一體化集氣裝置在蘇里格氣田的應(yīng)用

劉 俊 黃國榮 謝遠(yuǎn)飛 陳增輝 楊冬雪 韓兆鵬

中國石油長慶油田公司第四采氣廠，陜西 西安 710018

0 前言

隨著氣田的持續(xù)開發(fā)， 相應(yīng)的配套設(shè)備也不斷增加，氣田的管理壓力也隨之不斷地提升。 一方面，原地面設(shè)備與工藝流程高頻次的改造對氣田的生產(chǎn)效率帶來較大影響；另一方面，復(fù)雜的工藝流程所帶來的運行維護成本越來越高。 簡化工藝流程、降低改造風(fēng)險、控制投資成本，提高生產(chǎn)和管理效率，是當(dāng)前采氣廠持續(xù)發(fā)展的客觀要求［1］。

為了安全快速地開發(fā)與管理氣田， 進一步優(yōu)化簡化老氣田的工藝流程，滿足氣田地面集氣站快速建設(shè)的要求，長慶油田第四采氣廠引進了數(shù)字化橇裝集氣裝置。 該裝置集成了常規(guī)集氣站的主要設(shè)備設(shè)施，有效地減少了設(shè)備占地面積， 縮短了建設(shè)施工周期，降低了維護費用，提升了管理效率［2］。由于氣田生產(chǎn)的復(fù)雜性， 該設(shè)備在實際運行過程中也存在少量不足，為更好地開展數(shù)字化橇裝集氣裝置的推廣和應(yīng)用，有必要研究現(xiàn)狀，分析存在的問題，為采氣廠地面建設(shè)提供經(jīng)驗。

1 一體化集氣裝置簡介

一體化集氣裝置又稱集氣橇，該裝置將標(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。 裝置集成了進站閥組、匯管、分離器、閃蒸罐、流量計、自用氣分離器、疏水閥、放空系統(tǒng)、電儀系統(tǒng)、管線閥門及橇底座等主要設(shè)備，見圖1。

圖1 集氣橇模塊示意圖

該集氣橇設(shè)備型號為SJQ-50-4.0-I1，裝置參數(shù)見表1。 裝置集成了進站遠(yuǎn)程截斷、干管遠(yuǎn)程緊急放空、天然氣氣液分離、流程遠(yuǎn)程切換、外輸計量、清管、自用氣供氣、采出水閃蒸、放空分液九大功能，實現(xiàn)了“獨立運行、遠(yuǎn)程關(guān)斷、自動排液、安全放空、動態(tài)監(jiān)測、智能報警”的目的。

裝置具備不動火裝配和成橇工廠化制造的特點，與傳統(tǒng)集氣站設(shè)備相比在選型規(guī)格、流程安裝、自動化及智能控制水平等方面有了很大提升。 該裝置優(yōu)化了天然氣集輸流程，降低了設(shè)備占地面積與施工周期，有效地降低了現(xiàn)場員工巡檢工作量，節(jié)約了人力和物力，提高了工作效率。

表1 一體化集氣裝置參數(shù)

2 一體化集氣裝置的關(guān)鍵技術(shù)

與常規(guī)設(shè)計相比，一體化集氣裝置在設(shè)備體積上有較大優(yōu)勢，為減少設(shè)備元件數(shù)量，縮小裝置尺寸，需要研發(fā)新型高效的設(shè)備以達到降低投資、方便拉運、減小占地面積的目的。 根據(jù)蘇里格氣田天然氣低壓集輸工藝，設(shè)計了電動三通球閥、組合式分離閃蒸罐與新型電儀接線箱等主要設(shè)備。

2.1 電動三通球閥

常規(guī)集氣站中進站流程包括生產(chǎn)、放空及截斷三套流程，流程的切換通過3 個閥門控制來實現(xiàn)，裝置占地面積較大。 而集氣橇設(shè)備采用了電動三通球閥，集成進站區(qū)多個控制閥門，減小了設(shè)備占地面積。

三通球閥閥體有3 個接口，其中水平方向為兩出口，底部垂直方向為天然氣進口，通過調(diào)整閥芯位置，實現(xiàn)截斷或者連通的流程切換，見圖2。通過在三通球閥閥體上加裝電動執(zhí)行機構(gòu)， 在替代原進站機關(guān)設(shè)備的同時，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程緊急截斷和放空的功能。

圖2 三通閥三種流程狀態(tài)

2.2 組合式分離閃蒸罐

為滿足集氣橇設(shè)備集成化的需求，將原集氣站的分離器及閃蒸罐流程進行優(yōu)化組合，形成了組合式分離閃蒸罐。 該設(shè)備通過隔板將一個腔體分解為分離及閃蒸兩個腔體，見圖3。

