文96地下儲氣庫注采氣工藝技術*

(中國石化天然氣榆濟管道分公司，河南 濮陽 457001)

地下儲氣庫具有安全可靠、存儲量大及運行成本低等優勢，是干線輸氣管網重要的配套部分[1-3]。文96儲氣庫是由原文96氣藏改建而成，主要用于季節調峰及突發事件應急供氣，保障榆濟輸氣管道安全、平穩輸氣。設計最大庫容量5.88×108m3，其中，墊底氣量2.93×108m3，有效工作氣量2.95×108m3；氣庫上限工作壓力27.0 MPa，下限工作壓力13.0 MPa。

1 地面工藝流程

在注氣期間，榆濟線來氣由清豐分輸站輸送至文96儲氣庫注采站，經計量、分離、過濾和增壓后，通過注采閥組、單井管線及采氣樹注入氣井[4]。在采氣期間，氣井來氣經單井管線、注采閥組、生產分離器、三甘醇脫水、丙烷脫烴、氣體性質分析及超聲波計量，再經輸氣管道，自清豐分輸站進入榆濟線。

2 注氣工藝

2.1 注氣工藝流程

文96儲氣庫注氣初期壓力較低，隨注氣量的增加壓力持續升高，注氣期末注采井井口壓力為24.0 MPa，地層壓力達到上限工作壓力[5]。注氣量隨著時間不同而變化，季節調峰期目標市場的最大注氣量是8月,為167×104m3/d，最小注氣量是4月,為92×104m3/d，因此注氣系統設計規模為200×104m3/d，注氣工藝流程見圖1。

2.2 壓縮機組參數

注氣壓縮機是地下儲氣庫的最關鍵設備，而壓縮機工作參數選擇的是否合理，關系到儲氣庫的長期運行效率[6]。根據榆林—濟南輸氣管道輸氣壓力計算，文96儲氣庫注采站進站壓力為5.91～6.05 MPa，壓縮機進氣壓力設計點為6.0 MPa，允許波動范圍5.0～7.0 MPa。儲氣庫的實際工作狀況要求配套壓縮機進口壓力及排量范圍要寬，以滿足調峰量的要求，保證輸氣管線高效運行。同時，考慮到儲氣庫周期運行的特點，合理設計分配壓縮機的1級和2級壓縮比，滿足在進氣壓力低時2級出口溫度不超規定，在進氣壓力高時一級負載不超過要求，在設計點時運行效率最高。

圖1 注氣工藝流程

3 采氣工藝

3.1 采氣工藝流程

榆林—濟南管道各月的采氣調峰天然氣需求量為117×104～342×104m3/d，因此采氣系統設計規模為350×104m3/d，采氣工藝流程見圖2。

3.2 脫水系統

采氣系統設計采用三甘醇吸收法脫出天然氣中的飽和水氣，主要設備包括三甘醇脫水裝置及三甘醇再生裝置[7]。脫水系統的工藝流程見圖3。

圖3 脫水系統工藝流程

3.2.1 天然氣流程

濕天然氣經入口過濾分離器，去除游離態液滴及固體雜質后進入吸收塔下部的氣液分離部分，分離掉因過濾分離器處于故障狀態而可能進入吸收塔的游離液體[8]。濕天然氣在吸收塔內與貧三甘醇液逆流充分接觸，脫除水汽，經塔頂捕霧絲網除去大于5 μm的甘醇液滴后由塔頂部出塔。干天然氣出塔后,由出口分離器分出攜帶的三甘醇凝液后進入外輸氣管網。

3.2.2 貧三甘醇流程

貧三甘醇由循環泵增壓后經塔上部進入吸收塔，由上而下流經塔板層，吸收天然氣中的水汽，變為三甘醇富液。

3.2.3 富三甘醇流程

吸收水分的三甘醇富液由塔下部出口流出經三甘醇低壓過濾器進入再生塔精餾柱換熱盤管，被精餾柱頂蒸汽加熱,溫度為40～60 ℃,通過節流閥降壓進入閃蒸罐，閃蒸分離出溶解在富液中的烴類氣體。富三甘醇由閃蒸罐下部流出進入貧富液換熱器，與由再生重沸器下部三甘醇緩沖罐流出的貧甘醇換熱后進入精餾柱。在精餾柱中，通過提餾段、精餾段、塔頂回流及塔底重沸的綜合過程，使富甘醇中的水分及很小部分烴分離出塔。

