CN116696283A - 一种水下井口水合物抑制剂注入系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下井口水合物抑制剂注入系统及方法，所述系统包括乙二醇供应系统、第一注入管路和第二注入管路，所述乙二醇供应系统内的乙二醇经乙二醇计量阀分别注入至所述第一注入管路和第二注入管路，所述第一注入管路上设有联通阀，所述第二注入管路上设有乙二醇注入阀，所述第一注入管路内的乙二醇经所述联通阀注入油嘴的上游，所述第二注入管路内的乙二醇经乙二醇注入阀注入至油嘴下游，所述乙二醇采用水进行稀释至质量分数为80％～90％。本发明通过控制合理的药剂浓度及注入操作程序，减小启井过程中，甲醇注入的设计流量，以减小脐带缆截面面积，降低工程投资，同时减少依托平台上的有毒有害介质甲醇的储存量。

Description

一种水下井口水合物抑制剂注入系统及方法

技术领域

本发明涉及一种水下井口水合物抑制剂注入系统及方法，属于深水油气田开发流动安全保障技术领域。

背景技术

深海气田开发启井前，水下采油树油嘴上游流体压力为关井压力30～60MPa、温度为环境温度2～3℃，油嘴下游压力为海管压力1～10MPaA，温度为环境温度2～3℃。

在启井操作时，因油嘴上下游压力差非常大，油嘴上产生节流，天然气在焦耳-汤姆逊效应下温度骤降，地层产出水与天然气极易在油嘴的下游形成水合物。在正常运行过程中，管道内流体与环境温度的持续换热，将降低至环境温度，达到水合物生成条件，在管路的下游形成水合物。水合物生成后将持续聚集，堵塞管道，造成严重的生产事故。

目前水下井口的水合物防治，采取启井启动中在油嘴上游注入甲醇，正常生产过程中在油嘴下游连续注入乙二醇，均由依托平台提供。其中，乙二醇通常通过海底管道供应输送，而甲醇通过多根不锈钢管集成于脐带缆内，致使脐带缆截面过大，制造与运输成本高，同时也增加安装费用。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种水下井口水合物抑制剂注入系统，通过控制合理的药剂浓度及注入操作程序，减小启井过程中，甲醇注入的设计流量，以减小脐带缆截面面积，降低工程投资，同时减少依托平台上的有毒有害介质甲醇的储存量。本发明的另一个目的是提供一种水下井口水合物抑制剂注入方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种水下井口水合物抑制剂注入系统，包括乙二醇供应系统、和所述乙二醇注入系统连通的第一注入管路和第二注入管路，所述乙二醇供应系统内的乙二醇经乙二醇计量阀分别注入至所述第一注入管路和第二注入管路，所述第一注入管路上设有联通阀，所述第二注入管路上设有乙二醇注入阀，所述第一注入管路内的乙二醇经所述联通阀注入油嘴的上游，所述第二注入管路内的乙二醇经乙二醇注入阀注入至油嘴下游，所述乙二醇采用水进行稀释至质量分数为80％～90％。

进一步的，还包括甲醇供应系统，所述甲醇供应系统与所述第一注入管路之间通过第三注入管路连通，所述第三注入管路上设有甲醇注入阀，启井时甲醇经所述甲醇注入阀与所述第一管路内的乙二醇混合后注入油嘴的上游，正常运行下游解堵时，甲醇依次经过所述甲醇注入阀、联通阀和乙二醇注入阀后注入至所述油嘴的下游。

进一步的，所述油嘴位于主管路上，所述主管路上还设有主阀和翼阀，所述主阀和翼阀位于所述油嘴的上游，且所述主阀和翼阀分别位于所述第一注入管路的两侧。

进一步的，所述主管路上靠近所述油藏的一端还设有井下安全阀，所述井下安全阀的上游和下游分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别用于检测所述井下安全阀上游和下游的压力。

进一步的，所述第三注入管路上还设有甲醇计量阀，所述甲醇计量阀位于所述甲醇注入阀的上游。

进一步的，所述第一注入管路和第二注入管路上还分别设有第一单向阀和第二单向阀，所述乙二醇从所述第一注入管路经过所述第一单向阀后注入至所述油嘴的上游，乙二醇从所述第二注入管路经过所述第二单向阀后注入至所述油嘴的下游。

另一方面，本发明还提供了一种水下井口水合物抑制剂注入方法，基于所述的水下井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，包括步骤：

