長慶氣區(qū)開發(fā)模式及地面配套工藝技術(shù)

徐勇穆謙益楊亞聰焦廷奎

1.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室 2.中國石油長慶油田公司采氣二廠

長慶氣區(qū)開發(fā)模式及地面配套工藝技術(shù)

徐勇1穆謙益1楊亞聰1焦廷奎2

1.中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室 2.中國石油長慶油田公司采氣二廠

徐勇等.長慶氣區(qū)開發(fā)模式及地面配套工藝技術(shù).天然氣工業(yè),2010,30(2):102-105.

長慶氣區(qū)包括靖邊氣田、榆林氣田及蘇里格氣田,屬低滲透率、低豐度、中低產(chǎn)、大面積復(fù)合連片整裝氣區(qū),開發(fā)難度較大。為此,結(jié)合不同區(qū)塊的地質(zhì)特性、氣質(zhì)特點(diǎn)及試采情況,遵循安全、高效、簡單、先進(jìn)、實(shí)用的原則,探索出適合長慶氣區(qū)不同區(qū)塊特點(diǎn)的3大開發(fā)工藝模式(靖邊模式、榆林模式、蘇里格模式)及12項(xiàng)地面配套工藝技術(shù)(多井高壓集氣、多井高壓集中注醇、多井集中加熱節(jié)流、周期性間歇計(jì)量、小型橇裝脫水、低溫高效聚結(jié)分離、小型高效設(shè)備應(yīng)用、井下節(jié)流、井口濕氣帶液計(jì)量、常溫分離中低壓濕氣輸送、二級增壓和氣田數(shù)字化管理工藝技術(shù)),提高了地面建設(shè)水平,簡化了工藝流程,降低了工程投資。10多年的生產(chǎn)運(yùn)行證明:上述12項(xiàng)地面配套工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)、可靠,保障了長慶氣區(qū)的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā),是同類氣藏開發(fā)工藝設(shè)計(jì)借鑒的典范。

長慶氣區(qū) 低滲透率 低豐度 中低產(chǎn) 開發(fā)模式 地面工藝 配套技術(shù) 評價(jià)

長慶氣區(qū)位于鄂爾多斯盆地中部,地跨陜西和內(nèi)蒙古兩省區(qū),包括靖邊氣田、榆林氣田及蘇里格氣田等,屬低滲透率、低豐度、中低產(chǎn)、大面積復(fù)合連片整裝氣區(qū)。氣區(qū)開發(fā)建設(shè)以提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益為核心,通過采用國內(nèi)外先進(jìn)的工藝技術(shù)和新的管理體制,對氣區(qū)地面建設(shè)進(jìn)行總體規(guī)劃,以降低工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用、簡化工藝流程為突破口,結(jié)合長慶氣區(qū)不同區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn),立足自主創(chuàng)新,大力推進(jìn)科技進(jìn)步,不斷探索、總結(jié)、完善、集成、創(chuàng)新,對地面建設(shè)工藝進(jìn)行了深化和研究,逐步形成了適合不同區(qū)塊開發(fā)的3大工藝模式及12項(xiàng)地面配套工藝技術(shù)。

1 長慶氣區(qū)開發(fā)三大工藝模式

1.1 靖邊模式

靖邊氣田是長慶氣區(qū)最早投入開發(fā)的區(qū)塊,借鑒國內(nèi)外氣田開發(fā)工藝模式,從“集氣半徑、集輸管網(wǎng)、凈化工藝、管材選擇”等多方面進(jìn)行優(yōu)化,形成了以“三多、三簡、兩小、四集中”為代表的靖邊氣田地面集輸工藝——靖邊模式:多井高壓集氣、多井注醇、多井加熱;簡化井口、簡化布站、簡化計(jì)量;小型橇裝脫水、小型發(fā)電;集中凈化、集中甲醇回收、集中監(jiān)控、集中污水處理。其工藝流程如圖1所示。

圖1 靖邊模式氣田地面工藝流程圖

1.2 榆林模式

榆林氣田采取邊勘探邊開發(fā)原則,為適應(yīng)產(chǎn)能建設(shè)滾動(dòng)開發(fā)的特點(diǎn),在借鑒靖邊模式的基礎(chǔ)上,提出了“進(jìn)一步減少集氣站數(shù)量、簡化地面系統(tǒng)”的建設(shè)思路,形成了以“節(jié)流制冷、低溫分離、高效聚結(jié)、小站脫烴”為特點(diǎn)的地面集輸工藝——榆林模式(圖2)[1]。