重沸器中的貧甘醇經貧液汽提柱，溢流至重沸器下部三甘醇緩沖罐，在貧液汽提柱中可由引入汽提柱下部的熱干氣對貧液進行汽提，經過汽提后的貧甘醇質量分數可達99.5%[9]。 貧液在緩沖罐中通過換熱盤管與富甘醇換熱，并經過緩沖罐外壁的冷卻，溫度降至160 ℃左右出緩沖罐，進入列管式貧富液換熱器，與富甘醇換熱，溫度為55～65 ℃進甘醇泵，增壓后進吸收塔。

3.2.4 輔助流程

(1)燃料氣流程

從吸收塔出口干氣主管上引出一部分干氣，經自力式壓力調節閥節流并穩壓，壓力在0.3～0.4 MPa,進入燃料氣緩沖罐。從燃料氣緩沖罐引出一部分氣，經單流閥后與閃蒸罐罐頂閃蒸氣匯合并經自力式壓力調節閥穩定閥后壓力為0.15 MPa，進入三甘醇再生重沸器燃燒器作燃料氣。

(2)汽提氣流程

從燃料氣緩沖罐引出另一部分氣，經流量計進入三甘醇再生重沸器，加熱后引伸至貧液汽提柱下部，作為貧液汽提氣。

(3)放空流程

在閃蒸氣管線上設置放空管線，該管線經設定控制閥前壓力的自力式壓力調節閥及單流閥后連接站內放空系統。從精餾柱塔頂排出的氣體中大部分為水蒸氣，經過排出管線及外部空氣的冷卻，形成氣液混合物，進入凝液回收罐，凝液進站內排污系統。

3.3 脫烴系統

文96氣藏原為凝析氣藏，天然氣注進去再開采出來會含有一定量輕烴，在一定的條件下，輕烴從氣流中析出形成液態輕烴。在天然氣輸送條件下，液態烴的存在會增大輸氣壓力降，嚴重時會堵塞閥門和管道，影響正常供氣，因此天然氣要經過脫烴處理后，進入輸氣管線。

脫烴系統采用丙烷輔助制冷加低溫分離脫烴工藝，利用丙烷壓縮機組制造低溫對天然氣進行降溫，利用冷箱對天然氣和低溫丙烷換熱，在低溫分離器對天然氣進行分離。脫過輕烴的天然氣達到管輸標準后，天然氣利用管道外輸，低溫輕烴經套管換熱器換熱，進入輕烴緩沖罐，進行調壓、計量和外輸。脫烴系統工藝流程見圖4。

圖4 脫烴系統工藝流程

3.3.1 天然氣流程

自脫水系統來的天然氣(6.0～7.0 MPa，25 ℃)經過輕烴套管換熱器與低溫的輕烴進行第一次換冷，換冷后的天然氣溫度為23 ℃，再進入一級冷箱，與低溫天然氣進行第二次換冷，換冷后的天然氣溫度為-8 ℃，再進入二級冷箱，與丙烷進行最后換冷，換冷后天然氣(-10 ℃)進入低溫分離器分離出輕烴，從頂部出來的低溫天然氣再返回到一級冷箱與第一次換冷后的天然氣(23 ℃)進行換熱，升溫后計量及外輸。

3.3.2 輕烴流程

低溫分離器底部冷凝出來的輕烴，進入輕烴套管換熱器與脫水系統來的天然氣進行換熱到15 ℃后進入輕烴分離器進行輕烴分離，再降壓進入輕烴緩沖罐，經過計量外輸。

3.4 丙烷流程

二級冷箱氣化的丙烷進入丙烷制冷機組橇塊，進入丙烷壓縮機氣液分離器，從頂部出來的丙烷氣體經過濾器過濾，進入丙烷壓縮機，增壓至1.28 MPa，增壓后丙烷經空冷器冷卻至40 ℃，進入虹吸罐。丙烷液從虹吸罐溢流口至貯液器，液態丙烷，經節流至壓力為0.29 MPa，溫度為-15 ℃的氣液兩相丙烷，進入二級冷箱換熱，完成丙烷制冷循環。

