復(fù)熱外輸技術(shù)在大牛地氣田應(yīng)用時(shí)機(jī)預(yù)測(cè)

季永強(qiáng) 王海琴

1中國(guó)石化華北分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；2長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 3中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)建學(xué)院

復(fù)熱外輸技術(shù)在大牛地氣田應(yīng)用時(shí)機(jī)預(yù)測(cè)

季永強(qiáng)1；2 王海琴3

1中國(guó)石化華北分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；2長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 3中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)建學(xué)院

大牛地氣田采用單井高壓進(jìn)站，站內(nèi)加熱二級(jí)節(jié)流，低溫制冷脫水的地面集氣工藝。為解決氣井壓力逐漸降低導(dǎo)致外輸氣水露點(diǎn)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，采用小壓差復(fù)熱外輸技術(shù)使原料氣經(jīng)換熱產(chǎn)生足夠大的溫降，以保證外輸氣的水露點(diǎn)指標(biāo)。經(jīng)過(guò)比較各集氣站的外輸氣實(shí)際水露點(diǎn)與要求水露點(diǎn)的差異，根據(jù)氣田天然氣節(jié)流的壓降溫降規(guī)律，以及集氣站壓力降低速率趨勢(shì)，預(yù)測(cè)了冬、夏兩季換熱器的應(yīng)用時(shí)機(jī)。

天然氣；復(fù)熱外輸；水露點(diǎn)；換熱器；時(shí)機(jī)預(yù)測(cè)

大牛地氣田地面集輸采用單井高壓進(jìn)站，站內(nèi)加熱，二級(jí)節(jié)流，低溫制冷脫水工藝。一級(jí)節(jié)流后壓力控制在4.9～5.4MPa之間。隨著氣田氣井壓力的逐步降低，集氣站內(nèi)可用的節(jié)流壓差逐漸變小。當(dāng)氣井壓力下降到一定程度時(shí)，將不再有足夠的可利用的壓力進(jìn)行節(jié)流制冷脫水，外輸氣水露點(diǎn)將逐漸上升至不達(dá)標(biāo)。針對(duì)這一變化趨勢(shì)，氣田采用小壓差復(fù)熱外輸技術(shù)[1-2]來(lái)解決這一問(wèn)題。

1 復(fù)熱外輸工藝流程

復(fù)熱外輸工藝是指通過(guò)小壓差節(jié)流使天然氣產(chǎn)生一個(gè)小溫降，以此溫降作為換熱器冷端溫差。通過(guò)利用高效換熱器，選取足夠大的換熱器面積，使原料氣在此小冷端溫差下經(jīng)換熱產(chǎn)生足夠大的溫降，以解決隨著氣井壓力的逐漸降低帶來(lái)的天然氣脫水深度不足的問(wèn)題，保證氣田生產(chǎn)一定階段內(nèi)外輸天然氣水露點(diǎn)的指標(biāo)要求。

大牛地氣田集氣站內(nèi)天然氣復(fù)熱外輸工藝流程如圖1所示。

圖1 復(fù)熱外輸工藝原理流程

與傳統(tǒng)的二級(jí)節(jié)流工藝相比，大牛地氣田集氣站內(nèi)換熱器增設(shè)于二級(jí)節(jié)流前，利用二級(jí)節(jié)流小壓差（二級(jí)節(jié)流壓差控制為0.4～0.5MPa）產(chǎn)生的溫降實(shí)現(xiàn)復(fù)熱外輸，即將二級(jí)節(jié)流前的天然氣與二級(jí)節(jié)流降溫后的天然氣進(jìn)行換熱，回收外輸天然氣攜帶的冷量對(duì)二級(jí)節(jié)流前天然氣進(jìn)行預(yù)冷，彌補(bǔ)了由于氣井壓力下降導(dǎo)致的一級(jí)節(jié)流冷量的不足，降低了二級(jí)節(jié)流的壓差，延緩氣田增壓的實(shí)施。

2 集氣站出站天然氣的水露點(diǎn)

大牛地氣田的天然氣經(jīng)陜京二線轉(zhuǎn)輸榆濟(jì)管線，交氣壓力要求均為4MPa，集氣站外輸壓力需保持在4.53～5.45 MPa；氣田管線埋于凍土層以下，環(huán)境溫度冬季按0℃考慮，夏季按5℃考慮。因此，根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50251—2003：13）》規(guī)范要求，冬季和夏季外輸氣水露點(diǎn)要求分別為-5℃和0℃。