圖2 榆林模式氣田地面工藝流程圖

1.3 蘇里格模式

蘇里格氣田前期試采顯示氣井高壓穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短,中低壓穩(wěn)產(chǎn)期長,氣田最終采收率低。如何經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)成為蘇里格氣田開發(fā)的關(guān)鍵。在借鑒靖邊、榆林模式的基礎(chǔ)上集成創(chuàng)新形成了以“井下節(jié)流、井口不加熱、不注醇、中低壓集氣、帶液計(jì)量、井間串接、常溫分離、二級增壓、集中處理”為主體的蘇里格“三低”氣藏“中低壓開發(fā)集輸工藝”——蘇里格模式[2-4](圖3)。

圖3 蘇里格模式氣田地面工藝流程圖

2 十二項(xiàng)地面配套工藝技術(shù)

2.1 多井高壓集氣工藝

傳統(tǒng)多井集氣工藝比較復(fù)雜,為了節(jié)流降壓,多在井口建加熱設(shè)施以防止形成天然氣水合物。長慶氣區(qū)為盡量減少井口設(shè)施,采用多井高壓集氣工藝,高壓氣流經(jīng)采氣管線直接輸送到集氣站集中加熱。多井高壓集氣工藝是一項(xiàng)綜合配套技術(shù),技術(shù)關(guān)鍵是選擇合理的集氣半徑、管線規(guī)格和站場所轄的井?dāng)?shù),長慶氣區(qū)集氣半徑一般控制在6km以內(nèi)。

采用多井高壓集氣工藝可最大限度地簡化井口,井口無需維護(hù),主要設(shè)施全部集中到了集氣站,井口不再需要供電、供水、通信、自控等輔助系統(tǒng)。

2.2 多井高壓集中注醇工藝

長慶氣區(qū)采用甲醇作為天然氣水合物抑制劑。高壓集氣管線易形成天然氣水合物,為防治天然氣水合物,需從井口注入甲醇。長慶氣區(qū)采用與采氣管線同溝敷設(shè)的注醇管線向氣井油管、套管或采氣管線注入防凍劑甲醇。

多井高壓集中注醇工藝是實(shí)現(xiàn)高壓集氣和二級布站的關(guān)鍵技術(shù),生產(chǎn)實(shí)踐表明,其工藝運(yùn)行可靠,能有效簡化井口,使設(shè)備集中,便于管理。

2.3 多井集中加熱節(jié)流工藝

降壓常伴隨著急劇的溫降,高壓天然氣進(jìn)入集氣站后,需要節(jié)流降壓以滿足集輸系統(tǒng)要求,為防止降壓過程中生成天然氣水合物,集氣現(xiàn)場采用水套加熱爐加熱,以提高節(jié)流前的氣流溫度。為減少站內(nèi)設(shè)備及提高熱效率,長慶氣區(qū)采用了多井式加熱爐,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)1～8口井共同加熱。

多井加熱節(jié)流是多井高壓集氣工藝的有效補(bǔ)充,既滿足開發(fā)工藝要求,又減少了站內(nèi)設(shè)備數(shù)量,是提高設(shè)備利用率的有效手段。

2.4 周期性間歇計(jì)量工藝

氣井產(chǎn)量是進(jìn)行地質(zhì)分析的重要依據(jù)[5-6],長慶氣區(qū)根據(jù)儲(chǔ)層低滲透、單井產(chǎn)量穩(wěn)定的特點(diǎn),在集氣站內(nèi)設(shè)生產(chǎn)分離器和計(jì)量分離器,單井產(chǎn)量采用輪換間歇計(jì)量,打破了氣井連續(xù)計(jì)量的常規(guī)。間歇計(jì)量就是單井產(chǎn)氣量采用周期性輪換的方式計(jì)量,計(jì)量分離器配合孔板流量計(jì)用于單井產(chǎn)量計(jì)量,不計(jì)量的氣井進(jìn)生產(chǎn)分離器。

周期性間歇計(jì)量工藝減少了大量的計(jì)量裝置和儀表,簡化了集氣站工藝流程,降低了投資。幾年來的運(yùn)行表明長慶氣區(qū)氣井生產(chǎn)穩(wěn)定,采用間歇計(jì)量工藝完全滿足資料錄取要求。

