天然氣含凝析油對下古集氣站工藝運行影響分析

孫利明，劉 佳，李 鵬，邵 文，楊 琴，韓 娜，陳麗榮，宋永寧

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

靖邊氣田上古氣藏生產期（2017-2032年）共建井1 440口。根據上古氣藏部署氣井分布，上古井主要分布在靖邊氣田中區和南區，涉及區塊區域面積大，井位分布很分散，因此上古氣藏天然氣開發主要依托靖邊氣田已建下古系統進行開發。截止目前，靖邊氣田接入上古井相對集中的下古集氣站主要包括A站、B站、C站，涉及22口上古井。經對上古井天然氣組分統計，穩定輕烴C5+含量為0.002 5%～0.160 4%（摩爾含量）。結合蘇東南區氣井生產情況，集氣站采用常溫分離工藝會有凝析油析出（見表1）。

表1 A、B、C集氣站22口上古井天然氣組分分析表

表1 A、B、C集氣站22口上古井天然氣組分分析表（續表）

1 靖邊氣田下古集氣站生產運行存在問題

1.1 清出物中含凝析油，增大了清管收球風險

經對A站-D站支線、B站-F站支線、C站-E閥室復線清管收球時清出物統計，每次清出的污水及污泥中均含有一定量凝析油，增大了清管收球作業風險（見表2）。

1.2 脫水三甘醇損耗嚴重，增加了生產運行成本

經統計，自2017年7月至8月，B站投產7#～11#4口上古氣井，在相同處理氣量下吸收塔壓差明顯增大，最大為0.10 MPa，表明三甘醇溶液有明顯發泡跡象（見表3）。

同時，B站三甘醇損耗率上半年較下半年由0.07 kg/104m3上升至0.62 kg/104m3，其中9月損耗率高達2.36 kg/104m3，遠超出《天然氣脫水設計規范》SY/T0076-2008“正常操作期間，三甘醇損耗量宜小于0.15 kg/104m3”控制要求，增大了生產運行成本（見表4）。

2 天然氣含凝析油對分離及脫水工藝影響分析

表2 A站-D站等3支線清出物統計分析表

表3 2017年5月～12月B站脫水撬吸收塔運行參數統計表

表4 2017年1月～12月B站脫水撬三甘醇損耗情況統計表

表5 A、B、C集氣站工藝設備設置情況統計表

2.1 天然氣含凝析油對常溫分離工藝運行影響分析

氣流經入口進入重力沉降分離器時，由于氣流流通截面的突然增大，導致流速降低，氣體的攜液能力降低，液滴在重力作用下沉降，實現氣液分離。設計合理的重力沉降分離器可以分離出直徑大于100 μm～200 μm的液滴。雙筒臥式重力分離器設計時，根據氣量及重力沉降可以分出的最小液滴直徑（液滴分割直徑，國內設計中取100 μm）確定出分離器的直徑和長度，再根據設備規格系列中選擇合適的型號（見圖1）。

圖1 臥式重力分離器結構示意圖

2.1.1 重力沉降校核方法[1]氣流在臥式重力分離器中，氣體主流方向和液滴沉降方向互相垂直，要使氣流中的液滴在氣體通過分離器的過程中能沉降下來的必要條件為：液滴沉降至上筒底部所需的時間應小于液滴隨氣流通過重力沉降區所需的時間。即：

式中：He-重力沉降的有效長度即波紋板整流捕霧器出口至捕霧絲網入口的水平距離，m；vt-被重力沉降分離出的最小液滴直徑的沉降速度，m/s；h-液滴沉降高度，對雙筒臥式重力分離器h為上筒體的直徑D，m；ug-氣體在工作狀態下的流速，m/s。

對臥式分離器，氣體的允許速度ug為：

由雙筒臥式重力分離器的實際處理氣量（20℃，101.3 kPa）計算操作條件下天然氣的體積流量，實際體積流量除以重力沉降段筒體截面積，即為重力沉降分離的操作氣速ug，代入式（2），即可計算分割液滴直徑下的沉降速度vt，則分割液滴直徑dp與沉降速度vt的關系式如下：

式中：ξ-曳力系數，與液滴形狀及Re有關。

層流區（Re≤2）：ξ=24/Re

1.3.1二維超聲良性 表現為良性患者的結點的縱橫比值要小于1，邊界的形狀較為規則，且邊界可以清晰的分辨開來，結節內部出現的回聲相對較高，粗大鈣化較為明顯。結節周圍的環繞血液信號利用多普勒進行檢測，得到的信號為RI＜0.7。于此相比，惡性腫瘤的特征與此數據相反，惡性腫瘤患者橫縱比≥1，周圍血管不規則，且邊界較為模糊，結節內部的獲勝較低，表現出微鈣化現象，多普勒測定得到的血流信號為RI≥0.7。

