一种可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统与方法与流程

本发明属于可燃冰开采输送，特别涉及一种可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统与方法。

背景技术：

1、天然气水合物可视为被高度压缩的天然气资源，1m3天然气水合物能够分解释放出160～180m3标准状态的天然气，依此粗略估算，全球天然气水合物矿藏中蕴藏的天然气总体积量大约为1.8×1016～2.1×1016m3，相当于全球已探明常规化石燃料总碳量的2倍，因此水合物的能源地位有望在未来取代常规的石油、煤等化石燃料，成为新型的洁净能源。目前，海域天然气水合物尚处于勘探和试采阶段，同时开展大量的基础研究。近年来，相继开展了多次海域天然气水合物试采活动。特别地，我国在2020年成功开展了南海海域可燃冰第二轮试采，采用“水平井”开采模式再一次创造了可燃冰开采时间与开采总量的记录，为商业化开采奠定了坚实的基础。

2、根据海域天然气水合物形成条件，采用降压法开采是一种原理较为清晰、经过试采活动验证的方式，在现阶段的试采活动中，该方法主要通过降低海域天然气水合物藏的压力，打破其稳定条件，促使天然气水合物形成气相和液相，并通过井下的防砂装置、预分离装置和电潜泵等，经独立的气相管道和液相管道，将所产介质输送至海上平台进行处理、排放。

3、水合物二次生成防治是可燃冰开采、输送的关键问题。受成藏条件、降压开采工艺、井下预处理工艺等影响，采出的液相介质中含有一定的游离气，采出的气相介质中含有一定的游离水；同时，介质从井下采出后，水下生产系统面临较为严苛的压力、温度制约(例如，深水环境温度一般为3～8℃，可燃冰采集水域水深可达1400m左右)，这都对水合物二次生成场景提供了存在性条件。因此，对于气液分输管道的不同运行条件，合理控制与减缓输送系统中水合物二次生成对高效、安全输送具有重要意义。

4、目前，鲜有对可燃冰采集系统中水合物二次生成防治技术的详细报道，部分公开信息未专门针对输送管道系统中水合物二次生成防治提出具体方案。因此，有必要开展降压法可燃冰采集的水下生产系统水合物二次防治系统与方法的研究，提出合理可行的技术方案，支撑后期商业开发。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够安全、高效地防治海域可燃冰采集管路水合物二次生成问题的防治系统与方法。

2、本发明基于水平井降压法开采工艺，以采出介质水合物二次生成防治为目标，设置合理的采出介质输送工艺系统。具体地，在水下设置液相管道水合物控制系统，用于对井口采出的液相介质进行缓冲与分离，将井下预分离后仍然夹带在液相管道中的游离气进行大幅分离，保障进入水下液相输送系统的介质基本为纯液相，即可燃冰分解水，从本质上大幅降低液相管道水合物二次生成风险及由此可能引起的水合物颗粒冲蚀风险，同时，将分离出的气相利用小幅压差注入气相管道，提高气相管道输送效率，另外，也包括在中心系统的汇管处设置周期性排气阀，用于对可能积聚的“死气”进行排放至气相管道；在水下设置停输截断与压力控制系统，用于对液相管道在停输工况时进行静水压力隔离、游离气聚集区域压力泄放等，进一步对非流动工况进行水合物二次生成进行控制；在井口、管汇等位置有针对性地设置水下水合物抑制剂注入系统，用于对气相管道、液相管道提供必要的水合物抑制剂注入接口，根据生产运行的实际需要注入水合物抑制剂，作为对水下提供水合物二次生成控制的附加保障措施。由此，形成了一种海域可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统，实现了基于组分控制、压力控制和抑制剂备份注入多维度的防治体系，达到高效控制水合物二次生成的目的。

3、本发明采用的技术方案是：一种可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统，包括用于对产出的气相介质进行输送的气相采集管道以及用于对产出的液相介质进行输送的液相采集管道，其特征在于：所述液相采集管道与液相管道水合物控制系统相连，用于对井口液相采出介质的游离气进行分离；

4、所述液相管道水合物控制系统包括气液分离器、旁路截断阀以及分离器气相调节阀，所述液相采集管道与气液分离器相连，所述气液分离器的液相出口与液相管道中心汇管相连，所述气液分离器的气相出口通过设置有分离器气相调节阀的管道与气相采集管道相连，并接至气相管道中心汇管，所述气液分离器设置有旁路，在所述旁路上设置有旁路截断阀，所述旁路的进口端与气液分离器的上游管道相连，其出口端与气液分离器的下游管道相连。

5、本发明所述的可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统，其所述液相管道水合物控制系统还包括液相汇管排气调节阀，所述液相汇管排气调节阀连通液相管道中心汇管和气相管道中心汇管，用于将液相管道中心汇管内积聚的气体排入气相管道系统中。

6、本发明所述的可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统，其在所述气相采集管道和液相采集管道上分别设置有停输截断阀组，所述停输截断阀组包括设置在气相采集管道上的气相采集管道井口截断阀和气相采集管道末端截断阀，以及设置在液相采集管道上的液相采集管道井口截断阀、液相采集管道分离后截断阀和液相采集管道末端截断阀。

7、本发明所述的可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统，其在所述气相采集管道和液相采集管道之间设置有压力控制系统，所述压力控制系统包括起端液相采集管道泄压截断阀、起端液相采集管道泄压调节阀、末端液相采集管道泄压截断阀以及末端液相采集管道泄压调节阀；

8、设置有起端液相采集管道泄压截断阀和起端液相采集管道泄压调节阀的管道用于沟通气液分离器液相出口的上游段与气相采集管道；设置有末端液相采集管道泄压截断阀和末端液相采集管道泄压调节阀的管道用于沟通气液分离器液相出口的下游段与气相采集管道，在停输状态下，所述气相采集管道用作液相系统泄压介质接收管道。

