摘要：伴随着我国常规天然气资源地下储量的不断下降和社会对于油气需求量的不断上涨，页岩气的大量开采已经成为了必然的趋势。基于笔者的学习和实践经验，本文首先介绍了我国页岩气开采的现状，然后总结了页岩气井在开采过程中存在的问题并提出了建议。接着，分析了页岩气井在生产初期安装固定式节流阀以及保温套的必要性，然后提出了水浴保温套工程在页岩气井初期生产中的施工方案。最后，阐明了在页岩气井初期生产中安装水浴保温套的成果，希望能对我国的页岩气井开采在生产初期提供一定的理论支持。
关键词：页岩气；大压差节流；固定式节流阀；水浴保温套
1 我国页岩气开采的现状
页岩气是持久性生成的生物化学成因气和热成因气或者是由生物化学成因气和热成因气的组合而成的气体。页岩气能够凭借着自己自由的状态生存在天然存在的裂缝或者孔隙之中，凭借着附着的状态生存在干酪根或者黏土颗粒等的外层表面上，还有非常少数的页岩气凭借着溶解的态势集中在干酪根或者沥青质之间，自由状态的气体的比例一大约是20%～85%。说到底，页岩气的主要构成成分依然还是甲烷，只不过它是一种更为干净、更为高效的能源性资源和化工原料，大部分使用在居民的燃气、城市的供热以及发电、汽车的燃料和化工的生产等这些方面，总体的使用范围十分多样化。
中国页岩气资源的可采储总量非常大，经过学者们初步的预算我国页岩气可开采资源的总量大概是36.1万亿立方米，稍微比浅煤层气地质资源量少，浅煤层地址资源总量大概是36.8万亿立方米。我国的主要盆地所在地区能够进行开采的页岩气资源量大概是25万亿立方米，相比起来，远远的多于了我们目前家家户户正在大量使用的常规性天然气资源。页岩气的生成和聚集有着其自身非常之特别的特性，它与我们目前正在大量使用的常规天然气比较起来而言，页岩气的开采优势是开采寿命更长以及生产周期更长，绝大多数的产页岩气分布范围广、厚度大，且页岩气开采初期虽然产量下降快，但总的生产周期还是很长的，大部分都可以达到30年乃至50年的时间，探测开采的成功率也很高，在工业方面的经济价值十分的高。再加上伴随着我国常规天然气资源地下储量的不断下降和人们对于油气需求量的不断上涨，页岩气开发已成为了必然的趋势，目前在我国已经成立的页岩气水平井开采区块主要有涪陵地区区块以及威远地区区块。
2 页岩气井开采初期过程中存在的问题及对策
根据实际页岩气气田产量绘制出来的产量递减曲线中所总结出来的规律，我们可以知道，页岩气井生产初期具有井口压力高，流程区压力低，投产初期不产水，井口大压差节流，用户结构多元化这些技术难点，据统计，威荣、永川区块超70%的气井投产前压力大于60MPa。井口大压差节流还容易带来以下这些问题：（1）页岩气井口大压差节流产生节流温度降，形成水合物堵塞；（2）页岩气井口角式针型阀在大压差节流条件下对压力、产量调节操作极为困难；（3）平板阀在节流状态下容易导致闸板弯曲变形、脱落、密封失效和阀体刺漏。所以，安装固定式节流阀+水浴保温套，把水套炉的热水引入到水浴保温套对阀门和管线进行加热，确保在节流后阀门不形成水合物不堵塞，是确保气井连续生产非常有效的途径和方法。
3 页岩气井生产初期水浴保温套工程的施工方案
3.1 水浴保温套工程概述
页岩气井的集气站站场施工总的原则是：先土建后安装；先进行地下操作，然后再进行地上的工程。依据这样的施工栓徐，安装单位必须首先进行预演，等到土建工程完全的达到了安装的要求之后再进行整体安装。总体施工方案顺序：施工准备（包括材料、设备、施工机具、必备性技术、施工人员以及管理操作人员）→整体设计计划交付→施工设备、机具以及人员的进入安排→工程安装→管道组对焊接→管道防腐工程→试压→恢复整体地貌。
从页岩气井输送过来的高压气由单井采气管线输送到集气站。进入集气站后，气体通过水套加热炉加热到47℃后节流到14MPag；再进加热炉加热到50℃后节流到3.5MPag，温度约20℃。节流过后的单井气体进入到计量分离器之中进行气液分离的操作并进行计量，采用的是连续性的计量方式，分离出的气体经孔板流量计计量后由外输进入重燃输气管线；分离出的液体通过漩涡流量计计量后进入污水罐储存，定期装车向集气外运送。集气站场紧急放空通过限流孔板泄放，集气站出口设置紧急截断阀对集气站进行高低压切断保护。为了消除井口大压差节流带来的生产安全问题，可将井口常规针型阀更换为70 MPa固定式节流阀（可实现大压差节流，且节流稳定）。固定式节流阀安装工艺流程如下图1的固定式节流阀安装工艺流程示意图所示。
图1 固定式节流阀安装工艺流程示意图
并且还需要在固定式节流阀四周安装上水浴保温套，把水套炉的热水引入到水浴保温套对阀门和管线进行加热，确保在节流后阀门不形成水合物不堵塞。固定式节流阀水浴保温方案如下图2的固定式节流阀水浴保温方案示意图所示。