過渡區（2＜Re≤500）：ξ=18.5/Re0.6

湍流區（500＜Re≤2×105）：ξ=0.44

分割直徑dp＜100 μm，則說明該分離器的重力沉降部分運行正常。

2.1.2 校核計算結果 以A站為例，站內設置有2具PN6.8 DN800臥式重力分離作為計量、1具PN6.8 DN1000臥式重力分離作為混合，為一級分離工藝根據12月15日生產數據，1#～6#6口上古氣井進分2/1進行單量，利用hyses軟件計算天然氣的體積流量和相關物性參數（見表6）。

DN800臥式重力分離器設計時，液滴沉降高度h=D-2δ=0.752 m，則重力沉降段筒體截面積S=0.444 m2；重力沉降的有效長度He=3.4 m。則重力沉降分離的操作氣速ug為：

則由式（2）計算最小液滴直徑的沉降速度為：

假設新北5站分2/1內天然氣中的液滴運動處于過渡段，根據式（5）計算液滴分割直徑為：

根據相應的公式核算，Re=14.31，因2＜Re≤500，則假設正確。由于液滴分割直徑dp＞100 μm，則可得知臥式重力分離器已無法有效分離除去天然氣中含有的凝析油。按照以上方法，對B站、C站進上古氣井的分離器進行核算表明，分離器的重力沉降段的液滴分割直徑均大于100 μm。

2.2 天然氣含凝析油對脫水工藝影響分析[2]

2.2.1 三甘醇性能影響試驗 三甘醇溶液裝入帶有刻度的發泡管內，將一定流量的氣體從發泡管底部通入，氣體通過多孔分布板進入溶液中使溶液發泡。分別配制不同濃度凝析油的三甘醇溶液做發泡試驗，通氣5 min，記錄起泡最大高度表示溶液發泡性能，記錄消泡時間，并計算出單位高度泡沫的消泡時間表示溶液泡沫穩定性。

2.2.2 凝析油對三甘醇性能影響分析 試驗表明，只要有凝析油就會影響溶液發泡，并隨濃度增大發泡高度急劇增強（見圖2）。

當凝析油濃度在0.06%以內，產生泡沫隨濃度增大所需的消泡時間明顯延長；當濃度大于0.06%以后，產生泡沫隨濃度增大所需的消泡時間趨于平緩（見圖3）。

表6 B站分2/1天然氣物性參數核算統計表

圖2 凝析油對三甘醇發泡性能影響曲線

圖3 凝析油對三甘醇消泡性能影響曲線

當濃度小于0.02%時，隨濃度增大脫水率呈下降趨勢；當濃度大于0.02%時，隨濃度增大脫水率有上升趨勢。整體三甘醇脫水率仍在98%～99%波動，表明凝析油對三甘醇的脫水性能影響很小（見圖4）。

圖4 凝析油對三甘醇脫水性能影響曲線

B站7月～12月外輸天然氣露點均合格，說明三甘醇溶液雖發泡嚴重，但脫水性能可以滿足生產需求。

3 含凝析油集氣站分離工藝優化研究

目前，靖邊氣田在用立式氣液聚結和高效除沫兩種精細分離器作為多級分離，主要用于泡沫助排氣井的集氣站，實現對泡沫狀水的精細分離。與臥式重力分離器相比，其設計更加精細、高效，分離效果更佳。

以烏2站為例，分別采用立式氣液聚結、高效除沫分離器代替重力分離器作為二級分離。通過核算評價指標可知：氣液聚結分離過濾氣速在適宜操作氣速范圍內，且過濾氣速較低，運行效果良好；高效除沫分離器的旋風分離器入口氣速遠低于適宜操作氣速，根本無法實現對帶液氣體的預處理，液滴和固體顆粒直接進入過濾聚結段，不僅引起較大的壓力損失，而且影響運行效果。

4 結論與認識

（1）受結構及分離原理限制，臥式重力分離器對天然氣中的凝析油的分離效果不佳，造成下游脫水系統三甘醇有明顯發泡跡象，進而增加了三甘醇損耗。

（2）室內試驗表明：凝析油極易引起三甘醇溶液發泡，并隨濃度增大發泡越嚴重；當凝析油濃度在0.06%以內，隨濃度增大所需的消泡時間越長，當濃度大于0.06%以后，隨濃度增大所需的消泡時間趨于平緩；凝析油對三甘醇脫水率影響很小，整體脫水率仍維持在98%～99%，天然氣水露點可以滿足外輸需求。

（3）建議在接入上古氣井的下古集氣站增設立式氣液聚結分離器，過濾除去天然氣含有的凝析油，保障三甘醇脫水系統正常運行。