提高渤海某油田輕烴回收率

米思丞，張紹廣，李 政

[中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450]

油田燃料氣處理系統(tǒng)主要為透平發(fā)電機(jī)提供燃料，燃料氣來源為本平臺(tái)產(chǎn)出的伴生氣，伴生氣經(jīng)天然氣壓縮機(jī)加壓至 3 600kPaG、冷卻至 40℃后，進(jìn)入燃?xì)鈨?chǔ)罐除去液滴，天然氣在壓縮、冷卻處理過程中由于壓力、溫度的變化會(huì)有液烴析出，原有設(shè)計(jì)流程為排放至平臺(tái)閉排罐，通過火炬系統(tǒng)燃燒放空。通過調(diào)取分析閉排罐液位變化曲線，計(jì)算得出油田在產(chǎn)氣量約為 11×104m3/d 工況下，每月產(chǎn)生液態(tài)輕烴總量約為 850m3，折合為經(jīng)濟(jì)效益約為 312 萬元。由于輕烴是寶貴的化工原料，在我國有著巨大的市場(chǎng)空間，本著節(jié)能降耗，增產(chǎn)增效的思路，計(jì)劃增加輕烴回收流程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)這部分輕烴的有效回收利用，同時(shí)降低輕烴對(duì)于原油流程的干擾，提高油田燃?xì)庀到y(tǒng)輕烴回收利用率。

1 流程現(xiàn)狀

油田燃料氣系統(tǒng)投用運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)天然氣壓縮后會(huì)有液烴析出排向閉排，通過持續(xù)跟蹤閉排罐液位變化曲線，計(jì)算出油田液態(tài)輕烴數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 油田液態(tài)輕烴效益

為進(jìn)一步確定液烴來源，通過查閱各烷烴的臨界溫度及臨界壓力（如表2、表3所示），確定在燃?xì)庀礈炱鳎ú僮鲏毫?溫度：250kPaG/40℃）中會(huì)有戊烷及以上液態(tài)烷烴存在，燃?xì)鈨?chǔ)罐（操作壓力/溫度：3 700kPaG/40℃）中會(huì)有丙烷及以上液烴脫出，在天然氣壓縮機(jī)二級(jí)分液罐（操作壓力/ 溫度：1 020kPaG/40℃）等小型設(shè)備中會(huì)有丁烷及以上液烴存在。

表2 烷烴臨界溫度及臨界壓力數(shù)據(jù)表

表3 丙烷及以上烷烴 40℃時(shí)臨界壓力數(shù)據(jù)表

因?yàn)槿魏螝怏w在一點(diǎn)溫度和壓力下都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力也越高，但是當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時(shí)，即使在增加多大的壓力也不能液化，這個(gè)溫度叫臨界溫度，在這一溫度下最低的壓力就叫做臨界壓力，故甲烷和乙烷在程操作壓力下不會(huì)液化。

在油田日產(chǎn)氣量約為11×104m3/d 工況下，通過持續(xù)觀察天然氣系統(tǒng)各罐體液位變化曲線，燃?xì)庀礈炱髦形焱橐陨弦簾N總量約為82m3/月（折合3m3/d），燃?xì)鈨?chǔ)罐丙烷以上液烴總量約為830m3/月（折合30m3/d），其他設(shè)備總量約為 59m3/月（折合 2m3/d），燃?xì)鈨?chǔ)罐中輕烴產(chǎn)量占比達(dá)到 85.71%，得出燃?xì)鈨?chǔ)罐輕烴回收利用率低確定為問題癥結(jié)所在。

2 燃?xì)鈨?chǔ)罐輕烴回收利用率低的原因分析

如表4，表5所示，確認(rèn)癥結(jié)為燃?xì)鈨?chǔ)罐輕烴回收利用率低，綜合分析了燃?xì)鈨?chǔ)罐輕烴回收利用率低的原因：天然氣重組分含量偏高、燃?xì)鈨?chǔ)罐壓力運(yùn)行偏高、燃?xì)鈨?chǔ)罐溫度運(yùn)行偏低、燃?xì)鈨?chǔ)罐缺少輕烴回收流程，下面針對(duì)這幾點(diǎn)進(jìn)行分析。

表4 油田天然氣組分表

表5 油田天然氣組分表

2.1 天然氣重組分含量偏高

通過對(duì)天然氣組分取樣化驗(yàn)和對(duì)油田地質(zhì)資料和油藏方案等資料進(jìn)行查閱，發(fā)現(xiàn)兩者中丙烷及以上烷烴含量偏差值為 0.86%，小于 1%。

2.2 燃?xì)鈨?chǔ)罐壓力運(yùn)行偏高

通過對(duì) 2018年11月—2019年3月燃?xì)鈨?chǔ)罐實(shí)際運(yùn)行壓力與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者偏差均小于30kPaG，如表6所示。

表6 燃?xì)鈨?chǔ)罐實(shí)際運(yùn)行壓力與設(shè)計(jì)值對(duì)標(biāo)表

2.3 燃?xì)鈨?chǔ)罐溫度運(yùn)行偏低

通過對(duì) 2018年 11 月—2019 年 3 月燃?xì)鈨?chǔ)罐實(shí)際運(yùn)行溫度與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者中偏差均小于1℃，如表7所示。