2.5 小型橇裝脫水工藝

集氣站脫水是長慶氣區(qū)的特色。集氣站脫水的目的是為了減緩集氣管線的腐蝕。長慶氣區(qū)集氣站脫水采用的是橇裝三甘醇脫水裝置,三甘醇脫水具有吸濕性好、蒸汽壓低、露點(diǎn)降大、操作平穩(wěn)可靠等優(yōu)點(diǎn)。橇裝化脫水裝置加熱、脫水、溶劑再生、計(jì)量一體化,不需外接電源,適合長慶氣區(qū)比較惡劣的自然環(huán)境。

小型橇裝脫水裝置具有建設(shè)速度快、自動(dòng)化控制程度高、不需要外界動(dòng)力、投資低、運(yùn)行維護(hù)和管理方便的特點(diǎn),簡化了工藝流程,縮小了配套系統(tǒng)規(guī)模,脫水后的天然氣水露點(diǎn)可降到-10～-13℃,集氣干線無凝析液析出,延長了集氣干線的使用壽命[7]。

2.6 低溫高效聚結(jié)分離工藝技術(shù)

榆林氣田開發(fā)在充分借鑒靖邊模式的基礎(chǔ)上,根據(jù)榆林氣田上古氣藏含凝析油的特點(diǎn),采用節(jié)流膨脹制冷低溫分離工藝技術(shù)來脫水脫烴。集氣站應(yīng)用強(qiáng)制旋流氣液分離器加上氣液聚結(jié)分離的兩段式分離工藝,氣液聚結(jié)聚結(jié)分為前置預(yù)過濾和聚結(jié)過濾兩部分,通過高效聚結(jié)分離器中的纖維介質(zhì),對亞微米的液滴進(jìn)行高效聚結(jié)分離[8]。低溫高效聚結(jié)分離工藝技術(shù)集氣站外輸天然氣水露點(diǎn)在-8～13℃之間,滿足國家二類氣質(zhì)要求。

使用高效聚結(jié)分離工藝技術(shù)在脫除水的同時(shí),也脫除了凝析油,簡化了天然氣的凈化處理工藝,出口天然氣滿足外輸氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),節(jié)約了一次投資費(fèi)用。

2.7 小型高效設(shè)備應(yīng)用技術(shù)

1)為保證低溫分離效果,防止集氣站內(nèi)發(fā)生天然氣水合物堵塞,開發(fā)了小型甲醇霧化裝置,使甲醇與氣流充分混合,增強(qiáng)對天然氣水合物的抑制效果,降低甲醇消耗量。

2)采用強(qiáng)制旋流氣液分離器進(jìn)行氣液分離,與重力分離器相比分離效率提高了10%左右。

3)應(yīng)用疏水閥排液,有效解決了電動(dòng)球閥自動(dòng)排液系統(tǒng)故障率高、運(yùn)行費(fèi)用高的問題。

小型高效設(shè)備的選用,為長慶氣區(qū)各區(qū)塊工藝模式的形成提供了技術(shù)支撐,在氣田的生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用。

2.8 井下節(jié)流工藝技術(shù)

井下節(jié)流工藝不僅是高壓氣田防止天然氣水合物生成、排出井筒積液的有效手段,更是簡化地面工藝、實(shí)現(xiàn)中低壓集氣模式的技術(shù)關(guān)鍵[9]。試采資料顯示蘇里格氣田具有高壓穩(wěn)產(chǎn)期短、中低壓穩(wěn)產(chǎn)期長的特點(diǎn),在總結(jié)、摸索的基礎(chǔ)上,應(yīng)用井下節(jié)流降壓工藝技術(shù),開發(fā)了蘇里格氣田開發(fā)初期中低壓集氣模式。

蘇里格氣田井下節(jié)流降壓工藝技術(shù)使地面建設(shè)投資降低50%;以井下節(jié)流技術(shù)為基礎(chǔ)的地面工藝簡化優(yōu)化工作取得重大突破,成為蘇里格氣田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的關(guān)鍵和核心。

2.9 井口濕氣帶液計(jì)量工藝技術(shù)