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線的輸送要求。 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3 組合式閃蒸分液罐示意圖

2.3 新型電儀接線箱

根據(jù)裝置內(nèi)的用電點、數(shù)據(jù)采集點、控制點的數(shù)量和分布特點，定制了多功能配電箱和儀表接線箱，裝置接入電纜6 路，配出38 路，減少電纜鋪設(shè)32 路，數(shù)量減少了85%，不僅減少了電纜長度和鋪設(shè)的工作量，而且增強了裝置的集成度及美觀性。

3 一體化集氣裝置的應(yīng)用效果

一體化集氣裝置相比于傳統(tǒng)的集氣站設(shè)備， 在設(shè)備選型規(guī)格、質(zhì)量、自動化及智能控制水平等方面有很大提升。 通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與模塊化建設(shè)，不僅降低建設(shè)投資，同時有效地降低了人員作業(yè)風(fēng)險［3］。通過工藝流程的優(yōu)化與簡化，減少了土地占用面積、提高了建設(shè)效率，降低了維護成本，為蘇里格氣田的有效開發(fā)提供了極大便利。

3.1 優(yōu)化工藝流程

原集氣站工藝流程較復(fù)雜，流程切換及正常生產(chǎn)過程中操作較繁瑣，浪費較多人力物力，一體化集氣裝置通過關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)，優(yōu)化了場站內(nèi)部天然氣處理的工藝流程，見圖4。

圖4 一體化集氣裝置應(yīng)用前后地面工藝流程對比

一體化集氣裝置的應(yīng)用不僅明顯簡化了場站流程，而且優(yōu)化了氣液分離工藝。 分離器的傳統(tǒng)排液方式為疏水閥自動排液， 在日常生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)氣井產(chǎn)液大、疏水閥閥芯堵等情況導(dǎo)致設(shè)備排液不及時，需要人員進站手動排液。

與原始排液方式相比，一體化集氣裝置在分離器疏水閥旁通管線上加裝了兩處電動球閥，將其執(zhí)行機構(gòu)控制點接入平臺實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 同時，通過對平臺添加智能控制程序，實現(xiàn)球閥“高液位自動開啟，低液位自動關(guān)閉”的智能控制效果，保證了無人值守站中設(shè)備的正常排液。

3.2 減少設(shè)備占地面積

與常規(guī)設(shè)計相比， 一體化集氣裝置在不影響天然氣處理效果的條件下，通過減小設(shè)備體積，縮短設(shè)備間距、簡化工藝流程、優(yōu)化安裝方式等方法達到設(shè)備一體化的目的［4］。通過對比蘇36-1 集氣站原始流程與橇裝流程占地面積表明：在天然氣處理量相同的前提下，通過使用一體化集氣裝置，能夠減少占地面積60%，見表2。

表2 站內(nèi)設(shè)備占地面積

3.3 縮短施工周期

以蘇36-1 集氣站為例， 該站于2013 年5 月20 日擴建，新增一體化集氣橇2 臺，同年7 月20 日完成擴建。擴建總耗時60 個工作日， 新增天然氣處理量100×104m3/d，相比于同樣規(guī)模的常規(guī)集氣站建設(shè)用時縮短了50%以上。

一體化集氣裝置的制造全部在施工前期完成，現(xiàn)場安裝過程中，只需將設(shè)備接入相應(yīng)的管網(wǎng)即可完成流程連接， 蘇36-1 集氣站1# 集氣橇橇體與管網(wǎng)連接共有進、出口17 處，相對常規(guī)設(shè)計中100 余處連接點，減少了80%以上的現(xiàn)場安裝工作量。

3.4 集氣站增產(chǎn)不增員

一體化集氣橇的設(shè)計注重簡化工藝流程，更注重智能化，是數(shù)字化建設(shè)的有力支撐。 該裝置集機械技術(shù)、電工技術(shù)、自控技術(shù)及信息技術(shù)于一體，具有智能化的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制和自我保護，生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動上傳并接受上級指令，達到無人值守，促進信息化管理的目的［5］。

一體化集氣橇裝置中含各類控制閥門共52 個，其中重點控制部位安裝遠(yuǎn)程可控電動球閥14 個，占總控制閥門27%。這些遠(yuǎn)程可控電動球閥安裝在進站機關(guān)、放空、排污等關(guān)鍵部位上，可通過二級監(jiān)控平臺直接控制。 通過安裝各類變送器共11 臺，保證調(diào)控中心可以通過平臺直接監(jiān)控裝置上各部位的壓力、溫度等實時數(shù)據(jù)，達到獨立運行、遠(yuǎn)程關(guān)斷、自動排液、動態(tài)監(jiān)測、智能報警等目的。