启井时，打开联通阀且关闭乙二醇注入阀，乙二醇经联通阀注入至油嘴的上游；

待温度逐渐上升至水合物防控温度后，打开乙二醇注入阀，关闭联通阀，乙二醇经第二单向阀注入至油嘴下游。

进一步的，启井时，打开连通阀和甲醇注入阀，关闭乙二醇注入阀，乙二醇经联通阀与甲醇混合后注入至油嘴的上游。

进一步的，还包括正常运行时下游管路的解堵，具体包括，启井后当油嘴下游管道内发生堵塞时，打开甲醇注入阀和联通阀，甲醇与乙二醇混合后流向水合物堵塞处。

进一步的，所述启井还包括步骤：注入乙二醇前，打开甲醇注入阀，经第一单向阀注入至井下安全阀上部，待井下安全阀的上游和下游压力相同时，打开所述井下安全阀。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

启井过程中，油嘴下游水合物的防治将以乙二醇为主，甲醇为辅，待油嘴下游温度逐渐上升至水合物防控温度后，可停止主阀与翼阀间乙二醇的注入，乙二醇将切换至正常生产过程中在油嘴下游注入，以降低正产过程中的注入压力，减少能耗。

因甲醇的蒸气压低，挥发性好，注入管线和设备后容易气化进入湿气内接触水合物块溶解，解堵作用好，甲醇将作为解堵的主要介质，而油嘴下游易发生水合物堵塞，甲醇可通过本发明的连通阀在解堵时可以注入至油嘴下游。

减小启井过程中，甲醇注入的设计流量，以减小脐带缆截面面积，降低工程投资，同时减少依托平台上的有毒有害介质甲醇的储存量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是水下井口水合物抑制剂注入系统的结构示意图；

图2是水下井口处水合物抑制剂注入工艺系统图

图3是不同质量分数乙二醇的凝点图；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1和图2所示，本发明的实施例1提供了一种水下井口水合物抑制剂注入系统，包括乙二醇供应系统、和与所述乙二醇注入系统连通的第一注入管路12和第二注入管路13，所述乙二醇供应系统内的乙二醇经乙二醇计量阀1分别注入至所述第一注入管路12和第二注入管路13，所述第一注入管路12上设有联通阀2，所述第二注入管路13上设有乙二醇注入阀5，所述第一注入管路12内的乙二醇经所述联通阀2注入油嘴6的上游，所述第二注入管路13内的乙二醇经乙二醇注入阀5注入至油嘴6下游，所述乙二醇采用水进行稀释至质量分数为80％～90％。

需要说明的是，本发明所指的乙二醇均指的是初次装填注入所使用的乙二醇，用水稀释。

如图3所示，生产油嘴下游管材最低设计温度-29℃，通常在启井前，为了平衡油嘴上游和下游的压力，需对管道系统进行充压，以控制天然气经油嘴节流后温度高于-24℃，现有技术通常购买的商用乙二醇质量分数为99.9％浓度，凝点-10℃，在启井工况中，如注入油嘴上游，乙二醇在上游凝固，降低上游的压力，将在油嘴下游冻堵。

而本发明预先采用对购买的商用乙二醇使用淡水稀释至质量分数为80％～90％，使凝点降低到-29.8℃，以满足启井过程中抑制剂凝点要求，并充填在乙二醇管道内作为初始预填介质。

乙二醇供应系统内的乙二醇经乙二醇计量阀1，向采油树引两条管路，一条经油嘴下游乙二醇注入阀5注入至油嘴6下游，另一条经所述联通阀2注入油嘴6的上游。启井过程中，打开所述联通阀2，乙二醇经过所述和第一注入管路12的联通阀注入至油嘴6的上游，当待油嘴6下游温度逐渐上升至水合物防控温度后，停止油嘴6上游乙二醇的注入，打开乙二醇将注入阀，切换至正常生产过程中，乙二醇在油嘴6下游注入，以降低正产过程中的注入压力，减少能耗。

为了减少甲醇的使用量，启井过程中将根据水合物的防治需要，计算所需的水合物抑制剂乙二醇的注入量，作为井开井的乙二醇设计流量。

为了增加安全性，所述的水相井口水合物抑制剂注入系统还包括甲醇供应系统，所述甲醇供应系统与所述第一注入管路12之间通过第三注入管路14连通，所述第三注入管路14上设有甲醇注入阀5，所述第三注入管路14与所述第二注入管路13之间通过连通阀2连通。

启井时，甲醇经所述甲醇注入阀5与所述第一注入管路12内的乙二醇混合后注入油嘴6的上游，正常运行下游管路解堵时，甲醇依次经过所述甲醇注入阀4、联通阀2和乙二醇注入阀5后注入至所述油嘴6的下游。

稀释后的乙二醇凝点、粘度虽满足，甲醇的粘度小，冰点低，开井过程水合物冻堵风险大，为了增加安全性，充分发挥甲醇系统能力，在开井过程中以乙二醇计算量为主，甲醇系统采用最大能力作为辅助。等温度上升到14℃以后，即开井水合物防控过程已经结束，因此可以切换在油嘴6下游注入乙二醇。本发明开井过程中可以完全不要甲醇，但为了保守起见，建议甲醇用作补充以增加安全性。