蘇里格氣田井?dāng)?shù)多、產(chǎn)量低,氣井具有不確定性帶水含油和生產(chǎn)壓力下降快的特點(diǎn),通過大量的流量計(jì)現(xiàn)場比對試驗(yàn),選用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)對單井氣量進(jìn)行連續(xù)帶液計(jì)量。流量計(jì)工作壓力4.0MPa,流量計(jì)量范圍(0.6～9.0)×104m3/d,可顯示瞬時(shí)工況流量和累計(jì)工況流量。

井口濕氣帶液計(jì)量工藝技術(shù),簡化了蘇里格氣田開發(fā)地面工藝,單井氣量計(jì)量誤差小于10%,滿足氣田開發(fā)計(jì)量規(guī)范要求。

2.10 常溫分離中低壓濕氣輸送工藝

蘇里格氣田開發(fā)單井不加熱、不注醇,經(jīng)井下節(jié)流,井口在線濕氣計(jì)量后進(jìn)入采氣干管,輸送至集氣站經(jīng)過常溫氣液分離后增壓至3.5MPa,濕氣輸送至處理廠集中脫水脫烴后增壓外輸。夏季運(yùn)行時(shí)充分利用氣井壓力,停止壓縮機(jī)運(yùn)行,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

中、低壓濕氣輸送工藝將氣田地層能量與開發(fā)條件、自然環(huán)境相結(jié)合,不同的季節(jié)采用不同的分離輸送工藝,保證氣田低成本開發(fā)。

2.11 二級增壓工藝技術(shù)

增壓是低壓氣田開發(fā)的核心技術(shù)。為優(yōu)化氣田地面壓力系統(tǒng),合理分配增壓壓比,根據(jù)技術(shù)研究和方案對比,創(chuàng)新形成了集氣站、處理廠“兩地兩級”增壓方式。

二級增壓降低了采氣管線的運(yùn)行壓力,提高了氣井的生產(chǎn)時(shí)率,降低了管網(wǎng)建設(shè)投資,提高了管線運(yùn)行的安全性。

2.12 氣田數(shù)字化管理技術(shù)

為達(dá)到“提高管理水平、精簡組織機(jī)構(gòu)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低操作成本”的目的,開發(fā)了數(shù)字化氣田生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程開關(guān)井系統(tǒng)、自動(dòng)配產(chǎn)與動(dòng)態(tài)預(yù)測系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)4部分組成。蘇里格氣田生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、方案自動(dòng)生成、運(yùn)行自動(dòng)控制、異常自動(dòng)報(bào)警、單井電子巡井六大功能[10]。

2.12.1 井口數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)傳技術(shù)

井口數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)傳技術(shù)是利用數(shù)傳電臺,采用無線遠(yuǎn)傳的方式,把井口油壓、套壓、流量計(jì)流量、溫度、壓力等數(shù)據(jù)傳至集氣站工控機(jī),實(shí)現(xiàn)對氣井生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。井口數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)設(shè)備主要包括:壓力變送器、流量計(jì)、RTU。井口數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳減少了常規(guī)人工巡井頻率,實(shí)現(xiàn)了井口數(shù)據(jù)采集及管理自動(dòng)化,為氣井的安全監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)測并獲取連續(xù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)提供了有效手段。

2.12.2 遠(yuǎn)程控制開關(guān)井技術(shù)

為提升氣田的自動(dòng)化、數(shù)字化管理水平,氣井井口采用了高低壓緊急截?cái)嚅y,確保了中壓集氣采氣管線的安全運(yùn)行,避免管線超壓和泄漏事故的發(fā)生。同時(shí),緊急截?cái)嚅y能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開、關(guān)井操作,奠定了建設(shè)“數(shù)字化氣田”的基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程開關(guān)井技術(shù)具有不受外界因素影響,實(shí)現(xiàn)機(jī)械式井口超/欠壓自動(dòng)截?cái)?可靠性強(qiáng),可隨時(shí)遠(yuǎn)程控制開關(guān)井的優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)字化管理系統(tǒng)的應(yīng)用,保障了氣田生產(chǎn)運(yùn)行安全,有利于指導(dǎo)氣井合理生產(chǎn),是節(jié)省投資、降低成本、優(yōu)化用工、提高生產(chǎn)效益的有效手段。

