凝析氣田節氣技術實踐

單 華 劉軒宇 王倩倩 李云鵬 李美鑫

中國石油塔里木油田公司天然氣事業部, 新疆 庫爾勒 841000

0 前言

天然氣作為清潔能源,近年來發展很快,在能源消耗的占有比例也越來越高[1-2]。在凝析氣田生產過程中,必然會自耗部分天然氣,只不過各凝析氣田之間消耗的程度不同。迪那凝析氣田投產以來，就把自用氣的消耗量作為精細管理的目標之一進行控制,在參數控制、井口不放噴投產、閃蒸氣回收利用、密閉灌泵、火炬損耗氣消耗等方面進行了技術分析并應用于實際,年節約天然氣損耗氣305×104m3。

1 凝析氣田處理工藝及主要損耗氣1.1 凝析氣田處理工藝

來自氣井井底的原料氣進入油氣處理廠后,一般要脫水以滿足水露點的要求,同時回收部分重烴組分,滿足烴露點的要求,以防在長輸管線中析出液態水和重烴,影響管輸效率,同時,重烴成分經過分餾穩定或輕烴回收裝置處理后單獨外賣,獲得較高的經濟效益。脫水一般采用分子篩脫水或三甘醇脫水工藝。如果井口有較高的壓力可以利用,也可采用低溫工藝將水和重烴同時脫除。迪那凝析氣田由于井口有較高的壓力利用,采用J-T閥節流膨脹制冷進行脫水脫烴[3]。

1.2 主要損耗氣

在對天然氣進行脫水脫烴的過程中,需要消耗部分天然氣。這些消耗包括[4-11]：單井放噴損耗，供熱系統消耗，火炬速度封、長明燈損耗，檢修放空損耗，閃蒸氣放空損耗，裝置泄漏損耗。

2 凝析氣田節氣措施

2.1 縮短單井放噴時間

氣井投產之前須進行放噴,再進入生產流程。放噴的目的：攜帶井底雜質(如鉆井液、泥沙等)防止對油嘴、管線沖蝕；提升溫度防止油嘴節流降溫導致管線凍堵。迪那凝析氣田投產時，先放噴將油溫升到40℃以上再進生產流程。要將油溫提高至40℃需要放噴1 h，這段時間產生的天然氣只能燒掉,浪費資源又污染環境。2011年,作業區和設計單位采用HYSYS軟件進行模擬并與現場實際相結合,得出單井油溫升至25℃左右,即具備單井投產要求[12]。

油溫提高至25℃最多需要15 min,與原設計相比,每口井減少放噴時間45 min[13]。通過使用超聲波流量計進行計量,單井平均放噴量為4×104m3/h,故每口井放噴時間縮短后,每次開井可減少放噴量3×104m3。每年檢修需放噴24口井次,年減少放噴天然氣量：24×3×104m3=72×104m3。凝析氣田核實氣油比為 12 221,年減少放噴凝析油量約60 t。

由于水合物形成有一定的時間,且即使有水合物形成,如果時間不長,不足以導致堵塞,也會被高速氣流帶走,因此,對于短期關井,將干線的高壓天然氣反輸至井口,減少油嘴節流壓差,可大大提高節流溫度。經計算,當井口油溫為40℃，壓力20 MPa的情況下，油嘴后壓力為12、6 MPa和空管時節流溫度分別為22.88、0.71、-39.61℃。因此當反輸氣壓力達到 12 MPa 時,可以實現不放噴開井,減少資源浪費。

2.2 優化工藝參數

供熱系統給油氣處理廠提供熱源,也是耗氣大戶。凝析油穩定、輕烴回收以及乙二醇再生系統四塔工藝都需要熱源供應,對這些系統的運行參數進行優化可以大大降低熱源要求,而油氣處理廠的熱源是通過導熱油爐燃料天然氣得到,因此,優化裝置運行參數即可減少天然氣消耗。迪那凝析氣田在實際運行過程中,以設計單位提出的參數為基礎,不斷優化和調整工藝參數,優化前后參數見表1[14]。

