CN111322066B - 井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置 - Google Patents

Abstract

一种井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置，涉及开采技术领域，它包括步骤S10，根据气体的组分，确定本井水合物生成的临界温度和压力；步骤S20，在温度、压力和时间的三维图中，画出水合物生成的临界曲面a；S30，将临界温度提高10%，临界压力降低10%，画出安全预警曲面b；S40，在三维图中实时显示节流前后压力、温度和时间的空间坐标[P(t),T(t),t]；S50，若上述空间坐标位于区域II，则启动防治装置，从井口向外输管线注入水合物抑制剂。本发明能够提前发出水合物冻堵风险提示，结合自动防治装置，避免堵塞管道，影响气井正常生产。

Description

井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置

技术领域：

本发明涉及开采技术领域，具体涉及一种井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置。

背景技术：

为降低高压气井的地面建设投资，通常采用低压集输管线和两级井口节流降压组合的方式来保障集输安全。

由于地层产出的高压天然气在经过两级节流器后，压力大幅降低，满足外输管线承压要求的同时，天然气的井口温度也随之大幅降低，在凝析水或地层水存在的情况下，井口生产系统中极容易形成天然气水合物堵塞管线。由于水合物冻堵可在极短的时间内完成，而解除冻堵时间却长达数天，严重影响气井开井时率。

目前，生产现场主要采用注入甲醇等天然气水合物抑制剂来预防和治理气井天然气水合物冻堵问题，注入方式包括站内注醇和井口注醇两种方式。通常情况下，由于井与站之间的距离较远，采用站内注醇方式，抑制剂需要充满整个注醇管线才能到达井口，造成抑制剂用量的极大浪费；而现有的水合物井口防治装置，如专利号为CN207213651U所提供一种高压天然气长输送管道水合物抑制剂加注橇装装置可以实现抑制剂的自动加注，但由于缺乏实时的气井监测数据和有效的水合物监测手段，无法对水合物抑制剂的加注时机进行判断，因此不能直接用去气井生产现场。因此，有必要提出一种新的井口节流高压气井天然气水合物监测方法及防治装置。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置，它通过对高压气井井口节流前后温度和压力的实时监测和水合物监测三维图版的安全预警提示，以及橇装防治装置的及时响应，能高效地防止节流后的管线冻堵，从而实现高压气井低压集输的安全平稳运行。

本发明采用的技术方案为：一种井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置，方法步骤如下：

步骤S10，根据气体组分，确定本井水合物生成的临界温度和压力；

步骤S20，在温度、压力和时间的三维图中，画出水合物生成的临界曲面a；

步骤S30，将临界温度提高10%，临界压力降低10%，画出安全预警曲面b；

步骤S40，在三维图中实时显示节流前后压力、温度和时间的空间坐标[P(t), T(t), t]；

步骤S50，若上述空间坐标位于三维图中的区域II，则启动水合物防治装置，若气井采用油管生产，则从油压接口处注入水合物抑制剂；若气井采用套管生产，则从套压接口处注入水合物抑制剂。

所述的所述温度、压力和时间的三维图是以温度为X轴，压力为Y轴，时间为Z轴，其中温度的单位为℃，压力的单位为MPa，时间的单位为min；

所述的所述步骤S20中水合物生成临界曲面a的画法步骤包括：

步骤S21，在温度和压力的二维图中，画出水合物生成的临界曲线c；

步骤S22，由于水合物生成的温度和压力条件是由天然气的组分所决定的，不随时间的变化而变化，所以将曲线c沿时间轴Z各向上移动，即可得到水合物生成的临界曲面a。

所述步骤S30中安全预警曲面b的画法步骤包括：

步骤S31，将水合物生成的临界曲线c上的温度增加10%，压力降低10%，得到安全预警曲线d；

步骤S32，将安全预警曲线d沿时间轴Z各向上移动，即可得到安全预警曲面b。

所述的曲面a和曲面b将温度、压力和时间的三维图分为了三个区域，包括：水合物冻堵区域、水合物冻堵风险预警区域和安全生产区域。

所述的步骤S40中所述节流前后的压力和温度包括油管压力和温度、套管压力和温度、一级节流后压力和温度和二级节流后压力和温度。

包括橇装箱体、数据采集与控制系统、供电系统和泵注系统，橇装箱体、数据采集与控制系统、供电系统和泵注系统彼此之间相互连接；

橇装箱体可分为四个相互分隔的箱室，箱室分别为储液箱、防爆控制箱、防爆电池箱和电机箱；储液箱位于橇装箱体的最左侧；防爆控制箱、防爆电池箱和电机箱位于右侧，防爆控制箱和防爆电池箱位于电机箱上方，防爆控制箱位于防爆电池箱左侧；