大牛地氣田集氣站二級(jí)旋流分離器至出站計(jì)量管線均設(shè)有保溫措施，因此可近似取旋流分離器溫度作為天然氣出站水露點(diǎn)溫度。在冬、夏兩季分別對(duì)比各集氣站天然氣出站水露點(diǎn)與要求水露點(diǎn)。對(duì)比結(jié)果分別見(jiàn)圖2、圖3。從圖2、圖3可以看出，冬季各集氣站天然氣實(shí)際出站水露點(diǎn)均不能達(dá)到外輸露點(diǎn)要求，而夏季除34站以外均達(dá)不到外輸露點(diǎn)要求。

圖2 冬季天然氣實(shí)際出站水露點(diǎn)與要求水露點(diǎn)的比較

圖3 夏季天然氣實(shí)際出站水露點(diǎn)與要求水露點(diǎn)的比較

3 天然氣節(jié)流溫降趨勢(shì)

大牛地氣田采用節(jié)流膨脹脫水工藝，節(jié)流后天然氣水露點(diǎn)取決于天然氣的節(jié)流壓降和節(jié)流前的溫度。隨著壓力的降低，溫降系數(shù)逐漸增大。天然氣為5～10MPa時(shí)的平均節(jié)流溫降系數(shù)為4～5℃/MPa。復(fù)熱外輸技術(shù)在10#集氣站的先導(dǎo)試驗(yàn)表明，換熱器實(shí)施后將二級(jí)節(jié)流入口溫度降低了12～15℃左右。按二級(jí)節(jié)流壓差0.5MPa計(jì)算，可以將節(jié)流溫降系數(shù)增加為29～35℃/MPa左右?？梢?jiàn)，換熱器實(shí)施后，利用較小的節(jié)流壓差便可解決天然氣外輸水露點(diǎn)的問(wèn)題，同時(shí)節(jié)約了相當(dāng)一部分的地層能量。

4 換熱器的極限應(yīng)用時(shí)機(jī)

根據(jù)各集氣站出站水露點(diǎn)與外輸要求水露點(diǎn)偏差以及節(jié)流溫降的變化趨勢(shì)，可以計(jì)算出集氣站欠缺的壓力，結(jié)合各集氣站壓降速率，便可以預(yù)測(cè)在氣田實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)施換熱器的時(shí)機(jī)。

表1為冬、夏兩季換熱器應(yīng)用時(shí)機(jī)的實(shí)際預(yù)測(cè)情況。

由表1中可以看出，33個(gè)集氣站中，除1#、3#、4#、7#、10#、15#、16#、28#、34#共9個(gè)集氣站外，其余集氣站夏季換熱器應(yīng)用時(shí)機(jī)均早于冬季。結(jié)合站內(nèi)操作流程可知，這是由于夏季因來(lái)氣溫度較高（夏季平均進(jìn)站溫度16℃），站內(nèi)加熱爐普遍停用，導(dǎo)致節(jié)流后溫度相對(duì)較高，無(wú)法滿足脫水深度要求。而冬季來(lái)氣溫度雖然較低（冬季平均進(jìn)站溫度5℃），但加熱爐出口處無(wú)溫度計(jì)插槽，依靠一級(jí)節(jié)流后溫度計(jì)無(wú)法精確控制加熱程度，出現(xiàn)加熱爐使用過(guò)度也會(huì)導(dǎo)致節(jié)流后溫度相對(duì)較高，也將無(wú)法滿足脫水深度要求。因此，復(fù)熱外輸技術(shù)的應(yīng)用，可保證一定時(shí)期內(nèi)集氣站外輸氣水露點(diǎn)滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)大牛地氣田各集氣站復(fù)熱外輸技術(shù)的應(yīng)用時(shí)機(jī)預(yù)測(cè)分析表明：①大牛地氣田集氣站換熱器的應(yīng)用時(shí)機(jī)夏季普遍早于冬季；②安裝換熱器這一輔助生產(chǎn)工藝，能夠在一定時(shí)期滿足低壓條件下的低溫分離生產(chǎn)需求，延緩增壓設(shè)備或其他輔助設(shè)施的安裝時(shí)間；③建議進(jìn)行加熱爐停用極限條件研究，冬季在保證一定注醇量的情況下再結(jié)合進(jìn)站溫度與井口壓力情況停用加熱爐。

表1 換熱器實(shí)際應(yīng)用時(shí)機(jī)預(yù)測(cè)

[1]李時(shí)宣，馮凱生．天然氣小壓差節(jié)流制冷脫烴工藝技術(shù)[J]．油氣田地面工程，2005，24（7）：17-18.

[2]李蓮明，于浩杰．小壓差大溫降工藝在榆林氣田的應(yīng)用[J]．天然氣工業(yè)，2006，26（6）：137-138.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.035