表1四塔優化前后參數

名稱塔底溫度/℃塔頂壓力/MPa能耗/kW設計運行設計運行設計運行脫乙烷塔1181072.11.9247273046脫丁烷塔2151951.451.2830762590凝析油穩定塔135850.50.1816581037乙二醇再生塔140125107981378930總負荷----108397603

2.3 回收閃蒸氣

油氣處理廠在對進廠原料氣進行處理過程中,容器閃蒸出來的天然氣,要么作為燃料氣使用,要么放空,或者進壓縮機壓縮后回收利用[15]。當作為燃料氣使用時,由于其水露點高,往往會導致節流過程中凍堵,影響工藝運行,而放空又會造成能源損失。如果油氣處理廠有壓縮機,則將油氣處理過程中的閃蒸氣通過壓縮機進行壓縮后回收利用,不失為一個好的處理辦法。

2.3.1 回收乙二醇富液三相分離器閃蒸氣

乙二醇富液三相分離器閃蒸出來的不凝氣原設計進入放空系統燃燒,既浪費能源,又污染環境。經過研究,乙二醇富液三相分離器閃蒸出來的不凝氣壓力為0.25 MPa,根據壓力等級可以進入增壓站穩壓機一級入口進行回收。現場新增1條DN 50碳鋼管線,接入穩壓機一級入口,實現放空氣回收。

2.3.2 回收事故油罐閃蒸氣

同樣,凝析油事故油罐是經過燃料氣補壓將罐內液體壓至系統回煉,每次補壓消耗燃料氣約400 m3,壓液完成后全部放空,既浪費資源又不利于環保,經分析研究后,新增1條去穩定氣分液罐進入穩壓機管線回收事故油罐閃蒸氣,節約能源并降低排放。每月壓液2次,每月可回收燃料氣800 m3，年節約天然氣9 600 m3。

2.4 實施密閉灌泵減少放空

迪那凝析氣田油氣處理廠日產液化氣130 t左右,利用球罐儲存,然后啟泵外輸至牙哈裝車站。對于離心泵而言,啟運前必須灌泵,灌泵后的大量液化氣放空至火炬燃燒。不僅損失了液化氣,還污染了環境。經過分析,輕烴回收裝置區來的液化氣壓力為1.15 MPa,可將此高壓高溫液化氣引入液化氣外輸泵的出口,從出口經過泵反向流入入口,再回流至儲罐內,達到密閉灌泵的目的[16],見圖1。同樣輕烴回收裝置的液化氣回流泵也按此設計進行密閉灌泵改造,見圖2。

圖1 液化氣外輸泵反向灌泵管線

圖2 液化氣回流泵反向灌泵管線

使用超聲波流量計進行計量,灌泵時間10 min,放空液化氣約0.45 t。

1)液化氣外輸泵需要3 d啟動1次,每年啟泵120次,改造后可節約液化氣54 t。

2)輕烴裝置每年裝置切換4次,液化氣回流泵啟動4次,改造后每年可節約液化氣1.8 t。

3)根據裝置運行要求,需要對液化氣外輸泵、液化氣回流泵每月切換1次,備用泵放空,4臺泵共放空24次,灌泵24次,每次灌泵節約液化氣0.45 t,每次放空節約液化氣0.22 t,改造后共節約液化氣16.08 t。

綜合以上三項,計算年節約液化氣71.88 t(合天然氣3.2×104m3)。

2.5 減少火炬放空損耗

為保證裝置放空時的安全,火炬一般設計有長明燈,用于確保緊急放空時及時燃燒。同時,為防止回火,還須設計有防回火裝置,分子封和速度封是常用兩種防回火裝置。迪那凝析氣田油氣處理廠有高、低火炬各1臺,燃料氣消耗為64 m3/h。