数据采集与控制系统包括油管压力变送器、油管温度变送器、套管压力变送器、套管温度变送器、一级节流后压力变送器、一级节流后温度变送器、二级节流后压力变送器、二级节流后温度变送器、抑制剂流量计、注入压力变送器、储液罐液位变送器、蓄电池电压变送器和现场PLC控制器；油管压力变送器和油管温度变送器安装在2号油管阀门和安全截止阀之间；套管压力变送器和套管温度变送器安装在3号和4号套管阀门和之间；一级节流后压力变送器和一级节流后温度变送器安装在三通汇管上；二级节流后压力变送器和二级节流后温度变送器安装在外输管线上；抑制剂流量计安装在进液管线上；注入压力变送器安装在出液管线上；储液罐液位变送器安装在水合物抑制剂储液罐的底部；蓄电池电压变送器安装在蓄电池侧面部位；现场PLC控制器安装在防爆控制箱内，现场PLC控制器通过电缆与油管压力变送器、油管温度变送器、套管压力变送器、套管温度变送器、一级节流后压力变送器、一级节流后温度变送器、二级节流后压力变送器、二级节流后温度变送器、储液罐液位变送器、抑制剂流量计、注入压力变送器和蓄电池电压变送器连接；

供电系统包括太阳能电池板、蓄电池和电缆；太阳能电池板安装在撬装箱体的顶部，与箱体顶面呈45°夹角；蓄电池安装在防爆电池箱内，太阳能电池板通过电缆与蓄电池连接；

泵组系统包括水合物抑制剂储液罐、主电机、备用电机、主柱塞泵、备用柱塞泵、排污管线、进液管线、出液管线、补液管线、油管注入管线、套管注入管线、油管注入电磁阀、套管注入电磁阀、进液总阀、排污阀门、进液阀门、补液阀门、柱塞泵检修阀门、油管注入管线检修阀门、套管注入管线检修阀门、安全阀、柱塞泵出口单向阀、油管注入单向阀、套管注入单向阀和连接三通；水合物抑制剂储液罐安装在储液箱内；主电机、备用电机、主柱塞泵、备用柱塞泵、油管注入电磁阀和套管注入电磁阀安装在电机箱内；主电机和备用电机分别安装在主柱塞泵和备用柱塞泵上；主电机和备用电机通过电缆与蓄电池连接；水合物抑制剂储液罐顶部与补液管线和补液阀门连接；水合物抑制剂储液罐底部通过螺纹连接三通与排污管线和进液管线连接；主柱塞泵和备用柱塞泵的泵入口端和出口端通过螺纹连接三通分别与进液管线和出液管线连接；套管注入电磁阀和油管注入电磁阀通过螺纹连接三通与出液管线连接；油管注入三通通过油管注入管线与油管注入电磁阀连接；套管注入三通通过套管注入管线与套管注入电磁阀连接；水合物抑制剂储液罐底部设置有出液总阀，排污管线上设置有排污阀门；进液管线上设置有进液阀门和抑制剂流量计；出液管线上依次设置注入压力变送器、安全阀和柱塞泵出口单向阀；在主柱塞泵和备用柱塞泵的泵入口端和泵出口端上设置了个柱塞泵检修阀门；油管注入管线上设置有油管注入单向阀和油管注入管线检修阀门；套管注入管线上设置有套管注入单向阀和套管注入管线检修阀。

所述的进液管线、出液管线和注入管线为承压25MPa以上的不锈钢管。

本发明的有益效果是：本发明通过水合物监测的三维图版和实时监测的气井井口及节流后的温度和压力数据，能够对井口节流高压气井井口生产系统内天然气水合物生成情况进行分析预警，为技术和现场人员提供一种直观的水合物判断方法；通过精准监控和橇装防治装置井口直接注入，可实现水合物的积极预防，从而避免井口生产系统内生成天然气水合物，堵塞管线，同时还可以大幅减少水合物抑制剂的用量。