图2 固定式节流阀水浴保温方案示意图
3.2 水浴保温套工程主要工程量及施工内容
页岩气井生产初期的保温套安装工程的主要工程量参照下表1的页岩气井保温套安装工程主要工程量所列。
表1 页岩气井保温套安装工程主要工程量
根据实地勘测，井口及水套炉区域具备安装保温套的条件，页岩气井保温套安装工程的主要内容为：建设固定式节流阀加热设施1套，加热设施则由水浴保温套、管道增压撬装、进水管道、回水管道、保温管、增压撬装电缆等组成，其组成布局如下图3的保温套安装平面布局示意图所示：
图3 保温套安装平面示意图
（1）水浴保温套建设
建设0.5m*0.42m*0.6m材质为304水浴保温套1套；水浴保温套顶部设有开门，方便更换油嘴，底部设有阀门用于排水。
设计制造节流阀拆卸工装一套，型号：JLK-300。
（2）管道增压泵撬装建设
建设1.2m*1.2m不锈钢管道增压泵撬装1套，不锈钢管道增压泵撬装由以下部件组成：304管道泵1套，隔爆启动器1套，底座1套，管件、阀门1套。
（3）进水管线建设
建设DN40进水管38米；进水管由无缝管及管组成：其中DN40无缝管6m，PE管32米。
（4）回水管线建设
建设DN40回水管线38米，回水管材质为PE材质。
（5）保温管建设
建设φ120*φ50保温管38米，保温管由A级玻纤棉及保温套组成，保温套材质为铝板。
（6）电缆安装
建设铠装电缆90米，铠装电缆规格为4*2.5平方，电缆穿护套管110米，护套管为φ32*3热镀锌管。
（7）挖埋管沟
进回水管4米安装于地面，4米架空于操作平台下方，30米埋于地下，因此将进行动土作业，即挖30米沟用于安装进水管线，沟长38米，宽0.8米，高0.8米；电缆2米安装于地面，88米埋于地下，因此将进行动土作业，即挖88米管沟用于安装电缆，沟长88米，宽0.8米，高0.8米。
3.3 水浴保温套安装的具体要求
（1）水浴保温套顶部必须要设有密封的阀门，这是为了方便更换油嘴。而底部也必须要设有阀门是为了用于更换油嘴时的排水过程。
（2）热水管线地面部分将包裹保温层，并安装两处阀门进行控制。
（3）热水管线上装有管道泵，水套炉与水浴保温套之间形成热水循环，节约用水。
4 产生的效果
（1）采用固定油嘴+水浴保温套后，因大压差井口冰堵等问题得到了有效解决，下表是对采用保温套后各井冰堵的数量统计，从表中可以看出，采用保温套后，冰堵频次下降非常明显。
表2 使用保温套前后各井冰堵频次统计表
（2）采用固定油嘴+水浴保温套后，页岩气井因冰堵问题关井的次数几乎消失，使得气井初期能连续生产，一是减轻现场员工的劳动强度；二是减少对气井的损伤，确保气井的稳定生产；三是保证多元化用户用气的稳定性。
（3）采用固定油嘴+水浴保温套后，利用的是水套炉的热水，且能循环利用，在节能和能耗上保证了该装置的实用可行性。
（4）用电能耗低。采用本套装置时，在操作上每天可开泵约4次，每次待水箱中低温水全部置换为热水时停泵，待水箱中的热水置换至低温时开泵循环置换水。如此循环，可节约用电能。
5 结语
研究区页岩气井具有典型“三段式”压降特征，早期快速压降、中期匀速压降、后期缓慢压降。页岩气的水浴保温套装置只能是在页岩气井的开采生产的初期阶段中使用到因为页岩气只有当它在它的开采的初期阶段，才会有高含量的水和高含量的砂，以及井口压力过高等一系列问题，而且页岩气井口的出砂以及出水的周期时间比较短暂，又具有非常迅速的单井气量衰减和压力衰减问题。而页岩气井的开采生产初期井口的含砂量含水量大、压力过高会导致集中输送过程中容易形成水合物，一旦形成水合物的堵塞，整个过程就会变得非常麻烦。因此，必须要设置有除水、除砂、加热节流的设施也就是水浴保温套装置，这个操作过程必不可少。页岩气水浴保温套工程的步骤为：页岩气井口方向送来气体→调节压力→集中在管道内→除去水分→除去所含砂质→加热并节流→向外输送至集气站。页岩气主要凭借的是滚动性的开发来达到增产稳产的目标，滚动性开发的过程中水平井场的数量慢慢增加，所以水浴保温套解决冰堵技术，在其他类似的页岩气井在初期生产过程中就能直接运用，这对整个页岩气的开采都有参考性价值。
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论文作者:陈昌勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：页岩论文; 气井论文; 水浴论文; 节流阀论文; 井口论文; 集气站论文; 初期论文; 《基层建设》2019年第19期论文;