低滲透氣藏一體化集成裝置應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

姚瑞峰，劉 輝，白自龍，李彥虎

1.長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018

2.長慶油田分公司第七采油廠，陜西西安 710000

隨著氣田開發(fā)的不斷深入，開發(fā)區(qū)域由富集區(qū)逐步轉(zhuǎn)移至低品位區(qū)，地面工程建設(shè)主要面臨建設(shè)周期長、安全環(huán)保形勢嚴(yán)峻、占地面積大、建設(shè)成本高等困難。為確保地面工程建設(shè)更好地配套產(chǎn)能建設(shè)，集氣站一體化集成裝置應(yīng)運(yùn)而生，但是實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在部分問題，本文針對(duì)蘇里格氣田47-3 集氣站一體化集成裝置應(yīng)用現(xiàn)狀，開展運(yùn)行效果評(píng)價(jià)，為今后的一體化集成裝置推廣應(yīng)用提供主要技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 集氣站集輸工藝現(xiàn)狀

蘇里格氣田按照標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，集氣站天然氣集輸主要分為以下幾個(gè)單元：進(jìn)站區(qū)、分離器區(qū)、壓縮機(jī)區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)、氣田采出水罐區(qū)，如圖1所示。

圖1 集氣站單元?jiǎng)澐质疽?/p>

集氣站天然氣集輸工藝流程為：井口來氣通過進(jìn)站閥組進(jìn)入進(jìn)站總機(jī)關(guān)，再進(jìn)入分離器進(jìn)行氣液兩相分離，經(jīng)天然氣壓縮機(jī)組增壓后通過流量計(jì)計(jì)量后外輸至下游，如圖2 所示。

圖2 集氣站天然氣生產(chǎn)工藝流程

從圖2 可以看出，集氣站工藝流程分布在多個(gè)區(qū)域。為優(yōu)化集氣模式及工藝流程，引入天然氣一體化集成裝置。

2 天然氣一體化集成裝置

天然氣一體化集成裝置并非簡單的設(shè)備拼裝或者設(shè)備橇裝，而是將各類不同工藝及功能的設(shè)備有機(jī)整合為安全性能高、自動(dòng)化程度高、數(shù)字化程度高、機(jī)械化程度高、多功能集合的生產(chǎn)設(shè)備。

蘇里格氣田47-3 集氣站一體化集成裝置將標(biāo)準(zhǔn)集氣站內(nèi)的核心設(shè)備橇裝化，集中在占地48 m2的底座上，根據(jù)集氣站不同生產(chǎn)單元的工藝特點(diǎn)及流程，將進(jìn)站總機(jī)關(guān)區(qū)、分離器區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)四個(gè)生產(chǎn)單元的進(jìn)站集氣匯總、緊急截?cái)唷庖簝上喾蛛x、自動(dòng)排液、放空分液、閃蒸分液、計(jì)量外輸、自用氣供給、流程切換、智能控制、單獨(dú)運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控12 項(xiàng)功能集于一體。主要設(shè)備有電動(dòng)三通球閥、組合式分離閃蒸罐、流量計(jì)、疏水閥、電儀系統(tǒng)、放空系統(tǒng)、自用氣分離器等[1-4]。

2.1 電動(dòng)三通球閥

標(biāo)準(zhǔn)化集氣站進(jìn)站總機(jī)關(guān)的集氣、放空、截?cái)嗳咨a(chǎn)流程通過不同閥門控制，控制節(jié)點(diǎn)多，管道布置復(fù)雜、占地面積大。采用電動(dòng)三通球閥有效控制閥門數(shù)量，同時(shí)利用電動(dòng)裝置，有效實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程緊急截?cái)嗪头趴盏墓δ埽⑶医档土诉M(jìn)站控制閥門數(shù)量。三通閥三種流程狀態(tài)如圖3 所示。

圖3 三通閥三種流程狀態(tài)

一體化集成裝置使用電動(dòng)三通球閥共12 個(gè)，其中10 個(gè)安裝在一體化集成裝置集氣干管處，組成進(jìn)站總機(jī)關(guān)的控制閥門組，規(guī)格為PN40、DN80，具備緊急切斷和流程切換的功能；另外2個(gè)為天然氣外輸電動(dòng)三通球閥，規(guī)格均為PN40、DN200，具備流程切換的功能。