附图说明：

图1是本发明井口节流高压气井天然气水合物监测方法的流程示意图；

图2是本发明井口节流高压气井天然气水合物监测方法三维图；

图3是本发明井口节流高压气井井口生产流程示意图；

图4是本发明井口节流高压气井天然气水合物防治装置示意图。

图中100-井下管柱，101-连接法兰，102a-1号套管阀门，102b-2号套管阀门，102c-3号套管阀门，102d-4号套管阀门，103-套管四通，104a-1号生产总阀门，104b-2号生产总阀门，105a-1号油管阀门，105b-2号油管阀门，106-油管四通，107-测压阀门，108a-油管压力变送器，108b-油管注入三通，109-油管温度变送器，110-安全截止阀，111-一级节流器，112-一级节流后压力变送器，113-一级节流后温度变送器，114-二级节流器，115-二级节流后压力变送器，116-二级节流后温度变送器，117-外输管线，118-三通汇管，119-套管温度变送器，120a-套管压力变送器，120b-套管注入三通，201-排污管线，202-储液罐液位变送器，203-橇装箱体，204-出液管线，205-主电机，206-储液箱，207-抑制剂储液罐，208-补液管线，209-补液阀门，210-现场PLC控制器，211-防爆控制箱，212-太阳能电池板，213-注入压力变送器，214-安全阀，215-柱塞泵出口单向阀，216-蓄电池电压变送器，217-蓄电池，218-防爆电池箱，219-电机箱，220-油管注入管线，221-油管注入单向阀，222-油管注入管线检修球阀，223-套管注入管线检修球阀，224-套管注入单向阀，225-套管注入管线，226-套管注入电磁阀，227-油管注入电磁阀，228-备用电机，229-备用柱塞泵，230-进液管线，231-抑制剂流量计，232-泵入口端，233-泵出口端，234-主柱塞泵，235-进液阀门，236-螺纹连接三通，237-排污阀门，238-出液总阀，239-柱塞泵检修阀门，240-电缆。

具体实施方式：

参照各图，一种井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置，方法步骤如下：

步骤S10，根据气体组分，确定本井水合物生成的临界温度和压力；

步骤S20，在温度、压力和时间的三维图中，画出水合物生成的临界曲面a；

步骤S30，将临界温度提高10%，临界压力降低10%，画出安全预警曲面b；

步骤S40，在三维图中实时显示节流前后压力、温度和时间的空间坐标[P(t), T(t), t]；

步骤S50，若上述空间坐标位于三维图中的区域II，则启动水合物防治装置，若气井采用油管生产，则从油压接口处注入水合物抑制剂；若气井采用套管生产，则从套压接口处注入水合物抑制剂。

所述的所述温度、压力和时间的三维图是以温度为X轴，压力为Y轴，时间为Z轴，其中温度的单位为摄氏度（℃），压力的单位为MPa，时间的单位为分钟（min）。

所述的所述步骤S20中水合物生成临界曲面a的画法步骤包括：

步骤S21，在温度和压力的二维图中，画出水合物生成的临界曲线c；

步骤S22，由于水合物生成的温度和压力条件是由天然气的组分所决定的，不随时间的变化而变化，所以将曲线c沿时间轴Z各向上移动，即可得到水合物生成的临界曲面a。

所述步骤S30中安全预警曲面b的画法步骤包括：

步骤S31，将水合物生成的临界曲线c上的温度增加10%，压力降低10%，得到安全预警曲线d；

步骤S32，将安全预警曲线d沿时间轴Z各向上移动，即可得到安全预警曲面b。

所述的曲面a和曲面b将温度、压力和时间的三维图分为了三个区域，包括：水合物冻堵区域（I区）、水合物冻堵风险预警区域（II区）和安全生产区域（III区）。所述的步骤S40中所述节流前后的压力和温度包括油管压力和温度、套管压力和温度、一级节流后压力和温度和二级节流后压力和温度。

包括橇装箱体、数据采集与控制系统、供电系统和泵注系统，橇装箱体、数据采集与控制系统、供电系统和泵注系统彼此之间相互连接；数据采集与控制系统实时采集油管压力和温度、套管压力和温度、一级节流后压力和温度、二级节流后压力和温度，以及水合物防治装置的瞬时排量、注入压力、储液罐液位，以及蓄电池电压，并按照权利要求1所提供的方法对井口温度和压力进行分析，根据分析判断结果发出预警信号和控制指令，控制泵注系统的启停和排量；供电系统为设备正常运行提供电力保障；泵注系统通过井口外输管线中注入水合物抑制剂。