9、本发明所述的可燃冰采集管路水合物二次生成防治系统，其所述防治系统还包括水下水合物抑制剂注入系统，所述水下水合物抑制剂注入系统包括抑制剂注入主管道、水下中心汇管注入调节阀、井口液相管道注入调节阀以及井口气相管道注入调节阀；

10、所述抑制剂注入主管道连接水上处理平台的水合物抑制剂注入单元和水下系统，所述抑制剂注入主管道通过水下中心汇管注入调节阀与液相管道中心汇管相连，所述抑制剂注入主管道通过井口液相管道注入调节阀与气液分离器的液相出口相连，所述抑制剂注入主管道通过井口气相管道注入调节阀与气液分离器的气相出口相连。

11、一种可燃冰采集管路水合物二次生成防治方法，其特征在于：具体包括如下方法：

12、可燃冰采用井下降压开采的模式生产，采出的气相介质通过气相采集管道输送至水下中心区域，与其他单井气相采集管道汇合后，通过气相立管输送至水面；采出的液相介质通过液相采集管道、液相增压泵及液相泵后管道输送至水下中心区域，与其他单井液相采集管道汇合后，通过液相立管输送至水面；其中，液相采集管道将液相接入气液分离器，将分离的游离气通过分离器气相调节阀注入气相管道；

13、当正常输送时，保持抑制剂注入主管道开启，周期性地开启水下中心汇管注入调节阀，用于向中心汇管小剂量注入水合物抑制剂，且同步周期性地开启液相汇管排气调节阀，用于将液相管道中心汇管内积聚的气体排入气相管道系统中；

14、当气液分离器需要检修时，开启旁路截断阀，液相采出介质短期内不进行气液分离；同步地，开启井口液相管道注入调节阀，用于向液相管道持续注入水合物抑制剂，该部分水合物抑制剂注入量应与井下分解时已经注入的水合物抑制剂注入量协同作用，保障液相管道中游离气在输送中不发生冻堵；同时，仍然周期性地开启液相汇管排气调节阀。

15、本发明所述的可燃冰采集管路水合物二次生成防治方法，其井下增压泵提供液相进入气液分离器时压力高于气相采集管道内压力1mpa。

16、本发明所述的可燃冰采集管路水合物二次生成防治方法，其当单井系统计划性停产后，关闭气相采集管道井口截断阀、液相采集管道井口截断阀、液相采集管道分离后截断阀、气相采集管道末端截断阀和液相采集管道末端截断阀，将单井采集系统分割为井口区域和采集管道区域；

17、实施分段区域压力降低，开启起端液相采集管道泄压截断阀和起端液相采集管道泄压调节阀，向气相管道排入高压液相管道介质，降低液相泵后管道的压力，随后，开启末端液相采集管道泄压截断阀和末端液相采集管道泄压调节阀，向气相管道排入高压液相管道中的可能聚集的游离气，逐步降低液相泵后管道的压力；保持分离器气相调节阀开启，逐步降低气液分离器的压力。

18、本发明所述的可燃冰采集管路水合物二次生成防治方法，其水下水合物抑制剂注入系统连通水面生产系统至水下系统，水下水合物抑制剂注入系统计划性地向液相管道中心汇管、气液分离器的液相出口以及气液分离器的气相出口注入水合物抑制剂。

19、与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明基于海域可燃冰水平井开采需求，结合生产规律与产出介质特点，提出了一套基于气相采出管道、液相采出管道运行压力不相互干扰的水合物二次生成防治系统与方法，从组分控制气液分离、“死气”聚集区域清除、停输后压力隔离与泄放等角度出发，辅以水面水合物抑制剂支持，多维度提供了高效、可行的水下可燃冰采出介质输送管道的水合物二次生成防治功能。

20、具体表现为：

21、(1)设置科学

22、本发明基于海域可燃冰开采理论，顺应降压法开采模式，针对井下分解时输出的气相通道和液相通道的介质特征，结合深水开发环境下的压力和温度条件，评价并获得了气相介质采集管道基本维持3mpa运行压力下的水合物二次生成风险较小、重点针对液相介质采集管道进行水合物二次生成防治的观点，提出了气液二次分离的方案，从组分上对液相介质采集管道进行水合物二次生成防治，并在液相采集管道可能涉及的“死气”区域进行周期性排气。

23、进一步地，对停输后的采集系统，提出了压力隔离的措施，以降低静水压力对采集管道系统的影响，大幅改善水合物二次生成的条件。总体来讲，通过有效分析基于降压开采的可燃冰采集系统水合物二次形成风险与规律，提出了合理的控制措施。

24、(2)经济性佳

25、本发明提出了仅针对液相管道进行井口分离的措施，大幅降低了水下分离器尺寸，有针对性地对液相采集管道组分进行控制，亦大幅降低了抑制液相管道形成水合物所需的水合物抑制剂的注入量。同时，设置的压力隔离与控制系统，对单井停产后的管道系统进行有效的介质压力控制，避免了采用全线水合物抑制剂驱替与置换。通过采用本系统提供的方案，基本可实现可燃冰采集系统水合物二次生成防治所需的抑制剂“近零注入”，仅需对井下可燃冰分解增产所需的水合物抑制剂提供支撑。

26、(3)理念先进

27、我国已经开展多次海域可燃冰试采活动，积累了较多经验，为后期商业化开采提供了良好的基础。本发明的技术方案顺应水平井降压开采模式，对水下采集系统的流动保障问题进行了专题研究，对过往研究成果进行了优化，提出了气相采集管道、液相采集管道的水合物二次生成防治要点与做法，对支撑后续规模性开发提供了良好的借鉴与支撑。