2.2 組合式分離閃蒸罐

一體化集成裝置將集氣站的分離器及閃蒸罐的功能有機(jī)集合起來，實(shí)現(xiàn)氣液分離、放空氣體閃蒸分離、采出水閃蒸分離三大功能，形成一套完整的組合式分離閃蒸罐，如圖4 所示。通過隔板將一個(gè)腔體分解為分離和閃蒸兩個(gè)腔體，分離腔體綜合重力分離、旋流分離、過濾分離三種分離功能，分離精度完全滿足氣田集氣管道的輸送要求。閃蒸分液腔體綜合了放空分液、采出水閃蒸和放空水封的功能，整體上減少了設(shè)備數(shù)量和占地面積，縮短了裝置長度2.7 m。

圖4 組合式閃蒸分液罐示意

分離腔的處理能力為50 萬m3/d，工作壓力為1.0 ～3.6 MPa，設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，處理精度達(dá)到60 μm，分離腔長度為4.2 m。

閃蒸腔采用雙筒結(jié)構(gòu)，上下筒通過聯(lián)通管相連，上筒體接收放空天然氣和采出水，放空天然氣在上筒體進(jìn)行氣液分離，分離出的液體和進(jìn)閃蒸腔的采出水在下筒體進(jìn)行閃蒸，閃蒸出的天然氣和放空天然氣經(jīng)出口水封筒后接至火炬，閃蒸后的液體排至裝置外的采出水儲(chǔ)罐[5]。

閃蒸腔的處理能力為30 萬m3/d，工作壓力為0.2 ～0.3 MPa，設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，處理精度達(dá)到300 μm，分離腔長度為3.7 m。

2.3 新型電儀接線箱

根據(jù)裝置內(nèi)的用電點(diǎn)、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、控制點(diǎn)的數(shù)量和分布特點(diǎn)，定制了多功能配電箱和儀表接線箱，裝置有接入電纜6 路、配出電纜38 路。

3 天然氣一體化集成裝置運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

3.1 蘇47-3 集氣站建設(shè)情況

蘇47-3 集氣站位于蘇里格氣田西區(qū)，區(qū)塊氣井產(chǎn)液嚴(yán)重（平均液氣比大于0.85 m3/ 萬m3），該站建于2011 年，前期設(shè)計(jì)為清管站，主要設(shè)備有一具閃蒸分液罐（DN1000）、一套收球筒（DN400）、一具采出水罐（30 m3）、一具放空火炬和一個(gè)阻火器平臺(tái)。該站采用上古儲(chǔ)層中低壓集氣工藝，2018—2019 年計(jì)劃投產(chǎn)新氣井18 口，配產(chǎn)14.4 萬m3/d，鑒于該區(qū)域儲(chǔ)層含水，除原有閃蒸分液罐繼續(xù)配合使用外，新增一體化集成集氣裝置一套、DPC2083 型壓縮機(jī)組一套，集成集氣裝置參數(shù)見表1。

表1 一體化集成集氣裝置參數(shù)

主要工藝流程改造：將新增一體化集氣裝置的閃蒸腔作為放空分液罐使用，放空總管接入閃蒸腔，將原有的閃蒸罐作為采出水閃蒸罐使用，天然氣一體化集氣裝置分離腔排污管道接入排污總管，進(jìn)入采出水閃蒸罐；閃蒸腔排污與旁通排污管道、分離器腔應(yīng)急排污管道接入原閃蒸分液罐至采出水罐管道，直接排入采出水罐。

3.2 蘇47-3 集氣站擴(kuò)建后運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

該站于2018 年12 月投產(chǎn)，目前投產(chǎn)氣井9口，平均日產(chǎn)氣量2.0 萬m3，平均日產(chǎn)液3.1 m3，一體化裝置運(yùn)行平穩(wěn)，日常維護(hù)工作量大幅降低，安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)減少，天然氣集輸流程簡易化，集氣站排污放空風(fēng)險(xiǎn)大幅減低，氣液分離效果明顯，有效地優(yōu)化了地面工藝流程及氣田開發(fā)模式。