3 結(jié)論

1)靖邊氣田是長慶氣區(qū)最早投入開發(fā)的區(qū)塊,多井高壓集氣、多井集中注醇、多井加熱節(jié)流、間歇計(jì)量及甲醇、污水集中回收處理等配套技術(shù),降低了氣田的建設(shè)投資;結(jié)合靖邊氣田產(chǎn)地層水、H2S含量較高的特點(diǎn),采用小站脫水工藝,使集輸管線中不含游離水,降低了H2S的腐蝕效率。

2)結(jié)合榆林氣田無邊底水、高產(chǎn)凝析油的特點(diǎn),在發(fā)展靖邊模式工藝的基礎(chǔ)上采用節(jié)流制冷低溫分離工藝和高效聚結(jié)分離工藝,應(yīng)用小型高效設(shè)備,可有效脫除天然氣中的凝析油和飽和水。

3)蘇里格氣田屬典型的“三低”氣藏,常規(guī)開發(fā)基本無經(jīng)濟(jì)效益可言。在總結(jié)靖邊、榆林氣田開發(fā)模式的基礎(chǔ)上,運(yùn)用井下節(jié)流、濕氣帶液計(jì)量、常溫分離中低壓濕氣輸送、二級增壓及數(shù)字化管理等配套工藝技術(shù),逐步形成蘇里格氣田開發(fā)工藝模式,創(chuàng)造了“三低”氣藏開發(fā)的典范。

4)結(jié)合氣田地質(zhì)條件,圍繞氣田流體性質(zhì),在試采的基礎(chǔ)上總結(jié)形成的長慶氣區(qū)3大開發(fā)工藝模式及12項(xiàng)地面配套工藝技術(shù),具有針對性、有效性和實(shí)用性,較好地解決了氣田開發(fā)的關(guān)鍵問題,對國內(nèi)外相似氣田的開發(fā)有借鑒作用。

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(修改回稿日期 2009-11-05 編輯 何 明)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.027

Xu Yong,senior engineer,was born in1970.He is now mainly engaged in oil and gas field surface development process research.

Add:Mingguang Rd.,Xi’an,Shaanxi710021,P.R.China

Tel:+86-29-86590696 Mobile:+86-13720623068 E-mail:xy_cq@petrochina.com.cn

Development mode and surface supporting technology in the Changqing gas zone

Xu Yong1,Mu Qianyi1,Yang Yacong1,Jiao Tingkui2
(1.State Engineering L aboratory f or Ex ploration and Development of L ow-Permeability Oil&Gas Fields, Oil and Gas Technology Institute,PetroChina Changqing Oilf ield Company,Xi’an,S haanxi710021,China;2.No.2Gas Production Plant,PetroChina Changqing Oilf ield Com pany,Yulin,S haanxi719000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE2,pp.102-105,2/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

The Changqing gas zone,including the Jingbian,Yulin,and Sulige fields,is a composite uncompartmentalized gas field with low permeability,low abundance,medium-low production,a large area,and great difficulty in development.Based on the geologic features and pre-production situation of different blocks,as well as the principles of safety,high-efficiency,simplicity,advancement and practicability,the paper discusses three development process modes(Jingbian mode,Yulin mode and Sulige mode) and12surface supporting processes which are suitable for different blocks.The12surface supporting processes are high-pressure gas gathering of multiple wells,centralized high-pressure methanol injection of multiple wells,centralized heating and throttling of multiple wells,periodic metering,small-scale skid-mounted dehydration,high-efficiency low-temperature coalescing separation,application of small-scale high-efficiency facilities,downhole throttling,wet gas metering at well heads,wet gas transmission under low-medium pressure and atmospheric temperature,two-level pressure boosting,and gas field digital management process.All the above-mentioned processes have boosted the surface construction level,simplified the process flow,and reduced the project investments.Successful field production and operation for more than one decade has demonstrated that those surface supporting processes are economical and credible,ensuring the high-efficient development of the Changqing gas zone,which provides a good example for operators to develop those similar gas reservoirs.

Changqing gas zone,low permeability,low abundance,low-medium production,development model,surface process, supporting technology,evaluation

book=102,ebook=177

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.02.027

徐勇,1970年生,高級工程師;主要從事油氣田開發(fā)地面工藝研究工作。地址:(710021)陜西省西安市明光路長慶油田油氣工藝研究院。電話:(029)86590696,13720623068。E-mail:xy_cq@petrochina.com.cn