水套爐在元壩高含硫氣田運用問題分析

田德銀 王戰(zhàn)琦

(西南油氣分公司川東北采氣廠， 四川 閬中 637400)

水套爐在元壩高含硫氣田運用問題分析

田德銀 王戰(zhàn)琦

(西南油氣分公司川東北采氣廠， 四川 閬中 637400)

高含硫氣田開發(fā)中，水套爐在阻止天然氣水合物的生產(chǎn)、單質(zhì)硫的析出，恒溫控制、自控聯(lián)鎖方面起著重要的作用。在元壩海相氣井調(diào)試、生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)水浴溫度降低，氣井關斷問題，通過排查、分析、判斷，輸電線路消耗電壓，并使得水套爐電磁閥因額定電壓不足而開關不到位，影響天然氣流量，無法自動調(diào)節(jié)火焰大小，無法保持水浴溫度恒定。該問題的解決，對高含硫氣田水套爐的設計起著借鑒作用。

水套爐;水合物;自控聯(lián)鎖;水浴溫度;電磁閥;額定電壓

0 前言

元壩氣田是中石化繼普光氣田之后，成功開發(fā)的第二個高含硫氣藏，目前年生產(chǎn)天然氣能力達到凈化氣34億方。天然氣中硫化氫含量2.7%～8.44%(體積含量，下同)，二氧化碳含量3.12%～15.5%，屬于高含硫化氫，中含二氧化碳氣田。

元壩氣田井口壓力高達50MPa，氣井開采前期不產(chǎn)水，高壓天然氣經(jīng)節(jié)流降壓到7-8MPa、溫度保持在40℃左右恒溫輸送至元壩凈化廠深度脫水、凈化。在節(jié)流降壓的過程中，天然氣溫度急劇降低，當溫度降低到27℃以下時，天然氣中的水汽在雜質(zhì)的作用下生成水合物，同時，在溫度降低的過程中，高含硫天然氣極易析出單質(zhì)硫。水合物和單質(zhì)硫綜合作用，極易堵塞流程，造成氣井停產(chǎn)停輸。為解決上述問題，水套爐加熱、恒溫、自控的綜合利用，成為元壩氣田有效的解決措施之得以成功運用。如何保證水套爐的科學、有效運行，從而保證正常的氣井采輸，是保證高效開發(fā)高含硫氣田的關鍵。

1 水套爐設計考慮的因素

加熱氣體。元壩氣田高壓氣體從50MPa降壓到7-8MPa，經(jīng)過三級節(jié)流：井口天然氣(井口溫度50℃左右)經(jīng)井口籠套式節(jié)流閥節(jié)流，降壓到28MPa左右(設計壓力為40MPa)為一級節(jié)流(為保證不生成水合物，井口加注了甲醇)；加入甲醇并節(jié)流后天然氣繼續(xù)經(jīng)二級節(jié)流閥節(jié)流，降壓到14MPa左右，進入分酸分離器，分離后天然氣中不含甲醇，且溫度降低到10℃或更低，此時易生成水合物和析出單質(zhì)硫，為有效解決該問題，天然氣進入水套爐加熱后經(jīng)過三級節(jié)流閥節(jié)流，壓力將至7-8MPa，溫度40℃，最后外輸。

具備恒溫功能。考慮元壩氣田實際情況，加熱后的天然氣高于水合物的生成溫度，同時可以抑制單質(zhì)硫的析出，保證出站溫度在40℃左右，這就要求流經(jīng)水套爐的天然氣吸收的熱與火焰加熱水套爐軟化水的熱保持動態(tài)平衡，表象體征為水套爐的水浴溫度基本恒定。結(jié)合單井產(chǎn)氣量、壓力、出站溫度(約40攝氏度)，經(jīng)過設備選型(選擇水套爐的功率，如60kw、80kw等)，計算元壩各井站水套爐的最佳水浴溫度為80℃。

水套爐具備自控功能。水套爐除具備加熱功能外，應有獨立的控制系統(tǒng)，能參與站場聯(lián)鎖控制(SIS)。一旦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)水浴溫度過低、水位過低、燃燒系統(tǒng)熄火等狀況時，控制系統(tǒng)將直接把信號反饋到站場控制室，在控制室組件的作用下，實行井口關斷，從而實現(xiàn)氣井停產(chǎn)、停輸，保證高含硫氣井的生產(chǎn)安全。

2 水套爐的啟動與調(diào)節(jié)

水套爐安裝完畢后，先對設備進行通電，并進行打點單調(diào)，調(diào)試合格后具備投運條件。投產(chǎn)啟用時，在站控室電腦界面點擊或現(xiàn)場啟動“啟動”按鈕，水套爐風機啟動，建立爐膛內(nèi)風循環(huán)模式，將爐膛內(nèi)可能存在的可燃氣體通過水套爐煙囪循環(huán)到大氣中，并持續(xù)一定時間；同時，檢測器檢測出爐膛內(nèi)無可燃氣體后，點火槍自動打火，母火管線上的電磁閥自動開啟，天然氣通過母火管線進入爐膛，點燃并形成長明火；感應裝置檢測到長明火后，將信號反饋至控制柜，控制柜發(fā)出主火燃燒指令，主火管線電磁閥開啟，天然氣進入爐膛，在長明火的作用下被點燃，燃燒并加熱水套爐爐腔內(nèi)的軟化水。

