東勝氣田試采井放空氣回收工藝研究

趙鵬飛

(中石化新星新能源研究院，北京 100083)

東勝氣田目前處于規模上產階段，存在較多用于勘探評價的探井、邊遠井，試采期間天然氣放空燃燒造成了環境污染和資源浪費，回收放空氣可使氣田挖潛增效，提高供氣能力。目前國內放空氣回收工藝主要有天然氣制CNG、制LNG、就地發電等[1]。由于不同氣田的氣質、放空量、銷售市場等因素不同，國內應用較為成功的回收方案不能照搬復制，為解決東勝氣田試采井天然氣回收問題，針對該氣田放空氣排放特點，通過工藝方案比選，研究適用于東勝氣田的天然氣回收方案，并使用現金流量法做經濟評價，為該氣田天然氣回收提供科學依據。

1 回收工藝選擇

1.1 制CNG回收工藝

該工藝是將井口氣脫水、脫酸，再將氣質達標的天然氣壓縮，充裝到CNG槽車中外輸，運抵目的地后將天然氣減壓輸入管網，或給CNG汽車充裝。其優點是目前已實現了撬裝設計[2]，設備投資低、占地面積小、靈活機動性強、投資回收期短，缺點是CNG壓縮機單機排量相對較小，一般應用于日產量在8～10萬m3以下的試采井，且CNG槽車單車次運量有限，一般小于5000 Nm3。

1.2 制LNG回收工藝

井口氣經脫水、脫酸等處理后再經低溫液化工藝制成LNG，該技術在處理量、儲運等方面較CNG回收技術有明顯優勢，其缺點是LNG液化及配套裝置復雜、投資高昂，LNG裝置是相同處理能力CNG裝置的4～6倍，而且運行成本較高，生產準備時間長，要求試采井高產并能保持較長的穩產期。

1.3 天然氣發電工藝

天然氣發電是指通過燃氣輪機發電機組將天然氣化學能轉換成電能并網，當放空氣量較大且穩產期長時可以建立固定式發電站，該回收方案發電效率較高、運行費用低，要求電能有穩定的消納渠道，一般投資較大。

東勝氣田大部分試采井位置偏僻，井口日產氣量集中在2.2～5萬m3，開井數量較多，放空穩產時間短，這就要求回收工藝設備機動性強、搬遷方便，且生產準備時間盡量短，適用的井口壓力、產氣量等工藝參數范圍寬。同時，為了部署多支回收隊伍同時作業，要求單套回收裝置投資和運行成本盡量低。通過上面分析可知，放空氣制CNG回收工藝基本滿足這些需求。

2 總體工藝方案

2.1 試采井場回收工藝方案

東勝氣田試采井場回收工藝方案采用制CNG的技術方案，工藝流程如圖1所示，主要設備采用模塊化設計，各個模塊之間用高壓軟管連接。井口來氣首先進入水套加熱爐和節流閥組模塊，隨后通過兩級脫水流程，即在氣液分離器中進行粗效脫水，再在前置低壓分子篩模塊中精效脫水，最后進入CNG壓縮機組模塊，壓縮機2級壓縮，設有級間冷卻和出口空冷器，排氣溫度不高于環境溫度15℃，天然氣壓縮至20 MPa后，經過計量加氣模塊進入CNG槽車。整套裝置設計回收能力5×104Nm3/d，操作彈性60%～110%。

依據GB18047《車用壓縮天然氣》要求，放空氣應按表1標準處理。東勝氣田放空氣氣質較好，高發熱值、總硫、H2S含量、CO2含量符合要求，放空天然氣僅需要經過濾、脫水即可完成處理，滿足技術標準。

表1 放空天然氣處理技術標準

東勝氣田試采井井口壓力平均值為13 MPa，冬季時在井口到加熱爐之間管線、節流閥等位置容易生成水合物，采用注醇抑制水合物時，CNG氣質將不達標，而且降低了槽車充裝速率和充裝量。為解決這一問題，采用管線電伴熱、節流前加熱的方案，即在井口到加熱爐之間管線上敷設了防爆加熱帶，同時利用加熱爐將天然氣加熱至遠離水合物生成區，保障設備運行安全。

圖1 放空氣制CNG回收工藝流程圖

2.2 回收氣運輸及卸車注入方案

表2 CNG槽車規格和運載量

回收氣運輸及卸車注入方案重點是確定裝卸車時間、槽車規格、充裝量、卸車工藝。CNG槽車裝卸車時間與槽車水容積、充裝壓力、卸車背壓等有關，一般在3～4 h之間，CNG槽車時速一般不大于50 km，在海拔1500 m地區的百公里耗氣量約70 Nm3，結合試采井與卸車點路程可以計算出單車次裝卸車總耗時以及槽車自身耗氣量。

表2為槽車常用規格及運輸量，不同規格的槽車單車次運輸量和運營的經濟性有差異，且與季節有關，一般而言，夏季充裝量較冬季少約15%，重裝時間更長，運營成本也高。卸車時由于節流溫降，會導致管路形成冰堵，為了防止水合物生成，在節流前對天然氣加熱，卸車降壓撬是目前用到的設備，主要包括水套爐、降壓閥組等。

3 投資決策

應用現金流量法，按照上述工藝方案對放空氣回收項目做經濟評價。主要基礎參數包括：評價期6年，年操作時間104天，擬投入兩整套回收工藝設備，總投資780萬元，年天然氣回收量為545×104Nm3，內部銷售價格1.1 元/Nm3，CNG槽車租賃費用171萬元/a，設備搬遷費用77萬元/a，人工成本68萬元/a，污水處理成本25萬元/a，設備殘值3%，安全生產費率5%，生產維護費率2%。

根據測算，項目稅后靜態投資回收期5.4年，財務內部收益率19.2%，財務凈現值246.5萬元。不考慮時間價值項目累計EVA為288.3萬元，總投資收益率14%，項目財務盈利能力較好，在經濟上可行。

圖2 項目單因素敏感性分析

稅后財務內部收益率敏感性分析見圖2，影響因素主要有銷售收入、建設投資、經營成本等，最敏感因素是銷售收入，應優選高產、低含水、短運距的井，提高搬遷效率，增加回收量；經營成本的影響次之，項目運行時要優化運行方式，尤其是槽車充卸車方案，降低成本；建設投資對于項目經濟效益影響較小。

4 結論

(1)放空氣回收工藝模式有天然氣制CNG、制LNG、就地發電等，因不同氣田試采井氣質、放空量等因素不盡相同，需要因地制宜地選擇回收方案。

(2)通過工藝方案比選，結合東勝氣田放空氣排放特點，提出了管線電伴熱結合加熱爐加熱防止水合物生成、氣液初步分離結合前置低壓分子篩精細脫水、放空氣壓縮制CNG的回收方案。

(3)通過經濟評價，得到放空氣回收項目的稅后財務內部收益率為19.2%，財務凈現值246.5萬元，項目經濟可行。