橇装箱体可分为四个相互分隔的箱室，箱室分别为储液箱、防爆控制箱、防爆电池箱和电机箱；储液箱位于橇装箱体的最左侧；防爆控制箱、防爆电池箱和电机箱位于右侧，防爆控制箱和防爆电池箱位于电机箱上方，防爆控制箱位于防爆电池箱左侧。

数据采集与控制系统包括油管压力变送器、油管温度变送器、套管压力变送器、套管温度变送器、一级节流后压力变送器、一级节流后温度变送器、二级节流后压力变送器、二级节流后温度变送器、抑制剂流量计、注入压力变送器、储液罐液位变送器、蓄电池电压变送器和现场PLC控制器；油管压力变送器和油管温度变送器安装在2号油管阀门和安全截止阀之间；套管压力变送器和套管温度变送器安装在3号和4号套管阀门和之间；一级节流后压力变送器和一级节流后温度变送器安装在三通汇管上；二级节流后压力变送器和二级节流后温度变送器安装在外输管线上；抑制剂流量计安装在进液管线上；注入压力变送器安装在出液管线上；储液罐液位变送器安装在水合物抑制剂储液罐的底部；蓄电池电压变送器安装在蓄电池侧面部位；现场PLC控制器安装在防爆控制箱内，现场PLC控制器通过电缆与油管压力变送器、油管温度变送器、套管压力变送器、套管温度变送器、一级节流后压力变送器、一级节流后温度变送器、二级节流后压力变送器、二级节流后温度变送器、储液罐液位变送器、抑制剂流量计、注入压力变送器和蓄电池电压变送器连接。

供电系统包括太阳能电池板、蓄电池和电缆；太阳能电池板安装在撬装箱体的顶部，与箱体顶面呈45°夹角；蓄电池安装在防爆电池箱内，太阳能电池板通过电缆与蓄电池连接。

泵组系统包括水合物抑制剂储液罐、主电机、备用电机、主柱塞泵、备用柱塞泵、排污管线、进液管线、出液管线、补液管线、油管注入管线、套管注入管线、油管注入电磁阀、套管注入电磁阀、进液总阀、排污阀门、进液阀门、补液阀门、柱塞泵检修阀门、油管注入管线检修阀门、套管注入管线检修阀门、安全阀、柱塞泵出口单向阀、油管注入单向阀、套管注入单向阀和连接三通；水合物抑制剂储液罐安装在储液箱内；主电机、备用电机、主柱塞泵、备用柱塞泵、油管注入电磁阀和套管注入电磁阀安装在电机箱内；主电机和备用电机分别安装在主柱塞泵和备用柱塞泵上；主电机和备用电机通过电缆与蓄电池连接；水合物抑制剂储液罐顶部与补液管线和补液阀门连接；水合物抑制剂储液罐底部通过螺纹连接三通与排污管线和进液管线连接；主柱塞泵和备用柱塞泵的泵入口端和出口端通过螺纹连接三通分别与进液管线和出液管线连接；套管注入电磁阀和油管注入电磁阀通过螺纹连接三通与出液管线连接；油管注入三通通过油管注入管线与油管注入电磁阀连接；套管注入三通通过套管注入管线与套管注入电磁阀连接；水合物抑制剂储液罐底部设置有出液总阀，排污管线上设置有排污阀门；进液管线上设置有进液阀门和抑制剂流量计；出液管线上依次设置注入压力变送器、安全阀和柱塞泵出口单向阀；在主柱塞泵和备用柱塞泵的泵入口端和泵出口端上设置了个柱塞泵检修阀门；油管注入管线上设置有油管注入单向阀和油管注入管线检修阀门；套管注入管线上设置有套管注入单向阀和套管注入管线检修阀。所述的进液管线、出液管线和注入管线为承压25MPa以上的不锈钢管。

参照图1，包括以下步骤；

步骤S10，确定本井天然气水合物生成的临界温度和临界压力；

具体地，通过解释资料查找气井的气体组分信息，若没有查找到本井气体组分资料，则通过集气站内分离器采集气体样本，然后采用天然气全组分分析仪确定本井天然气的组分组成及比例，最后采用Katz相平衡计算法、OLGA软件或者波诺马列夫经验公式（1）和（2），确定出本井天然气水合物生成的临界温度和临界压力。