在加熱天然氣生產(chǎn)時，天然氣的產(chǎn)量變化將引起系統(tǒng)溫度的變化，體現(xiàn)在水套爐水浴溫度的變化上。當水套爐水浴溫度過高，傳感器輸出信號并反饋到控制組件，控制組件發(fā)出指令，主火管線電磁閥自動減少開度，天然氣通過量減小，燃燒的熱量減少，水浴溫度降低到設計值；同樣，當水套爐水浴溫度過低，傳感器輸出信號并反饋到控制組件，控制組件發(fā)出指令，主火管線電磁閥自動增大開度，天然氣通過量增大，燃燒的熱量增大，水浴溫度升高到設計值。通過電磁閥的自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動調(diào)整加熱火焰的大小，進而調(diào)整水浴溫度，使水浴溫度在可控范圍內(nèi)小幅度波動，基本保持恒溫，滿足生產(chǎn)要求。

3 投產(chǎn)中存在的突出問題

氣井開井前，先對水套爐進行點火加熱，溫度升高至80℃左右時，根據(jù)每口井的配產(chǎn)開井生產(chǎn)，投產(chǎn)后很短時間內(nèi)(20分鐘左右)，天然氣溫度能滿足外輸要求，但隨著生產(chǎn)的進一步進行，天然氣溫度、水套爐水浴溫度逐步下降，當溫度下降到一定程度(50℃)時，SIS自控系統(tǒng)啟動，氣井關井，天然氣停產(chǎn)、停輸，嚴重影響氣田產(chǎn)量。

后經(jīng)過多次、反復相同操作，仍出現(xiàn)氣井關井、停產(chǎn)問題。

4 解決問題途徑

為解決上述問題，現(xiàn)場投產(chǎn)人員進行了反復的原因探索和查找。

加大燃料氣壓力。針對可能的燃料氣壓力過小，通過調(diào)整調(diào)壓閥，升高調(diào)壓后的燃料氣壓力，從先前的0.2MPa升高到0.3MPa、0.4 MPa甚至更高。為達到此目的，調(diào)壓閥調(diào)到了高極限，后果是調(diào)壓閥隔膜片損壞，調(diào)壓閥報廢，燃燒供氣管線因調(diào)壓后壓力過高而絲扣漏氣，緊固過程中部分管線損壞。處理該類問題需組織物資、施工隊伍，浪費物力、人力，拖延投產(chǎn)日期。

減小輸氣量。分析認為，有可能流量計計量不準，氣井實際產(chǎn)能過大。通過調(diào)節(jié)一、二、三級節(jié)流閥開度，減少天然氣產(chǎn)量，但天然氣產(chǎn)量減少的減少未能有效解決這一問題。

檢查爐頭、火頭、供風系統(tǒng)。通過拆卸爐頭，檢查供風系統(tǒng)，燃燒器及燃燒方向，并進行反復清洗、維護、調(diào)整，但這一問題均未得到有效解決。

檢查供氣流程。在其他檢查無結(jié)果的情況下，通過反復的點火、熄火，并改變水套爐水浴溫度設定值，在溫度的變化中，發(fā)現(xiàn)火焰基本無變化，并發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程中主燃料氣管線上的電磁閥動作幅度較小，遠未達到設計中電磁閥的動作幅度。

5 原因分析及解決措施

找到問題癥結(jié)后，對電磁閥動作較小，開關不到位的情況進行分析，測試。發(fā)現(xiàn)通電未啟動時電磁閥的電壓為24V，點火啟動后電磁閥的驅(qū)動電壓僅為17V，與電磁閥額定要求的24V工作電壓相差甚大，無法提供足夠的電磁閥開啟力。

分析其原因為，水套爐設計時的驅(qū)動電源在控制間，通過電線敷設至現(xiàn)場水套爐處，距離約150m，如此長的電線自身有一定的電阻，相當于一個用電電器，與電磁閥串聯(lián)，在電磁閥未工作時，測試的電壓于輸出電壓一致為24V；在電磁閥工作時，線路消耗的電壓與電磁閥電壓之和為24V，導致實際電磁閥的驅(qū)動電壓僅17V，電壓的不足導致電磁閥的驅(qū)動力不足，無法足額的開關。

為使得電磁閥驅(qū)動電壓恒定在24V，現(xiàn)場采取電源前移至水套爐處，安裝接線后一次性調(diào)試、投運成功。

6 結(jié)論

①高含硫氣田氣井生產(chǎn)中，水套爐作為重要設備，具有加熱天然氣，防止水合物的生成及單質(zhì)硫的析出作用。②水套爐自動化程度高，設定溫度后能自動進行火焰調(diào)節(jié)，能保持水溫恒定。③水套爐參與站場自控聯(lián)鎖，提高高含硫氣田開發(fā)的安全性。④水套爐設計需考慮電磁閥足額電壓問題，盡可能將24V電源前移至水套爐現(xiàn)場，保證較高的驅(qū)動電壓，電磁閥開關到位，從而實現(xiàn)恒溫自動化。

[1]胡志剛.自動熄火保護裝置在集氣站水套爐上的運用，安全.健康與環(huán)保，2014,(8).

[2]董江潔,等.低溫氣井井口水合物防止工藝探討.新疆石油天然氣，2013,(1).

[3]吳志欣,等.淺談普光氣田集輸系統(tǒng)天然氣水合物的預防措施，科技與企業(yè)，2012,(17).

[4]鄧美洲,等.川東北含硫氣井測試流程中水合物預測及防治，西部探礦工程，2011,(7).

[5]門虎,等.水套爐安全保護與控制的改進，油氣田地面工程，2011,(5).

[6]戚斌.含硫氣藏天然氣水合物生成預測及防治，天然氣工業(yè)，2009,(6).

田德銀(1974- )，男，本科，中級工程師，研究方向：油氣開發(fā)。