長慶氣區(qū)榆林氣田南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝

劉子兵 張文超 林亮 薛崗

中國石油西安長慶科技工程有限責(zé)任公司

長慶氣區(qū)榆林氣田南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝

劉子兵 張文超 林亮 薛崗

中國石油西安長慶科技工程有限責(zé)任公司

劉子兵等.長慶氣區(qū)榆林氣田南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝.天然氣工業(yè),2010,30(8):76-78.

為了滿足天然氣調(diào)峰、事故應(yīng)急和戰(zhàn)略儲(chǔ)備的需要,中國石油天然氣股份有限公司擬在長慶氣區(qū)建設(shè)我國最大規(guī)模的地下儲(chǔ)氣庫(120×108m3),包括靖邊氣田陜45井區(qū)和榆林氣田南區(qū)等。為此,針對長慶氣區(qū)榆林氣田南區(qū)特點(diǎn),提出了“分散增壓、井叢布置,雙向輸送、多級節(jié)流,中壓采氣,開工注醇,低溫分離,分散凈化、干氣輸送”的地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝,并提出2點(diǎn)建議:①在注氣過程中,壓縮機(jī)出口壓力隨地層壓力升高而升高,變化幅度很大,建議工藝設(shè)計(jì)要充分適應(yīng)這種變化;②采出氣的壓力和組分在不斷變化,將對凈化工藝產(chǎn)生影響,建議進(jìn)行分期建設(shè),初期建設(shè)規(guī)模不宜過大,以提高凈化裝置的適應(yīng)性。

長慶氣田 地下儲(chǔ)氣庫 地面工藝 增壓 節(jié)流 注醇 低溫分離 凈化

DO I:10.3787/j.issn.100020976.2010.08.020

我國地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)起步較晚,真正開始研究地下儲(chǔ)氣庫是在20世紀(jì)90年代初,目前正在使用中的地下儲(chǔ)氣庫只有大慶喇嘛甸地下儲(chǔ)氣庫和大張坨地下儲(chǔ)氣庫。喇嘛甸地下儲(chǔ)氣庫是2000年我國建成的第1座正規(guī)地下儲(chǔ)氣庫,之后為保證北京和天津兩大城市的季節(jié)性調(diào)峰需求,在天津市附近的大港油田利用枯竭凝析氣藏建成了大張坨地下儲(chǔ)氣庫,總的調(diào)峰氣量為20×108m3左右[127]。2010年1月21日,中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃了總工作氣量為244×108m3的儲(chǔ)氣庫建設(shè)目標(biāo),要求立即啟動(dòng)長慶氣區(qū)靖邊氣田陜45井區(qū)和榆林氣田南區(qū)等地下儲(chǔ)氣庫前期研究工作,長慶氣區(qū)總儲(chǔ)氣規(guī)模為120×108m3。為此,對長慶氣區(qū)榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫地面工藝進(jìn)行了初步探討。

1 榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝

1.1 地下儲(chǔ)氣庫總體工藝描述

經(jīng)過多方案的比較和經(jīng)濟(jì)技術(shù)的對比,長慶氣區(qū)榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫初步擬采用的總體工藝如圖1所示。

圖1 地下儲(chǔ)氣庫總體工藝圖

1.2 注氣增壓工藝

對井口增壓、分散增壓、集中增壓和兩級增壓進(jìn)行了分析對比,分散增壓工藝具有高壓管線數(shù)量少、便于注采管線合一設(shè)置、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)低、投資低等優(yōu)點(diǎn),故采用分散增壓工藝,將增壓站與集注站合建。

注氣壓縮機(jī)選用往復(fù)式壓縮機(jī)。與離心式壓縮機(jī)相比,往復(fù)式壓縮機(jī)出口壓力高、壓比大,出口壓力、流量變化范圍大,其適應(yīng)性、運(yùn)行上的調(diào)配性都更能適應(yīng)注氣壓縮機(jī)的操作工況條件,且往復(fù)式壓縮機(jī)在注氣效率、操作靈活性、能耗等方面也比離心式壓縮機(jī)具有更多的優(yōu)勢。壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選用電機(jī)驅(qū)動(dòng),具有投資及運(yùn)行費(fèi)用低,單臺(tái)機(jī)組功率大,設(shè)備投資較低等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 采出氣凈化工藝

榆林氣田天然氣中不含 H2S,且CO2含量低,僅需脫油脫水進(jìn)行水烴露點(diǎn)控制。目前水烴露點(diǎn)控制工藝最成熟、應(yīng)用最廣的是低溫分離工藝,即將天然氣冷凝至水烴露點(diǎn)以下某一溫度,得到一部分凝析水及富含較重?zé)N類的液烴(天然氣凝液或凝析油等液體),并在此溫度下使其與氣體分離[829]。

與集中凈化工藝相比,分散凈化工藝可以降低管理難度和風(fēng)險(xiǎn),并且可以充分利用集注站的公用設(shè)施和輔助系統(tǒng),降低投資。因此,采用分散凈化、干氣輸送工藝,分散設(shè)置多座天然氣處理廠,與集注站合建,凈化工藝如圖2所示。

圖2 凈化工藝圖

采氣初期,利用地層壓力,采用節(jié)流制冷低溫分離工藝;采氣后期,地層壓力不足以滿足節(jié)流制冷要求時(shí),采用丙烷制冷,集注站外輸天然氣氣質(zhì)滿足國家商品氣的要求。