当T>273.1K时，

（1）

当T≤273.1K时，

（2）

式中：p为压力，kPa；T为水合物平衡温度，K；B和B ₁为与天然气密度有关的系数。

步骤S20，在温度、压力和时间的三维图中，画出水合物生成的临界曲面a；

具体地，以温度为X轴，压力为Y轴，时间为Z轴，其中温度的单位为摄氏度（℃），压力的单位为MPa，时间的单位为分钟（min）。根据气井的实际情况，可将X轴的范围设置在[0,100]，Y轴的范围设置在[0, 50]，时间轴的范围可以采用日更新的方式[0, 86400]，由于水合物生成的温度和压力条件是由天然气的组分所决定的，不随时间的变化而变化，在时间轴Z每个时间点所在的平面上，作出步骤S10所确定的天然气生成的临界温度和临界压力，各时间点上的临界温度和临界压力构成了水合物生成的临界曲面a。

步骤S30，将临界温度提高10%，临界压力降低10%，画出安全预警曲面b；

气井一旦满足生成水合物冻堵条件，在短短数小时之内就能把管线冻堵住，只有提前介入才能有效地防治冻堵现象的发生。此外，由于水合物生成的条件是高压和低温，按照降压和加热解除水合物冻堵的思路，将步骤S10中确定的水合物生成的临界温度提高10%，临界压力降低10%，作为安全预警温度和压力条件，同时按照步骤S20的方法，作出水合物生成的安全预警曲面b。

安全预警温度=水合物生成临界温度×（1+10%） （3）

安全预警压力=水合物生成临界压力×（1-10%） （4）

步骤S40，在三维图中实时显示节流前后压力、温度和时间的空间坐标[p(t),T(t), t]；

具体地，通过井口温度和压力变送器每分钟采集油管压力和温度、套管压力和温度、一级节流后压力和温度，以及二级节流后压力和温度；若气井采用油管生产，则在温度、压力和时间的三维图中，实时显示油管压力和温度、一级节流后压力和温度、二级节流后压力和温度的空间坐标[p _t(t),T _t(t), t]、[p ₁(t),T ₁(t), t]和[p ₂(t),T ₂(t), t]；若气井采用套管生产，则在温度、压力和时间的三维图中，实时显示套管压力和温度及二级节流后压力和温度[p _c(t),T _c(t), t]和[p ₂(t),T ₂(t), t]。

步骤S50，如图2所示，若上述空间坐标位于区域II，则启动水合物防治装置，若气井采用油管生产，则从油压接口处注入水合物抑制剂；若气井采用套管生产，则从套压接口处注入水合物抑制剂。

具体地，当井口节流高压气井水合物防治装置的现场PLC控制器210监测到气井井口处于水合物生成风险预警区域II，在主柱塞泵234和备用柱塞泵229均完好的条件下，关闭备用柱塞泵侧的柱塞泵检修阀门239，若气井采用油管生产，发出控制指令，依次启动油管注入电磁阀227和主电机205；若气井采用套管生产，依次启动套管注入电磁阀226和主电机205；

如图3所示，典型的井口节流高压气井井口生产系统，主要由连接井下管柱100、连接法兰101、1号套管阀门102a、2号套管阀门102b、3号套管阀门102c、4号套管阀门102d、套管四通103、1号生产总阀门104a、2号生产总阀门104b、1号油管阀门105a、2号油管阀门105b、油管四通106、测压阀门107、油管压力变送器108a、油管温度变送器109、安全截止阀110、一级节流器111、一级节流后压力变送器112、一级节流后温度变送器113、二级节流器114、二级节流后压力变送器115、二级节流后温度变送器116、外输管线117、三通汇管118、套管温度变送器119和套管压力变送器120a；

