氣田節氣技術實踐

單華 李云鵬 李美鑫 王倩倩 劉宇軒 李思

（塔里木油田公司迪那油氣開發部）

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上也越來越高。在氣田生產過程中，必然會自耗部分天然氣，只不過各氣田之間消耗的程度不同。迪那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/a。

1 氣田處理工藝及主要消耗氣

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。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[1]。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：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、閃蒸汽放空損耗、裝置泄漏損耗。

2 氣田節氣措施

2.1 縮短單井放噴時間，減少放空氣損耗

氣井投產之前，須進行放噴，再進生產流程。放噴的目的：一是攜帶井底雜質如鉆井液、泥沙等以防止對油嘴、管線沖蝕；二是提升溫度，防止油嘴節流降溫導致管線凍堵。迪那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。這段時間產生天然氣只能燒掉，浪費資源又污染環境。2011 年，作業區和設計院采用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，就完全具備單井投產要求[2-3]。

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。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，故每口井放噴時間節約后，每次開井可減少放噴量為3×104m3。每年檢修有24 口井次要放噴，因此放噴時間縮短后年減少放噴天然氣量72×104m3/a。氣田核實氣油比為12 221，年減少放噴凝析油量60.1 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，油嘴后壓力為12 MPa、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，減少供熱系統燃料氣消耗

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或三甘醇再生系統都需要有熱源供應，對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。迪那氣田在實際運行過程中，以設計院提出的參數為基礎，不斷優化和調整工藝參數[4-7]，優化前后參數見表1。

表1 優化前后參數

對于塔的運行，塔底溫度和塔頂壓力是二個關鍵控制參數，適當的降低塔頂壓力，便可降低塔底溫度。降低塔底溫度意味著需要的熱負荷減少。從表1 可以看出，當降低四個塔的溫度后，與設計能耗相比，實際運行能耗均有所下降。經核算，導熱油負荷降低20%，燃料氣消耗由3×104m3/d 降低至2.4×104m3/d ，全年節約燃料氣198×104m3/a。

2.3 回收閃蒸汽，減少放空氣損耗

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。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。如果處理廠有壓縮機，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，處理效果更好。

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，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。現場新增一條DN50 的碳鋼管線，與穩定氣去穩壓機一級入口的管線相連，實現放空氣回收。

改造后，穩壓機的補壓閥開度由原先的50%減少到40%?，F場采用外加超聲波流量計進行計量，每天可回收天然氣200 m3， 年節約天然氣量6.6×104m3。

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。經分析研究后，新增一條去穩定氣分液罐進入穩壓機進行回收，節約能源并降低排放。每月壓液二次，每月可回收燃料氣800 m3，年節約9 600 m3。

2.4 實施密閉灌泵，減少放空損耗

迪那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。離心泵啟運前必須灌泵，灌泵后的大量液化氣放空至火炬燃燒。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，從出口再經過泵反向流入入口，再回流至儲罐內，完全可以達到密閉灌泵的目的，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[8]。液化氣外輸泵反向灌泵管線見圖1，液化氣回流泵反向灌泵管線見圖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） 液化氣外輸泵需要每三天啟動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，四臺泵共放空24次，灌泵24次，每次灌泵節約0.45 t/次，每次放空節約0.22 t/次，共節約液化氣16.08 t。

根據以上三項，計算年節約液化氣71.88 t，相當于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。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止回火裝置。迪那油氣處理廠共有高、低火炬各一臺，燃料氣消耗為64 m3/h。

高、低壓火炬共設置有五個長明燈，由于迪那氣田處于山前地帶，風比較頻繁猛烈，因此每支長明燈流量控制得比較大，燃料氣量約控制在10 m3/h。查閱標準規范，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時行進行了調整，實際降為6 m3/h，調整后觀察火炬長明燈的燃燒情況，除大風天氣吹熄個別長明燈外，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。與原先相比，共節約燃料氣20 m3/h，全年節約燃料氣16×104m3/a。

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、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[9-10]。為防止回火，速度封要保證火炬出口的最小流速V大于或等于0.012 m/s。

高壓火炬為孔達音速火炬，進氣口管徑為30 in，762 mm，高壓火炬速度封流量為19.69 m3/h，低壓火炬火炬頭直徑為DN200，低壓火炬速度封流量為1.36 m3/h，則總流量為21.05 m3/h

對于速度封的密封氣，可以采用燃料氣，也可以采用氮氣。迪那氣田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，有些偏大。調整流量至27 m3/h，節約燃料氣6 m3/h，年節約燃料氣5 m3。

由于高壓火炬采用孔板火炬頭，每個長明燈燃料氣的流量控制在1.4 m3/h 即可，因此還有調整的空間。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，年約增加消耗電費3.75×104kWh，與節約的燃料氣相比，花費的成本更少。

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是保證零泄漏的，而且如果閥芯出現磨損、損壞，導致的泄漏會更大?，F有克拉的放空設計，調節閥本身有一定的泄漏量，在管線吹掃時閥芯又被沖蝕，投產時放空就比較大，浪費了能源，同樣，牙哈氣田投產時有個別閥門泄漏嚴重，火炬也比較大。迪那氣田的放空設計，在調節閥前設置了切斷球閥。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，確保了關閉嚴密，泄漏量基本為零。

3 結論

迪那凝析氣田通過不斷實踐，采用多種可行措施，減少了天然氣的無效損耗，全年節約天然氣305×104m3。主要措施有：通過工藝計算和實踐縮短單井放空時間；優化輕烴回收系統參數減少導熱油爐負荷；通過流程改造對閃蒸氣進行回收；創新實踐液化氣外輸泵密閉灌泵方式，消除無效放空；減少火炬長明燈燃料氣消耗；優化放空點閥門設計，杜絕泄漏。其他氣田可根據實際運行工藝結合迪那凝析氣田節氣措施采取不同形式的節氣方案。