本发明中启井过程中，油嘴6下游水合物的防治将以乙二醇为主，甲醇为辅，待油嘴下游温度逐渐上升至水合物防控温度后，可停止油嘴6上游乙二醇的注入，乙二醇将切换至正常生产过程中在油嘴6下游注入，以降低正产过程中的注入压力，减少能耗。

所述水下井口水合物抑制剂注入系统作为水下分配单元，所述甲醇和乙二醇在经过所述水下分配单元对启井和正常工作过程进行水合物抑制后，分别从不同的去井口流出。所述甲醇供应系统包括位于海面上的第一依托平台以及与所述第一依托平台之间连通的脐带缆，所述乙二醇供应系统包括位于海绵上的第二依托平台以及与所述第二依托平台之间连通的乙二醇管道。

所述油嘴6位于主管路上，所述主管路上还设有主阀7和翼阀8，所述主阀7和翼阀8位于所述油嘴6的上游，且所述主阀7和翼阀8分别位于所述第一注入管路12的两侧。

所述主管路上靠近所述油藏的一端还设有井下安全阀11，所述井下安全阀11的上游和下游分别设有第一压力传感器P1和第二压力传感器P2，所述第一压力传感器P1和第二压力传感器P2分别用于检测所述井下安全阀11上游和下游的压力。

所述第三注入管路14上还设有甲醇计量阀3，所述甲醇计量阀3位于所述甲醇注入阀4的上游。

所述第一注入管路12和第二注入管路13上还分别设有第一单向阀9和第二单向阀10，所述乙二醇从所述第一注入管路12经过所述第一单向阀9后注入至所述油嘴6的上游，乙二醇从所述的第二注入管路13经过所述第二单向阀5后注入至所述油嘴6的下游。

本发明的乙二醇注入系统，经乙二醇计量阀3，向采油树引两条管路，一条经油嘴6下游乙二醇注入阀5、第二单向阀10注入至油嘴6下游，另一条经联通阀2，再经第一单向阀9注入至主阀7与翼阀8间。自脐带缆内引入甲醇管道，经甲醇计量阀3，甲醇注入阀4后，接入至联通阀2与第一单向阀9之间。因甲醇的蒸气压低，挥发性好，注入管线和设备后容易气化进入湿气内接触水合物块溶解，解堵作用好，甲醇将作为解堵的主要介质，而油嘴6下游易发生水合物堵塞，甲醇可通过本发明的联通阀2在解堵时可以注入至油嘴下游。

基于上述水下井口水合物抑制剂注入系统抑制剂注入系统的注入方法，包括步骤：包括启井，具体包括步骤：

启井时，打开联通阀2关闭乙二醇注入阀5，乙二醇经联通阀2注入至油嘴6的上游；

待温度逐渐上升至水合物防控温度后，打开乙二醇注入阀5，关闭联通阀2，乙二醇经第二单向阀10注入至油嘴下游。

为了提高安全性，引入甲醇供应系统，本发明进一步还包括步骤：启井时，打开联通阀2，关闭乙二醇注入阀5，同时打开甲醇注入阀4，乙二醇经联通阀2与甲醇混合后注入至油嘴6的上游。

所述方法还包括正常运行时下游管路的解堵，所述解堵具体包括，当油嘴下游管道内发生堵塞时，打开甲醇注入阀4和联通阀2，甲醇与乙二醇混合后经第二单向阀10流向水合物堵塞处。因甲醇的蒸气压低，挥发性好，注入管线和设备后容易气化进入湿气内接触水合物块溶解，解堵作用好，甲醇将作为解堵的主要介质，而油嘴下游易发生水合物堵塞，甲醇可通过本发明的连通阀在解堵时可以注入至油嘴下游。

为了溶解安全阀关停过程中井壁上的水合物，所述启井还包括步骤：注入乙二醇前，打开甲醇注入阀4，经第一单向阀9注入至井下安全阀11上部，待井下安全阀11的上游和下游压力相同时，打开所述井下安全阀11。甲醇饱和蒸气压小，密度轻，再打开井下安全阀11前，注入可以分布在气相中，溶解关停过程中井筒壁上的水合物。

具体应用时，举例如下：

气田共12口生产井，单井最大关井压力58.8MPa，生产油嘴6上游最大流动压力50.6MPaA，油嘴6下游最大流动压力14.9MPaA，单井启井如果采用甲醇，甲醇注入流量45m³/d，脐带缆内需要自依托平台1集成3根70km，1.25in的甲醇不锈钢管道。正常生产过程中，为了防止水合物生成，乙二醇注入系统的设计能力是1213m³/d,需要自依托平台2通过114km，6in的钢管输送。