套管四通103通过连接法兰101与井下管柱100连接，1号生产总阀门104a通过连接法兰101与套管四通103连接，1号套管阀门102a通过连接法兰101与套管四通103连接，2号套管阀门102b通过连接法兰101与1号套管阀门102a连接，3号套管阀门102c通过连接法兰101与套管四通103连接，4号套管阀门102d通过连接法兰101与3号套管阀门102c连接，2号生产总阀门104b通过连接法兰101与1号生产总阀门104a连接，油管四通106通过连接法兰101与2号生产总阀门104b连接，1和2号油管阀门105a和105b通过连接法兰101与油管四通106连接，测压阀门107通过连接法兰101与油管四通106连接，安全截止阀110通过法兰101与2号油管阀门105b连接，一级节流器111通过连接法兰101与安全截止阀110和三通汇管118连接，二级节流器114通过连接法兰101与三通汇管118和外输管线117连接，在3号和4号套管阀门102c和102d之间设置有套管压力变送器120a和套管温度变送器119，在2号油管阀门105b和安全截止阀110之间设置有油管压力变送器108a和油管温度变送器109，在三通汇管118上设置有一级节流后压力变送器112和一级节流后温度变送器113，在外输管线117上设置有二级节流后压力变送器115和二级节流后温度变送器116。

若气井采用油管生产，则打开1号和2号生产总阀门104a和104b、2号油管阀门105b、3号套管阀门102c，关闭1号、2号和4号套管阀门102a、102b和102d、测压阀门107，地层产出的天然气经井下管柱100、套管四通103、1号和2号生产总阀门104a和104b、油管四通106、安全截止阀110、一级节流器111、三通汇管118、二级节流器114和外输管线117外输至地面集气站。

若气井采用套管生产，则关闭1号和2号套管阀门102a和102b、1号和2号生产总阀门104a和104b、1号和2号油管阀门105a和105b、测压阀门107，打开3号和4号套管阀门102c和102d，地层产出的天然气经井下管柱100、套管四通103、三通汇管118、二级节流器114和外输管线117外输至地面集气站。

如图4所示，井口节流高压气井天然气水合物防治装置，包括：橇装箱体203、数据采集与控制系统、供电系统和泵注系统；

橇装箱体203可分为四个相互分隔的箱室，包括：储液箱206、防爆控制箱211、防爆电池箱218和电机箱219；储液箱206位于橇装箱体203的最左侧；防爆控制箱211、防爆电池箱218和电机箱219位于右侧，其中防爆控制箱211和防爆电池箱218位于电机箱219上方，防爆控制箱211位于防爆电池箱218左侧。

数据采集与控制系统，包括：油管压力变送器108、油管温度变送器109、套管压力变送器120、套管温度变送器119、一级节流后压力变送器112、一级节流后温度变送器113、二级节流后压力变送器115、二级节流后温度变送器116、抑制剂流量计231、注入压力变送器213、储液罐液位变送器202、蓄电池电压变送器216和现场PLC控制器210；

油管压力变送器108和油管温度变送器109安装在2号油管阀门105b和安全截止阀110之间，监测油管四通附近的压力和温度；套管压力变送器120和套管温度变送器119安装在3号和4号套管阀门102c和102d之间，监测套管四通附近的压力和温度；一级节流后压力变送器112和一级节流后温度变送器113安装在三通汇管118上，监测一级节流后的压力和温度；二级节流后压力变送器115和二级节流后温度变送器116安装在外输管线117上，监测二级节流后的压力和温度；抑制剂流量计231安装在进液管线230上；注入压力变送器213安装在出液管线204上；储液罐液位变送器202安装在水合物抑制剂储液罐207的底部；蓄电池电压变送器216安装在蓄电池217侧面部位；现场PLC控制器210安装在防爆控制箱211内，现场PLC控制器210通过电缆240与油管压力变送器108、油管温度变送器109、套管压力变送器120、套管温度变送器119、一级节流后压力变送器112、一级节流后温度变送器113、二级节流后压力变送器115、二级节流后温度变送器116、储液罐液位变送器202、抑制剂流量计231、注入压力变送器213和蓄电池电压变送器216连接。

供电系统，包括：太阳能电池板213、蓄电池217和电缆240；太阳能电池板安装213在撬装箱体203的顶部，与箱体顶面呈45°夹角；蓄电池217安装在防爆电池箱218内，太阳能电池板213通过电缆240与蓄电池217连接。

泵组系统，包括：水合物抑制剂储液罐207、主电机205、备用电机228、主柱塞泵234、备用柱塞泵229、排污管线201、进液管线230、出液管线204、补液管线208、油管注入管线220、套管注入管线225、油管注入电磁阀227、套管注入电磁阀226、进液总阀238、排污阀门237、进液阀门235、补液阀门209、柱塞泵检修阀门239、油管注入管线检修阀门222、套管注入管线检修阀门223、安全阀214、柱塞泵出口单向阀215、油管注入单向阀221、套管注入单向阀224和连接三通236；