1.4 天然氣水合物抑制工藝

當(dāng)濕天然氣壓力較高或溫度較低時(shí),都易形成天然氣水合物,必須加入天然氣水合物抑制劑。在開工初期,雖然井口溫度較高,但管線溫度場未建立,也有生成天然氣水合物的可能。采用注入甲醇不回收工藝,采用移動(dòng)注醇車以節(jié)省投資;在凈化工藝的低溫分離段,采用注入乙二醇并回收的工藝,與注甲醇工藝相比,具有占地面積小、投資低、環(huán)境污染小、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

1.5 多級節(jié)流工藝

綜合考慮了控制采氣壓力、降低CO2分壓、凈化工藝、天然氣水合物抑制工藝及外輸壓力的要求,采用中壓采氣、三級節(jié)流工藝。采氣初期,井口一級節(jié)流后壓力控制為14 M Pa,優(yōu)點(diǎn)是只需在井口開工初期臨時(shí)注醇,一旦溫度場建立就可以不用注醇,減少注醇量;進(jìn)站后經(jīng)過第二級節(jié)流后,壓力降為9 M Pa,優(yōu)點(diǎn)是水烴露點(diǎn)控制裝置運(yùn)行壓力變化幅度小、設(shè)計(jì)壓力低,可以提高裝置的安全性和可靠性;第三級節(jié)流通過J2T閥節(jié)流后壓力降為5.8 M Pa,以獲得低溫,達(dá)到外輸?shù)囊?。采氣系統(tǒng)初期節(jié)點(diǎn)壓力示意圖見圖3。

圖3 采氣系統(tǒng)初期節(jié)點(diǎn)壓力示意圖

采氣后期井口最低壓力為6.4 MPa,集注站進(jìn)站壓力為5.8 MPa。采氣系統(tǒng)后期節(jié)點(diǎn)壓力示意圖見圖4。

圖4 采氣系統(tǒng)后期節(jié)點(diǎn)壓力示意圖

1.6 雙向集輸工藝

1.6.1 注采干線

注采干線是由集配氣總站至各集注站間的輸氣干線(圖5)。注氣時(shí),氣源來氣在集配氣總站根據(jù)集注站注氣能力進(jìn)行分配和計(jì)量,通過注采干線進(jìn)入集注站;采氣時(shí),各集注站來凈化氣通過注采干線輸往集配氣總站匯集,經(jīng)外輸管線統(tǒng)一外輸。注采干線采用注采合一工藝,滿足雙向輸送。

圖5 注采干線示意圖

1.6.2 氣井注采管線

氣井注采管線是由集注站至井場的管線。注氣時(shí),集注站增壓后的天然氣經(jīng)注采管線輸送至井口,經(jīng)計(jì)量后注入地下儲(chǔ)氣庫;采氣時(shí),天然氣經(jīng)井口節(jié)流閥并計(jì)量后通過氣井注采管線反向輸送至集注站。由于榆林氣田不含 H2S,且CO2含量不高,不產(chǎn)水,注采管線可以采用一條管線,具有流程簡單、投資低、管線建設(shè)工程量少、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。

1.6.3 雙向節(jié)流工藝

節(jié)流閥采用軸套式結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)和密封。采氣期節(jié)流時(shí),通過活塞移動(dòng)堵塞籠套上的通氣孔進(jìn)行流量調(diào)節(jié);反向輸送時(shí),籠套上的通氣孔可全開實(shí)現(xiàn)通氣,壓力損失僅0.1 M Pa,也可實(shí)現(xiàn)0.3 M Pa的壓力調(diào)節(jié)。

1.6.4 雙向計(jì)量工藝

計(jì)量工藝采用靶式流量計(jì),可以實(shí)現(xiàn)雙向連續(xù)計(jì)量。

采用雙向集輸工藝,注采管線數(shù)量少,可以簡化流程,降低投資。

1.7 氣井進(jìn)站工藝

榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫注采井為水平井,采用1～5口單井和叢式井相結(jié)合的部署方案,地下儲(chǔ)氣庫氣井進(jìn)站采取串接進(jìn)站工藝,可以避免單井或2口井直接進(jìn)站,減少管線數(shù)量、縮短施工周期和降低工程投資等優(yōu)點(diǎn)。但為了控制管線壁厚不超過30 mm,串接井?dāng)?shù)原則上不超過5口。氣井進(jìn)站工藝示意圖如圖6。

2 結(jié)論與建議

圖6 氣井進(jìn)站工藝圖

長慶氣區(qū)榆林南地下儲(chǔ)氣庫地面總體工藝可初步概括為“分散增壓、井叢布置,雙向輸送、多級節(jié)流,中壓采氣,開工注醇,低溫分離,分散凈化、干氣輸送”的總體工藝。

在注氣過程中,壓縮機(jī)出口壓力隨地層壓力升高而升高,變化幅度很大,建議在工藝設(shè)計(jì)中要充分考慮適應(yīng)這種變化;采出氣的壓力和組分在不斷變化,將對凈化工藝產(chǎn)生影響。建議進(jìn)行分期建設(shè),初期建設(shè)規(guī)模不宜過大,以提高凈化裝置的適應(yīng)性。

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2010207226 編輯 何 明)

劉子兵,1972年生,高級工程師,學(xué)士;主要從事天然氣集輸、凈化和管道長輸?shù)脑O(shè)計(jì)及科研工作。地址:(710018)陜西省西安市未央?yún)^(qū)長慶興隆園小區(qū)西安長慶科技工程有限責(zé)任公司天然氣設(shè)計(jì)部。電話:(029)86599210,13772179796。E-mail:ctec2lzb@cnpc.com.cn