3.2.1 優(yōu)化工藝流程

標(biāo)準(zhǔn)化集氣站采氣集輸工藝生產(chǎn)單元復(fù)雜，原工藝流程切換繁瑣，采用天然氣一體化集成裝置后二者對(duì)比如圖5 所示。

圖5 天然氣一體化集成裝置應(yīng)用工藝流程對(duì)比

3.2.2 提高設(shè)備自動(dòng)化程度

天然氣一體化集成裝置使用電動(dòng)三通球閥12個(gè)，在疏水閥旁通加裝普通電動(dòng)球閥2 個(gè)，組成遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程截?cái)嗟淖詣?dòng)化控制集合體。其中普通電動(dòng)球閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制接入數(shù)字化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在平臺(tái)添加智能控制程序，實(shí)現(xiàn)“高液位自動(dòng)開啟，低液位自動(dòng)關(guān)閉”的功能。該功能有效解決了原有分離器疏水閥的自動(dòng)排液模式存在的問題，提高排液效率。

3.2.3 減低數(shù)字化配屬附件

數(shù)字化布線采用集約化布置，配置多功能儀表箱及配電箱，電纜鋪設(shè)減少了32 路，減少比率達(dá)85%。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化線路大幅減少，線路鋪設(shè)風(fēng)險(xiǎn)大幅降低。

3.2.4 減少設(shè)備占地面積

標(biāo)準(zhǔn)化集氣站設(shè)計(jì)的進(jìn)站總機(jī)關(guān)區(qū)、分離器區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)四個(gè)生產(chǎn)單元的占地面積528 m2，天然氣一體化集成裝置占地面積僅48 m2，占地面積降低90.9%，現(xiàn)場安裝圖如圖6 所示。

圖6 蘇47-3 集氣站天然氣一體化集成裝置

3.2.5 縮短施工周期

天然氣一體化集成裝置在現(xiàn)場安裝過程中與管網(wǎng)連接點(diǎn)共17 處，而標(biāo)準(zhǔn)化集氣站與管網(wǎng)連接點(diǎn)達(dá)100 余處，相比較而言，現(xiàn)場施工工作量降低80%以上；標(biāo)準(zhǔn)化集氣站進(jìn)站總機(jī)關(guān)區(qū)、分離器區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)四個(gè)生產(chǎn)單元的建設(shè)周期由42 d 降低至30 d，降低35%。前期裝置設(shè)計(jì)時(shí)間降低25%。

3.2.6 降低設(shè)備投資

天然氣一體化集成裝置因?qū)?biāo)準(zhǔn)化集氣站的四個(gè)生產(chǎn)單元集約成一個(gè)，大幅降低了閥門使用數(shù)量、管路鋪設(shè)長度、儀表線路使用數(shù)量和現(xiàn)場維護(hù)費(fèi)用。投資降低約20%。

3.3 天然氣一體化集成裝置運(yùn)行存在問題及改進(jìn)措施

該裝置目前總體運(yùn)行平穩(wěn)，但是運(yùn)行過程中存在部分問題。

3.3.1 設(shè)備空間分布密集

因高度集成化的設(shè)備空間布局，造成設(shè)備間距過小，如疏水閥腔體與積液包的間距僅30 cm，加之設(shè)備加裝保溫后，空間進(jìn)一步減小，影響正常操作，由此導(dǎo)致設(shè)備日常操作、日常維修和檢修時(shí)操作空間不足，維護(hù)難度增加。

改進(jìn)措施：充分考慮設(shè)備運(yùn)行集成度的人性化設(shè)計(jì)，閥體之間預(yù)留距離應(yīng)大于1 m，集氣干管間距大于1 m。

3.3.2 設(shè)備積液包利用率低下

集氣橇所采用的分離器為臥式雙筒分離器，屬于重力分離。該工藝流程對(duì)橇體自帶積液包體積有一定要求，充足的體積能保證游離水流出分離器前在積液區(qū)有足夠的停留時(shí)間，以便氣泡有足夠的時(shí)間上升至液面并進(jìn)入氣相。

該站氣井產(chǎn)液大（目前平均液氣比大于3 m3/萬m3），疏水閥排液不及時(shí)，需普通電動(dòng)球閥輔助排液，設(shè)備排液后液位最低值保持在50 ～60 cm，這部分存液無法通過疏水閥排出，而積液包頂部對(duì)應(yīng)的液位值為67 cm，這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致了積液包的有效利用容積大幅減小，影響了分離效果。排液設(shè)備示意見圖7。

