油压16.6MPa；实测进入集气站的天然气温度为22℃以上，进入集气站的天然气压力14MPa，抑制剂用量为0L/日。

由本领域公知知识可知，东胜气田天然气压力为20MPa时，水合物临界生成温度为22℃；该井使用总长度1196.35米、外径为88.9mm的真空隔热保温油管进行冬季生产时，进入集气站的天然气温度已经远远超过14MPa时的水合物形成温度，因此已经不存在水合物堵塞问题。

因此，该气井应用本发明后，不用抑制剂也能确保该气井冬季正常生产，从而避免了使用抑制剂的种种缺陷，并能够大幅降低天然气生产成本。

以东胜气田为例。

该气田冬季生产时，用移动式加药泵车上的计量泵或高压泵向井筒中加注抑制剂，平均气井生产时率只有85％；为了提高气井生产时率，该气田121口气井全部应用本发明，其技术方案为：用自流滴注罐将抑制剂加入井筒套管或/和地面管线中。

现场测试表明：东胜气田121口气井全部应用本发明后，气井生产时率由平均85％提高至平均99％以上，从而大幅提高了气井生产效率和产能，效果极其显著。

以东胜气田1号集气站为例。

该站管辖10口气井，其冬季生产工艺可概括为：用移动式加药泵车上的计量泵或高压泵向井筒套管中加注抑制剂，天然气和抑制剂混合后进入集气站，在集气站分离出含抑制剂的污水，然后将污水送至110公里外的污水处理站处理后回注；其冬季气井生产时率平均83％。

为了解决该站冬季生产的问题，该站应用了本发明，其技术方案为：用自流滴注罐将抑制剂加入井筒套管中，天然气和抑制剂混合后进入集气站，在集气站分离出含抑制剂的污水，然后将污水原地浓缩回收抑制剂，然后用用自流滴注罐再次将回收的抑制剂加入井筒套管中循环使用。

现场测试表明：东胜气田应用本发明后，气井生产时率由83％提高至97％以上，降低采气成本22元/千方气，效果显著。

实施例2

重复实施例1，其不同之处仅在于：步骤1)中，所述隔热油管内壁有内涂层(如玻璃质内涂层、陶瓷质内涂层、有机质内涂层等)或/和外涂层。

实施例3

重复实施例1-2，其不同之处仅在于：步骤2)中，用自流滴注罐将抑制剂或/和功能性化学剂加入井筒套管或/和油管或/和地面管线中，让抑制剂或/和功能性化学剂与天然气或/和天然气流道中的气态水、液态水、冰或/和天然气水合物接触或混合，形成含抑制剂或/和功能性化学剂的污水；所述功能性化学剂是指在天然气生产中加入的具有特定功能的化学剂的统称，包括本发明中的“缓蚀剂”、“排水剂”、“阻垢剂”、“冲砂剂”的任意一种或任意两种以上的组合。

以东胜气田为例。

该气田生产时，用移动式加药泵车上的计量泵或高压泵向井筒中加注排水剂，平均每井次排水剂加药成本超过250元/井次，加药量10升/井次。为了降低排水剂加药量和加药成本，该气田121口气井全部应用本发明，其技术方案为：用自流滴注罐将排水剂加入井筒套管或/和地面管线中。

现场测试表明：东胜气田121口气井全部应用本发明后，平均每井次排水剂加药成本过降至30元/井次以下，加药量降至1.5升/井次，经济效益显著。

实施例4

重复实施例1-3，其不同之处仅在于：步骤3)中，先将含抑制剂的污水从天然气或/和天然气流道中分离出来，然后用节流降压的方法降低天然气温度，让天然气中的水蒸气冷凝成液态水；然后再将天然气和冷凝水分离；然后再让天然气进入后续集输工序进一步处理。

由本领域公知知识和计算可知：先用节流降压的方法降低天然气温度，让天然气中的水蒸气冷凝成液态水的净化方法，能够大幅降低天然气净化的能耗和成本。

以东胜气田为例。

该气田2～10号集气站目前均采用井下节流的方法生产，进入集气站的压力不超过3MPa，需要用压缩机增压至4.5MPa以上才能净化脱水；如果采用本发明技术方案，用隔热油管提升井口温度，并将进集气站的压力由3MPa升高至4.5MPa以上，即可不使用压缩机增压，由此将节省大量能耗和压缩机运行维护费用。

实施例5

重复实施例1-4，其不同之处仅在于：步骤4)中，所述填料包括刚性填料或/和柔性填料如金属波纹板、非金属波纹板、瓦类如石棉瓦或金属瓦或石膏瓦、砖类如空心砖或水泥空心砖、石膏板、拉西环、鲍尔环、金属丝网、非金属网、矿物纤维如玻璃丝布、碳化纤维如碳化树枝、太空棉、海绵、化学纤维、人造纤维、化纤制品如化纤布条或化纤毛毯、植物纤维如棉布和麻、动物纤维如蚕丝和羊毛毯、丝绵、家用拖把头的任意一种或两种以上的组合使用。

实施例6

重复实施例1-4，其不同之处仅在于：

参见图1所示，所述填料装置包括填料101和支撑102；所述填料101一端固定在支撑102上。当用水落到填料101时，填料101吸满水并使水滴落；当风吹向填料101时，空气与填料101上的水接触，极大地增大了空气-水的接触面积和蒸发面积。

