復熱外輸技術在大牛地氣田應用時機預測

季永強 王海琴

1中國石化華北分公司勘探開發研究院；2長江大學石油工程學院 3中國石油大學（華東）儲建學院

復熱外輸技術在大牛地氣田應用時機預測

季永強1；2 王海琴3

1中國石化華北分公司勘探開發研究院；2長江大學石油工程學院 3中國石油大學（華東）儲建學院

大牛地氣田采用單井高壓進站，站內加熱二級節流，低溫制冷脫水的地面集氣工藝。為解決氣井壓力逐漸降低導致外輸氣水露點不達標的問題，采用小壓差復熱外輸技術使原料氣經換熱產生足夠大的溫降，以保證外輸氣的水露點指標。經過比較各集氣站的外輸氣實際水露點與要求水露點的差異，根據氣田天然氣節流的壓降溫降規律，以及集氣站壓力降低速率趨勢，預測了冬、夏兩季換熱器的應用時機。

天然氣；復熱外輸；水露點；換熱器；時機預測

大牛地氣田地面集輸采用單井高壓進站，站內加熱，二級節流，低溫制冷脫水工藝。一級節流后壓力控制在4.9～5.4MPa之間。隨著氣田氣井壓力的逐步降低，集氣站內可用的節流壓差逐漸變小。當氣井壓力下降到一定程度時，將不再有足夠的可利用的壓力進行節流制冷脫水，外輸氣水露點將逐漸上升至不達標。針對這一變化趨勢，氣田采用小壓差復熱外輸技術[1-2]來解決這一問題。

1 復熱外輸工藝流程

復熱外輸工藝是指通過小壓差節流使天然氣產生一個小溫降，以此溫降作為換熱器冷端溫差。通過利用高效換熱器，選取足夠大的換熱器面積，使原料氣在此小冷端溫差下經換熱產生足夠大的溫降，以解決隨著氣井壓力的逐漸降低帶來的天然氣脫水深度不足的問題，保證氣田生產一定階段內外輸天然氣水露點的指標要求。

大牛地氣田集氣站內天然氣復熱外輸工藝流程如圖1所示。

圖1 復熱外輸工藝原理流程

與傳統的二級節流工藝相比，大牛地氣田集氣站內換熱器增設于二級節流前，利用二級節流小壓差（二級節流壓差控制為0.4～0.5MPa）產生的溫降實現復熱外輸，即將二級節流前的天然氣與二級節流降溫后的天然氣進行換熱，回收外輸天然氣攜帶的冷量對二級節流前天然氣進行預冷，彌補了由于氣井壓力下降導致的一級節流冷量的不足，降低了二級節流的壓差，延緩氣田增壓的實施。

2 集氣站出站天然氣的水露點

大牛地氣田的天然氣經陜京二線轉輸榆濟管線，交氣壓力要求均為4MPa，集氣站外輸壓力需保持在4.53～5.45 MPa；氣田管線埋于凍土層以下，環境溫度冬季按0℃考慮，夏季按5℃考慮。因此，根據《輸氣管道工程設計規范（GB 50251—2003：13）》規范要求，冬季和夏季外輸氣水露點要求分別為-5℃和0℃。

大牛地氣田集氣站二級旋流分離器至出站計量管線均設有保溫措施，因此可近似取旋流分離器溫度作為天然氣出站水露點溫度。在冬、夏兩季分別對比各集氣站天然氣出站水露點與要求水露點。對比結果分別見圖2、圖3。從圖2、圖3可以看出，冬季各集氣站天然氣實際出站水露點均不能達到外輸露點要求，而夏季除34站以外均達不到外輸露點要求。

圖2 冬季天然氣實際出站水露點與要求水露點的比較

圖3 夏季天然氣實際出站水露點與要求水露點的比較

3 天然氣節流溫降趨勢

大牛地氣田采用節流膨脹脫水工藝，節流后天然氣水露點取決于天然氣的節流壓降和節流前的溫度。隨著壓力的降低，溫降系數逐漸增大。天然氣為5～10MPa時的平均節流溫降系數為4～5℃/MPa。復熱外輸技術在10#集氣站的先導試驗表明，換熱器實施后將二級節流入口溫度降低了12～15℃左右。按二級節流壓差0.5MPa計算，可以將節流溫降系數增加為29～35℃/MPa左右。可見，換熱器實施后，利用較小的節流壓差便可解決天然氣外輸水露點的問題，同時節約了相當一部分的地層能量。

4 換熱器的極限應用時機

根據各集氣站出站水露點與外輸要求水露點偏差以及節流溫降的變化趨勢，可以計算出集氣站欠缺的壓力，結合各集氣站壓降速率，便可以預測在氣田實際生產中實施換熱器的時機。

表1為冬、夏兩季換熱器應用時機的實際預測情況。

由表1中可以看出，33個集氣站中，除1#、3#、4#、7#、10#、15#、16#、28#、34#共9個集氣站外，其余集氣站夏季換熱器應用時機均早于冬季。結合站內操作流程可知，這是由于夏季因來氣溫度較高（夏季平均進站溫度16℃），站內加熱爐普遍停用，導致節流后溫度相對較高，無法滿足脫水深度要求。而冬季來氣溫度雖然較低（冬季平均進站溫度5℃），但加熱爐出口處無溫度計插槽，依靠一級節流后溫度計無法精確控制加熱程度，出現加熱爐使用過度也會導致節流后溫度相對較高，也將無法滿足脫水深度要求。因此，復熱外輸技術的應用，可保證一定時期內集氣站外輸氣水露點滿足要求。

5 結語

對大牛地氣田各集氣站復熱外輸技術的應用時機預測分析表明：①大牛地氣田集氣站換熱器的應用時機夏季普遍早于冬季；②安裝換熱器這一輔助生產工藝，能夠在一定時期滿足低壓條件下的低溫分離生產需求，延緩增壓設備或其他輔助設施的安裝時間；③建議進行加熱爐停用極限條件研究，冬季在保證一定注醇量的情況下再結合進站溫度與井口壓力情況停用加熱爐。

表1 換熱器實際應用時機預測

[1]李時宣，馮凱生．天然氣小壓差節流制冷脫烴工藝技術[J]．油氣田地面工程，2005，24（7）：17-18.

[2]李蓮明，于浩杰．小壓差大溫降工藝在榆林氣田的應用[J]．天然氣工業，2006，26（6）：137-138.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.035