圖7 天然氣一體化集成裝置排液設(shè)備示意

積液包容積：

V=πR2×L=2 826 （cm3）

實(shí)際利用空間：

V1={2 arccos［（R-r） /R］ /360 ×πR2-（R-r） ×R2- （R-r）2}×L=658.7 （cm3）

集氣橇積液包容積利用率：

I=V1/V=658.7/2 826=23%

式中：V為積液包體積，cm3；V1為積液包實(shí)際利用體積，cm3；R為積液包半徑，cm；r 為積液包實(shí)際利用半徑，cm；L為積液包高，cm；I為積液包容積利用率。

通過計(jì)算，設(shè)備積液包有效利用空間僅為23%，對(duì)高產(chǎn)液氣井來氣處理緩沖能力不足，容易因疏水閥排液不及時(shí)造成液位快速上升。雖然普通電動(dòng)球閥智能控制功能能夠在一定程度上輔助排液，但未能從根本上優(yōu)化設(shè)備自動(dòng)排液問題。

改進(jìn)措施：對(duì)于該設(shè)備的排液優(yōu)化不足問題，可通過降低疏水閥進(jìn)液口高度，增大集氣橇積液包有效利用空間，提高分離效果。

3.3.3 電動(dòng)排污線路設(shè)計(jì)存在缺陷

分離腔應(yīng)急排污（電動(dòng)閥排污） 排入采出水罐，且應(yīng)急排污未經(jīng)過疏水閥，遠(yuǎn)程開電動(dòng)閥排污時(shí)易造成采出水罐進(jìn)氣情況，存在采出水罐帶壓、噴液風(fēng)險(xiǎn)。

改進(jìn)措施：將疏水閥另一路排污流程改成去閃蒸罐排液流程，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程排污后進(jìn)入采出水閃蒸分液罐。改造前后的對(duì)比如圖8 所示。

圖8 天然氣一體化集成裝置排液流程改進(jìn)前后對(duì)比

3.3.4 壓縮機(jī)組自用氣進(jìn)氣管道設(shè)計(jì)存在缺陷

天然氣壓縮機(jī)組自用氣使用分離器出口管道來氣，通過電動(dòng)三通球閥控制。當(dāng)壓縮機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，該管道設(shè)計(jì)滿足運(yùn)行要求，當(dāng)壓縮機(jī)組空載或者檢維修試機(jī)時(shí)，無法滿足自用氣使用要求，因電動(dòng)三通球閥要求全開全關(guān)，而無法半開半關(guān)，導(dǎo)致壓縮機(jī)組無充足自用氣。

改進(jìn)措施：將天然氣壓縮機(jī)組自用氣管道上的電動(dòng)三通球閥改成普通球閥，確保天然氣壓縮機(jī)組有充足的自用氣源。改造前后如圖9 所示。

圖9 天然氣一體化集成裝置壓縮機(jī)組自用氣改進(jìn)前后對(duì)比

4 結(jié)束語

（1） 天然氣一體化集成裝置完全能替代標(biāo)準(zhǔn)化集氣站四個(gè)生產(chǎn)單元的12 項(xiàng)功能，并且優(yōu)勢突出，工藝安裝簡便，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行安全可靠，維護(hù)工序減少。

（2） 通過運(yùn)行效果評(píng)價(jià)，該裝置將原有工藝流程減少80%以上，設(shè)備占地面積降低90.9%，建設(shè)周期降低35%。

（3） 電動(dòng)三通球閥的使用有效減少現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)，減化管道布局，提高了安全風(fēng)險(xiǎn)控制。

（4） 該裝置的投用有效降低了維護(hù)費(fèi)用、維護(hù)強(qiáng)度和用工數(shù)量。

（5） 不同地質(zhì)條件區(qū)域應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況針對(duì)性開展設(shè)計(jì)，提高設(shè)備現(xiàn)場實(shí)用性。

（6） 蘇47-3 集氣站應(yīng)用的天然氣一體化集成裝置運(yùn)行效果良好，能適應(yīng)低滲透氣藏集氣站集輸模式，建議推廣應(yīng)用。