表7 燃?xì)鈨?chǔ)罐實(shí)際運(yùn)行溫度與設(shè)計(jì)值對(duì)標(biāo)表

2.4 燃?xì)鈨?chǔ)罐缺少輕烴回收流程

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)燃?xì)鈨?chǔ)罐液相出口管線全部去往閉排，當(dāng)液相調(diào)節(jié)閥打開時(shí)，液烴快速流向閉排，由于閉排處于常溫、常壓狀態(tài)，液態(tài)丙烷和丁烷迅速氣化進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒放空，放空氣量瞬時(shí)值增加 1 200m3/h，是造成輕烴浪費(fèi)的主要因素。

3 流程改造

3.1 方案確認(rèn)

依托燃?xì)鈨?chǔ)罐本身緩存能力，在罐內(nèi)實(shí)現(xiàn)輕烴和水的重力分異，對(duì)液相出口管線進(jìn)行改造，在排液調(diào)節(jié)閥 下游新增至天然氣海管管線，當(dāng)燃?xì)鈨?chǔ)罐液位上漲高于調(diào)節(jié)閥設(shè)定值后，調(diào)節(jié)閥打開，儲(chǔ)罐內(nèi)液烴進(jìn)入天然氣海管外輸，在儲(chǔ)罐底部出口與正常排液出口之間加裝油水界面液位計(jì)，手動(dòng)排水控制油水界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)鈨?chǔ)罐的輕烴回收。

3.2 方案調(diào)研

為了能夠更好地開展項(xiàng)目實(shí)施，充分利用現(xiàn)有設(shè)備和空間，同時(shí)為了優(yōu)化施工方案，降低施工難度，減少施工費(fèi)用，根據(jù)選定的改造方案開展了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，具體如下：①排液調(diào)節(jié)閥下游新增至天然氣海管流程。②在儲(chǔ)罐底部出口球閥前端與正常排液出口球閥之間加裝油水界面液位計(jì)。③油水界面液位計(jì)浮子密度的選擇。2019 年 5 月 5 日—5 月 11 日對(duì)燃?xì)鈨?chǔ)罐內(nèi)輕烴密度進(jìn)行跟蹤取樣化驗(yàn)，結(jié)果如表8所示，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，采購的浮子密度為 800kg/m3，以保證正常顯示燃?xì)鈨?chǔ)罐內(nèi)油水界面。

表8 燃?xì)鈨?chǔ)罐輕烴和底水密度化驗(yàn)結(jié)果

4 效果檢驗(yàn)

工藝流程改造完成后，進(jìn)行了投用，新增流程的控制操作正常，能實(shí)現(xiàn)輕烴的自動(dòng)回收，回收輕烴量約29m3，實(shí)現(xiàn)了對(duì)策目標(biāo)。油水界面液位計(jì)能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)油水界面的功能，輕烴進(jìn)入天然氣海管后，海管運(yùn)行狀態(tài)正常，滿足日常生產(chǎn)需求。

4.1 檢查效果

4.1.1 輕烴回收率分析

改造流程投運(yùn)后，連續(xù)觀察 3 個(gè)月，油田每天回收輕烴約 29m3（折合每月 871m3/月），油田輕烴回收率達(dá)到 82%，如表9所示。

表9 改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比表

4.1.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

據(jù)油田統(tǒng)計(jì)，改造后油田每日外輸輕烴量約為29m3，每天經(jīng)濟(jì)效益為 13 萬元；自 2019 年7月 1日投入使用，截至 2019年 9 月 30 日，已實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益1 270萬元；在保持產(chǎn)量不變的情況下，預(yù)計(jì)每年的經(jīng)濟(jì)效益為5 080萬元，因此，該改造項(xiàng)目具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

4.1.3 節(jié)能減排分析

據(jù)油田統(tǒng)計(jì)，改造后油田每天可減少天然氣放空 4 000m3，自 投入使用，已累計(jì)減少天然氣放空36×104m3，減少二氧化碳排放：36×104×3.30/1 000=1 188 t。（注：1m3丙烷產(chǎn)生3m3二氧化碳，1m3丁烷產(chǎn)生4m3二氧化碳，根據(jù)天然氣組分化驗(yàn)結(jié)果，增加放空氣中丙烷和丁烷占比為 65%和 35%，經(jīng)計(jì)算產(chǎn)生二氧化碳 3.30kg。

每年可減少二氧化碳排放量約為 4 752t。

每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：29×365×0.6×1.71=10 860.21 t。

注：按輕烴密度為 0.6 t/m3，1t 輕烴折合標(biāo)準(zhǔn)煤1.71 t 計(jì)算。

5 結(jié)論與建議

為進(jìn)一步鞏固流程改造效果，提高輕烴回收利用率，制定了相應(yīng)的鞏固措施，一方面更新了燃?xì)鈨?chǔ)罐及天然氣海管標(biāo)準(zhǔn)化操作程序，加強(qiáng)流程改造后的巡檢及維護(hù)工作。另一方面對(duì)天然氣組分及輕烴密度繼續(xù)跟蹤化驗(yàn)，跟蹤油水界面液位計(jì)運(yùn)行狀態(tài)，防止外輸輕烴含水增高。