3.5 集氣工藝

文96儲氣庫屬于枯竭氣藏建庫，采出天然氣重烴含量少，不易形成水合物。經計算，氣庫在冬季極端氣溫條件下，節流后溫度到注采站內溫度始終保持高于水合物形成溫度。文96儲氣庫采氣工藝選擇采氣井口不加熱一級節流低壓輸送技術[10]，集氣溫度不低于24 ℃，集注站內選用三甘醇脫水工藝時，采氣井口不加熱一級節流，由井口音速噴嘴將壓力調節到不大于13 .0 MPa，充分利用氣藏能力，簡化流程。

3.6 注采井筒工藝

儲氣庫注采井具有注采雙重功能，注采管柱及井口裝置須承受強注強采、高壓、高產的周期變化，因此管柱及井口裝置不僅要滿足最大注采能力的需要，而且要求井下工具及井口設備具有高氣密封性和長期安全可靠[11]。針對儲氣庫注采過程復雜和系統參數變化范圍大的特點，建立以時間為變量、以流動節點為基礎的注采系統分析方法，結合攜液能力和抗沖蝕能力分析，確定注采管柱尺寸為76 mm。根據注采產能、儲層條件、產出流體性質及不同生產要求[12]，調整優化注采管柱結構。注采井管柱結構見圖5。

圖5 注采井管柱結構示意

根據注氣、采氣不同月份井口及井筒壓力溫度模擬結果，依據文96儲氣庫設計指標及自然環境指標，參照API 6A標準，確定井口裝置性能參數。井口安全控制系統設計采用地面和井下二級雙重安全控制，通過井下和井口安裝的壓力傳感器和易熔塞，將異常低壓和火災信息傳遞給控制面板，由其發出報警信號，自動關閉井下和井口安全閥。系統也可實現就地手動控制，對開井和關井所需的各種功能和狀態進行自動監控，監控信號可通過遠程控制終端系統遠傳至注采站ESD系統。

4 運行實踐

文96地下儲氣庫自2012年9月6日投產以來，已經過4個完整注采周期，累計注氣8.51×108m3，累計采氣4.50×108m3。注氣期間3臺壓縮機組在設定工況下單機注氣能力均能達到62.5×104m3/d的設計能力；2013年6月11日3臺機組聯合試運期間，在壓縮機進口壓力5.98 MPa、進口溫度17.43 ℃工況下，注氣量達198.8×104m3。采氣期間采氣工藝運行平穩，最高日采氣量達297.3×104m3，在6～7 MPa壓力下，天然氣水露點最低達-18.76 ℃，烴露點達到-13.25 ℃，完全滿足外輸氣體性質要求。

5 結 論

(1)注氣系統壓縮機組選型正確、參數合理，進氣零節流，三級3種分離、過濾，系統運行平穩，滿足調峰注氣需求。針對高壓大排量往復式壓縮機制造難點，聯合制造廠家、開展技術攻關，填補了地下儲氣庫壓縮機組國產化空白。

(2)采氣系統主體流程簡潔、輔助流程合理，整體運行效果良好，實現科學節流、單井氣量調配方便，三甘醇脫水方式工藝合理，滿足不同時段采氣需要；丙烷脫烴工藝成熟、現場操作簡便，外輸氣體性質達到設計要求。

(3)針對文96儲氣庫工況特點和鉆完井結構、流體特點和功能要求，進行注采井口結構及性能參數設計。采用先進技術，優化注采井口及配套設備，形成適合文96儲氣庫特點的井口、配套地面和井下二級安全控制系統，滿足強注、強采和長期安全性的性能要求。

(編輯 王菁輝)