水合物抑制剂储液罐207安装在储液箱206内；主电机205、备用电机228、主柱塞泵234、备用柱塞泵229、油管注入电磁阀227和套管注入电磁阀226安装在电机箱219内；主电机205和备用电机228分别安装在主柱塞泵234和备用柱塞泵229上；主电机205和备用电机228通过电缆240与蓄电池217连接；水合物抑制剂储液罐207顶部与补液管线208和补液阀门209连接；水合物抑制剂储液罐207底部通过螺纹连接三通236与排污管线201和进液管线230连接；主柱塞泵234和备用柱塞泵229的泵入口端232和出口端233通过螺纹连接三通236分别与进液管线230和出液管线204连接；套管注入电磁阀226和油管注入电磁阀227通过螺纹连接三通236与出液管线204连接；油管注入三通108b通过油管注入管线220与油管注入电磁阀227连接；套管注入三通120b通过套管注入管线225与套管注入电磁阀226连接；水合物抑制剂储液罐207底部设置有出液总阀238，排污管线201上设置有排污阀门237；进液管线230上设置有进液阀门235和抑制剂流量计231；出液管线204上依次设置注入压力变送器213、安全阀214和柱塞泵出口单向阀215；在主柱塞泵234和备用柱塞泵229的泵入口端232和泵出口端233上设置了4个柱塞泵检修阀门239；油管注入管线220上设置有油管注入单向阀221和油管注入管线检修阀门222；套管注入管线225上设置有套管注入单向阀224和套管注入管线检修阀223。

综上所述，本井口节流高压气井水合物监测方法及防治装置的三维图版和实时监测的气井井口及节流后的温度和压力数据，能够对井口节流高压气井井口生产系统内天然气水合物生成情况进行分析预警，为技术和现场人员提供一种直观的水合物判断方法；通过精准监控和橇装防治装置井口直接注入，可实现水合物的积极预防，从而避免井口生产系统内生成天然气水合物，堵塞管线，同时还可以大幅减少水合物抑制剂的用量。

Claims (7)

1.一种井口节流高压气井水合物监测防治装置，其特征在于：包括橇装箱体、数据采集与控制系统、供电系统和泵注系统，橇装箱体、数据采集与控制系统、供电系统和泵注系统彼此之间相互连接；

橇装箱体分为四个相互分隔的箱室，箱室分别为储液箱、防爆控制箱、防爆电池箱和电机箱；储液箱位于橇装箱体的左侧；防爆控制箱、防爆电池箱和电机箱位于橇装箱体的右侧，防爆控制箱和防爆电池箱位于电机箱上方，防爆控制箱位于防爆电池箱左侧；

数据采集与控制系统包括油管压力变送器、油管温度变送器、套管压力变送器、套管温度变送器、一级节流后压力变送器、一级节流后温度变送器、二级节流后压力变送器、二级节流后温度变送器、抑制剂流量计、注入压力变送器、储液罐液位变送器、蓄电池电压变送器和现场PLC控制器；油管压力变送器和油管温度变送器安装在2号油管阀门和安全截止阀之间；套管压力变送器和套管温度变送器安装在3号和4号套管阀门之间；一级节流后压力变送器和一级节流后温度变送器安装在三通汇管上；二级节流后压力变送器和二级节流后温度变送器安装在外输管线上；抑制剂流量计安装在进液管线上；注入压力变送器安装在出液管线上；储液罐液位变送器安装在水合物抑制剂储液罐的底部；蓄电池电压变送器安装在蓄电池侧面部位；现场PLC控制器安装在防爆控制箱内，现场PLC控制器通过电缆与油管压力变送器、油管温度变送器、套管压力变送器、套管温度变送器、一级节流后压力变送器、一级节流后温度变送器、二级节流后压力变送器、二级节流后温度变送器、储液罐液位变送器、抑制剂流量计、注入压力变送器和蓄电池电压变送器连接；