本发明中以质量分数90％的乙二醇作为启井的水合物抑制剂，启井时单井最大乙二醇流量60m^3/d，叠加其他井正常生产需要注入的乙二醇，乙二醇的设计能力提高至1250m³/d，乙二醇管道尺寸保持不变。因甲醇只是辅助开井和用作水合物解堵，流量可优化至12m³/d,因此脐带缆内甲醇管道可优化至1根1.25in甲醇不锈钢管道，脐带缆投资可降低8900万，依托平台1上的有毒有害介质甲醇的储存量，仅需保证井筒内水合物的抑制，由12口井启井需要的300m³可降低至40m³。

(1)启井操作程序

打开主阀，甲醇计量阀3流量设置为12m³/d，打开甲醇注入阀4，经第一单向阀9注入至井下安全阀11上部，待压力传感器P1和P2相同时，打开井下安全阀11。乙二醇计量阀，流量设置为60m³/d，打开联通阀2，经第一单向阀9与甲醇混合后，注入至主阀7与翼阀8间，打开翼阀8，待温度逐渐上升至水合物防控温度后，在压力14.9MPaA生成温度14℃后，打开乙二醇注入阀5，关闭联通阀2，乙二醇经第二单向阀10注入至油嘴6下游，以此可减少生产操作过程中的注入能耗。

(2)正常运行时下游管路水合物解堵操作程序

当生产油嘴6下游发生水合物堵塞，将采用甲醇作为解堵介质，打开甲醇注入阀4，打开联通阀2，打开乙二醇注入阀5，经第二单向阀10，甲醇可流向水合物堵塞处。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种水下井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，包括乙二醇供应系统、和所述乙二醇注入系统连通的第一注入管路和第二注入管路，所述乙二醇供应系统内的乙二醇经乙二醇计量阀分别注入至所述第一注入管路和第二注入管路，所述第一注入管路上设有联通阀，所述第二注入管路上设有乙二醇注入阀，所述第一注入管路内的乙二醇经所述联通阀注入油嘴的上游，所述第二注入管路内的乙二醇经乙二醇注入阀注入至油嘴下游，所述乙二醇采用水进行稀释至质量分数为80％～90％。

2.根据权利要求1所述的水相井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，还包括甲醇供应系统，所述甲醇供应系统与所述第一注入管路之间通过第三注入管路连通，所述第三注入管路上设有甲醇注入阀，启井时甲醇经所述甲醇注入阀与所述第一管路内的乙二醇混合后注入油嘴的上游，正常运行下游解堵时，甲醇依次经过所述甲醇注入阀、联通阀和乙二醇注入阀后注入至所述油嘴的下游。

3.根据权利要求2所述的水下井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，所述油嘴位于主管路上，所述主管路上还设有主阀和翼阀，所述主阀和翼阀位于所述油嘴的上游，且所述主阀和翼阀分别位于所述第一注入管路的两侧。

4.根据权利要求1所述的水下井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，所述主管路上靠近所述油藏的一端还设有井下安全阀，所述井下安全阀的上游和下游分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别用于检测所述井下安全阀上游和下游的压力。

5.根据权利要求1所述的水下井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，所述第三注入管路上还设有甲醇计量阀，所述甲醇计量阀位于所述甲醇注入阀的上游。

6.根据权利要求1所述的水下井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，所述第一注入管路和第二注入管路上还分别设有第一单向阀和第二单向阀，所述乙二醇从所述第一注入管路经过所述第一单向阀后注入至所述油嘴的上游，乙二醇从所述第二注入管路经过所述第二单向阀后注入至所述油嘴的下游。

7.一种水下井口水合物抑制剂注入方法，基于权利要求1～6中任意一项所述的水下井口水合物抑制剂注入系统，其特征在于，包括步骤：

启井时，打开联通阀且关闭乙二醇注入阀，乙二醇经联通阀注入至油嘴的上游；

待温度逐渐上升至水合物防控温度后，打开乙二醇注入阀，关闭联通阀，乙二醇经第二单向阀注入至油嘴下游。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤：启井时，打开连通阀和甲醇注入阀，关闭乙二醇注入阀，乙二醇经联通阀与甲醇混合后注入至油嘴的上游。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括正常运行时下游管路的解堵，具体包括，启井后当油嘴下游管道内发生堵塞时，打开甲醇注入阀和联通阀，甲醇与乙二醇混合后流向水合物堵塞处。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述启井还包括步骤：注入乙二醇前，打开甲醇注入阀，经第一单向阀注入至井下安全阀上部，待井下安全阀的上游和下游压力相同时，打开所述井下安全阀。