实施例7

重复实施例6，其不同之处仅在于：

参见图1所示，所述填料101为刚性填料或/和柔性填料(如丝状、条状、团块状、球状、串状、串状化学纤维团、串状化学纤维球)的任意一种或其任意两种以上的组合，所述支撑102为刚性支撑或/和柔性支撑(如杆状物、绳状物、丝状物、板状物、条状物、管状物、块状物)的任意一种或两种以上的组合。

实施例8

重复实施例1-7，其不同之处仅在于：步骤4)中，先用喷淋的方法将污水淋到填料或/和填料装置上，以增大污水与空气的接触面积和蒸发面积；然后让空气或风通过填料或/和填料装置，以蒸发污水水分，形成浓缩污水。

实施例9

重复实施例1-8，其不同之处仅在于：

参见图2所示，所述填料装置包括填料201、支撑202和接水盘203；所述接水盘位于填料201和支撑202下方。当水落到填料202时，填料201吸满水并使水滴落进接水盘203内；当风吹向填料201时，空气与填料201上的水接触，极大地增大了空气-水的接触面积和蒸发面积。

以东胜气田1号集气站为例。

该站管辖10口气井，其冬季生产工艺可概括为：用移动式加药泵车上的计量泵或高压泵向井筒套管中加注抑制剂，天然气和抑制剂混合后进入集气站，在集气站分离出含抑制剂的污水，然后将污水送至110公里外的污水处理站处理后回注地层；其冬季气井生产时率平均83％。

为了解决该站冬季生产和污水回注地层受限等问题，该站应用了本发明，其技术方案为：用自流滴注罐将抑制剂加入井筒套管中，天然气和抑制剂混合后进入集气站，在集气站分离出含抑制剂的污水，然后用化纤填料通风蒸发水分的方法，将污水原地浓缩成回收抑制剂，然后用自流滴注罐再次将回收抑制剂加入井筒套管中循环使用。

现场测试表明：东胜气田应用本发明后，气井生产时率由83％提高至97％以上，降低采气成本36元/千方气，降低污水处理成本100元/方，满足当地政府的环保要求，而且避免了新建污水回注系统受限的制约，效果显著。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种天然气低成本清洁生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的天然气生产方法，其特征在于，所述隔热油管包括管外壁(或外部)具有保温层的油管、连续油管、空心抽油杆、特种金属管、特种非金属管的任意一种或任意两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的天然气生产方法，其特征在于，，所述隔热油管包括具有保温、绝热、隔热结构(或功能)的油管、连续油管、金属管、特种金属管、非金属管、特种非金属管的任意一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求2或3所述的天然气生产方法，其特征在于，所述隔热油管内壁可以有内涂层(如玻璃质内涂层、陶瓷质内涂层、有机质内涂层等)或/和外涂层，也可以没有内涂层(如玻璃质内涂层、陶瓷质内涂层、有机质内涂层等)或/和外涂层。

5.根据权利要求1所述的天然气生产方法，其特征在于，用自流滴注罐将抑制剂或/和功能性化学剂加入井筒套管或/和油管或/和地面管线中，让抑制剂或/和功能性化学剂与天然气或/和天然气流道中的气态水、液态水、冰或/和天然气水合物接触或混合，形成含抑制剂或/和功能性化学剂的污水；所述功能性化学剂是指在天然气生产中加入的具有特定功能的化学剂的统称，包括本发明中的“缓蚀剂”、“排水剂”、“阻垢剂”、“冲砂剂”的任意一种或两种以上的组合。

6.根据权利要求1所述的天然气生产方法，其特征在于，先将含抑制剂的污水从天然气或/和天然气流道中分离出来，然后用节流降压的方法降低天然气温度，让天然气中的水蒸气冷凝成液态水；然后再将天然气和冷凝水分离；然后再让天然气进入后续集输工序进一步处理。

7.根据权利要求1所述的天然气生产方法，其特征在于，所述填料装置包括填料和支撑；所述填料为刚性填料或/和柔性填料(如丝状、条状、团块状、球状、串状、串状化学纤维团、串状化学纤维球)的任意一种或两种以上的组合，所述支撑为刚性支撑或/和柔性支撑(如杆状物、绳状物、丝状物、板状物、条状物、管状物、块状物)的任意一种或其任意两种以上的组合，所述填料一端固定在支撑上。

8.根据权利要求1或7所述的天然气生产方法，其特征在于，所述填料包括刚性填料或/和柔性填料的任意一种或其组合。

9.根据权利要求8所述的天然气生产方法，其特征在于，所述填料刚性填料或/和柔性填料包括金属波纹板、非金属波纹板、瓦类如石棉瓦或金属瓦或石膏瓦、砖类如空心砖或水泥空心砖、石膏板、拉西环、鲍尔环、金属丝网、非金属网、矿物纤维如玻璃丝布、碳化纤维如碳化树枝、太空棉、海绵、化学纤维、人造纤维、化纤制品如化纤布条或化纤毛毯、植物纤维如棉布和麻、动物纤维如蚕丝和羊毛毯、丝绵、家用拖把头的任意一种或其任意两种以上的组合使用。

10.根据权利要求1、7-9所述的天然气生产方法，其特征在于，用喷淋的方法将污水淋到填料或/和填料装置上，以增大污水与空气的接触面积和蒸发面积；然后让空气或风通过填料或/和填料装置，以蒸发污水水分，形成浓缩污水。

11.根据权利要求7、10所述的天然气生产方法，其特征在于，所述填料装置包括填料、支撑和接水盘；所述接水盘位于填料和支撑下方。