供电系统包括太阳能电池板、蓄电池和电缆；太阳能电池板安装在撬装箱体的顶部，与箱体顶面呈45°夹角；蓄电池安装在防爆电池箱内，太阳能电池板通过电缆与蓄电池连接；

泵组系统包括水合物抑制剂储液罐、主电机、备用电机、主柱塞泵、备用柱塞泵、排污管线、进液管线、出液管线、补液管线、油管注入管线、套管注入管线、油管注入电磁阀、套管注入电磁阀、进液总阀、排污阀门、进液阀门、补液阀门、柱塞泵检修阀门、油管注入管线检修阀门、套管注入管线检修阀门、安全阀、柱塞泵出口单向阀、油管注入单向阀、套管注入单向阀和连接三通；水合物抑制剂储液罐安装在储液箱内；主电机、备用电机、主柱塞泵、备用柱塞泵、油管注入电磁阀和套管注入电磁阀安装在电机箱内；主电机和备用电机分别安装在主柱塞泵和备用柱塞泵上；主电机和备用电机通过电缆与蓄电池连接；水合物抑制剂储液罐顶部与补液管线和补液阀门连接；水合物抑制剂储液罐底部通过螺纹连接三通与排污管线和进液管线连接；主柱塞泵和备用柱塞泵的泵入口端和出口端通过螺纹连接三通分别与进液管线和出液管线连接；套管注入电磁阀和油管注入电磁阀通过螺纹连接三通与出液管线连接；油管注入三通1通过油管注入管线与油管注入电磁阀连接；套管注入三通通过套管注入管线与套管注入电磁阀连接；水合物抑制剂储液罐底部设置有出液总阀，排污管线上设置有排污阀门；进液管线上设置有进液阀门和抑制剂流量计；出液管线上依次设置注入压力变送器、安全阀和柱塞泵出口单向阀；在主柱塞泵和备用柱塞泵的泵入口端和泵出口端上设置了个柱塞泵检修阀门；油管注入管线上设置有油管注入单向阀和油管注入管线检修阀门；套管注入管线上设置有套管注入单向阀和套管注入管线检修阀。

2.根据权利要求1所述的井口节流高压气井水合物监测防治装置，其特征在于：所述的进液管线、出液管线和注入管线为承压25MPa以上的不锈钢管。

3.一种根据权利要求1所述的井口节流高压气井水合物监测防治装置的监测方法，其特征在于：方法步骤如下：基于三维图，临界曲面a和安全预警曲面b将温度、压力和时间的三维图分为了三个区域，包括：水合物冻堵区域、水合物冻堵风险预警区域和安全生产区域；

步骤S10，根据气体组分，确定本井水合物生成的临界温度和压力；

步骤S20，在温度、压力和时间的三维图中，画出水合物生成的临界曲面a；

步骤S30，将临界温度提高10%，临界压力降低10%，画出安全预警曲面b；

步骤S40，在三维图中实时显示节流前后压力、温度和时间的空间坐标[P(t), T(t),t]；

步骤S50，基于三维图曲面a与曲面b中间所夹的区域为水合物冻堵的风险区域，则启动井口节流高压气井水合物监测防治装置，若气井采用油管生产，则从油压接口处注入水合物抑制剂；若气井采用套管生产，则从套压接口处注入水合物抑制剂。

4.根据权利要求3所述的井口节流高压气井水合物监测防治装置的监测方法，其特征在于：所述的所述温度、压力和时间的三维图是以温度为X轴，压力为Y轴，时间为Z轴，其中温度的单位为℃，压力的单位为MPa，时间的单位为min。

5.根据权利要求3所述的井口节流高压气井水合物监测防治装置的监测方法，其特征在于：所述的所述步骤S20中水合物生成临界曲面a的画法步骤包括：

步骤S21，在温度和压力的二维图中，画出水合物生成的临界曲线c；

步骤S22，由于水合物生成的温度和压力条件是由天然气的组分所决定的，不随时间的变化而变化，所以将曲线c沿时间轴Z各向上移动，得到水合物生成的临界曲面a。

6.根据权利要求3所述的井口节流高压气井水合物监测防治装置的监测方法，其特征在于：所述步骤S30中安全预警曲面b的画法步骤包括：

步骤S31，将水合物生成的临界曲线c上的温度点增加10%，压力降低10%，得到安全预警曲线d；

步骤S32，将安全预警曲线d沿时间轴Z各向上移动，得到安全预警曲面b。

7.根据权利要求3所述的井口节流高压气井水合物监测防治装置的监测方法，其特征在于：所述的步骤S40中所述节流前后的压力和温度包括油管压力和温度、套管压力和温度、一级节流后压力和温度和二级节流后压力和温度。

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