蘇36-1 集氣站擴建前，站內(nèi)處理量50×104m3/d，站內(nèi)維護人員2 人； 擴建后站內(nèi)處理量達到150×104m3/d，站內(nèi)維護人員2 人。 通過應(yīng)用一體化集氣裝置， 實現(xiàn)地面集輸系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后，現(xiàn)場管理點大幅下降，由原來32 個點減少為12 個點， 在提升集氣站處理量的同時保持用工總數(shù)不變，達到了增產(chǎn)不增員的目的。

4 生產(chǎn)中存在的問題

在生產(chǎn)過程中， 通過對場站內(nèi)集氣橇裝置的構(gòu)成、功能、應(yīng)用效果等方面分析，發(fā)現(xiàn)該裝置存在以下不足。

4.1 排液優(yōu)化不足

集氣橇所采用的分離器為臥式雙筒分離器，屬于重力分離。 該工藝流程對橇體自帶集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)有足夠的停留時間，以便氣泡有足夠的時間上升至液面并進入氣相［6］。

在生產(chǎn)過程中由于單井產(chǎn)液量大，疏水閥排液不及時，分離器經(jīng)常出現(xiàn)液位高的情況，多數(shù)時候需要通過電動球閥輔助排液，疏水閥使用效率較低［7］。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，而積液包頂部對應(yīng)的液位值為67 cm，這種設(shè)計導(dǎo)致了積液包的有效利用容積大幅減小，影響了分離效果，見圖5。

圖5 集氣橇排液設(shè)備示意圖

積液包容積：

實際利用空間：

集氣橇積液包容積利用率：

通過計算，設(shè)備積液包有效利用空間僅為23%，對高產(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造成液位快速上升。 雖然電動球閥智能控制能夠在一定程度上輔助排液，但未能從根本上優(yōu)化設(shè)備自動排液問題。

對于該設(shè)備的優(yōu)化不足， 可通過降低疏水閥進液口高度，增大集氣橇積液包有效利用空間，提高分離效果。

4.2 排液系統(tǒng)相互干擾

當(dāng)分離器腔體通過旁通電動球閥排液時，產(chǎn)出液會通過閃蒸罐疏水閥閥嘴反竄至腔體中，導(dǎo)致閃蒸罐疏水閥腔體中的浮球劇烈碰撞，影響閃蒸罐排液［8］。

通過分析設(shè)備流程發(fā)現(xiàn)：分離器腔體的排污系統(tǒng)與閃蒸罐排污系統(tǒng)共用1 根排污管線，且接入節(jié)點間距較小（2 m），采用的排污干管管徑較小。由于設(shè)備間距小，管徑小，排液時緩沖作用較弱，加上閃蒸罐在日常生產(chǎn)中無壓力，導(dǎo)致排污過程中相互干擾。

對于該設(shè)計不足，可以在分離器與閃蒸罐排污管線之間加裝單向閥，在保證閃蒸罐正常排液的同時，消除分離器腔體排液造成的影響。

4.3 空間分布密集

由于集氣橇裝置一體化集成度高， 為了減小裝置的整體尺寸和占地面積，設(shè)計時將各部件之間的距離縮減，一體化集氣裝置設(shè)備空間分布，見圖6。 集氣橇上疏水閥腔體與積液包的距離不足30 cm，在日常設(shè)備檢修過程中拆卸十分困難，對日常生產(chǎn)檢修工作造成一定的影響。 在套上保溫棉后，各設(shè)備間的空間更小，甚至有部分控制球閥被保溫套阻擋無法正常操作， 建議在裝置設(shè)計時考慮保溫棉所占空間，合理安排各設(shè)備間距離，為設(shè)備檢修保留合理的操作空間。

5 結(jié)論

圖6 一體化集氣裝置設(shè)備空間分布

一體化集氣裝置優(yōu)化了氣田地面生產(chǎn)中的工藝流程、減少了設(shè)備占地面積、縮短建設(shè)施工周期、降低了維護費用及生產(chǎn)定員，促進了管理效率的提升。 通過對排污系統(tǒng)中電動球閥添加智能控制程序，一定程度上保證了設(shè)備的正常排液，有效避免了因設(shè)備液位高導(dǎo)致的異常生產(chǎn)狀況。 集氣橇積液包的實際利用空間不足、排污系統(tǒng)相互干擾、日常檢修困難是該設(shè)備在生產(chǎn)中依然存在的問題， 需要在以后的設(shè)計中從氣田生產(chǎn)實際出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)規(guī)模、功能需求繼續(xù)改進，確保其在氣田地面建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

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