高、低壓火炬共設置5個長明燈,由于迪那凝析氣田油氣處理廠處于山前地帶,風頻繁猛烈,因此每支長明燈流量比較大,燃料氣量約控制在10 m3/h。查閱標準規范[17],單支長明燈的燃料氣消耗不宜大于4 m3/h,根據此要求對長明燈的氣量進行了調整,實際降為6 m3/h,調整后觀察火炬長明燈的燃燒情況,除個別大風天氣吹熄1～2支外,絕大部分時間長明燈都能正常燃燒,因此維持每支長明燈6 m3/h不變。與原設計相比,共節約燃料氣20 m3/h,全年節約燃料氣16×104m3。

迪那凝析氣田油氣處理廠高、低壓火炬都采用速度封防止回火。當火炬處于待命或小流量運行狀態時,在速度密封器入口前端連續通入吹掃氣體(氮氣或天然氣),通過減小局部流通面積及改變空氣滲入流向,防止空氣由火炬頭出口滲入,從而阻止回火或爆炸。速度封的原理,見圖3。

圖3 速度封的原理

按標準規范,為防止回火,速度封要保證火炬出口的最小流速V≥0.012 m/s。

迪那凝析氣田油氣處理廠高壓火炬為孔達音速火炬,進氣口管徑為762 mm(30英寸),高壓火炬速度封流量為:

=0.005 470 m3/s=19.69 m3/h

(1)

低壓火炬火炬頭直徑為DN 200,低壓火炬速度封流量為：

=0.000 376 8 m3/s=1.36 m3/h

(2)

則1套高壓火炬+1套低壓火炬速度封總流量為：

Q總≥19.69 + 1.36=21.05 m3/h

(3)

對于速度封密封氣,可以采用燃料氣,也可以采用氮氣。迪那凝析氣田油氣處理廠高壓火炬采用燃料氣作為速度封密封氣,而低壓火炬采氣氮氣。實際測試速度封密封氣的流量為33 m3/h,與計算值相比偏大。調整流量至 27 m3/h,節約燃料氣6 m3/h,年節約燃料氣5×104m3。

由于迪那凝析氣田油氣處理廠高壓火炬采用孔板火炬頭,根據設計文件和技術說明書,每個長明燈燃料氣的流量控制在1.4 m3/h即可,因此還有調整空間。另外,如果采用氮氣作為速度封密封氣,節約燃料氣更多,考慮到消耗空壓機和變壓吸附制氮裝置電能,經計算,約增加耗電量3.75×104(kW·h)/a,與節約的燃料氣成本相比,花費更少。

2.6 減少裝置泄漏損耗

油氣處理廠的泄漏是不可避免,這不僅僅是因為閥門的本身結構不保證零泄漏,還存在生產中閥芯出現磨損、損壞,會導致更大的泄漏[18-19]。特別是調節放空閥,圖4～5是兩種不同的放空設計流程。圖4的放空設計是調節閥前后設手動關閉旋塞閥,旋塞閥常開,旋塞閥和放空閥本身有一定的泄漏量,且在管線吹掃時如果調節閥閥芯被沖蝕,致閥不能密封,投產時放空量就比較大,浪費能源。同樣,也有其他氣田投產時個別閥門泄漏嚴重,火炬燃燒量較大。圖5的迪那凝析氣田油氣處理廠的放空設計是在調節閥前設置了連鎖切斷球閥。當壓力達到7.4 MPa時,球閥打開,壓力到7.5 MPa時,調節閥打開,調節放空。正常情況下,球閥關閉,確保關閉嚴密,泄漏量基本為零。

圖4 僅有調節放空閥

圖5 放空閥前有切斷閥

3 結論

迪那凝析氣田油氣處理廠采用多種措施，減少了天然氣損耗,全年節約燃料氣305×104m3。其他凝析氣田可根據實際運行工藝結合迪那凝析氣田油氣處理廠節氣措施采取不同形式的節氣方案。

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