凝析氣田開采后期工藝改造方案的選擇

崔國(guó)彪 張 翼 郝振鵬 劉宗濤

（1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；2.中國(guó)石油貴州天然氣管網(wǎng)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550082；3.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，北京 065000）

0 引言

凝析氣田進(jìn)入開采后期壓力逐年遞減，嚴(yán)重影響了氣田的正常生產(chǎn)。氣藏壓力的降低會(huì)導(dǎo)致節(jié)流制冷時(shí)沒有足夠可利用的壓差滿足低溫分離所需的溫度要求，而引起外輸氣水、烴露點(diǎn)過高；另外，氣井壓力降低至天然氣外輸壓力要求以下時(shí)，將無(wú)法保證氣田的穩(wěn)產(chǎn)，因此對(duì)處理廠工藝系統(tǒng)的改造要著力于滿足外輸氣水、烴露點(diǎn)要求以及外輸氣壓力要求。筆者擬就處理廠工藝系統(tǒng)的4大改造方案進(jìn)行探討分析［1-3］。

1 氣田處理廠原工藝流程

凝析氣田處理廠原工藝普遍采用JT閥節(jié)流制冷、低溫分離來(lái)實(shí)現(xiàn)脫水脫烴，原工藝流程見圖1。各井口來(lái)的天然氣匯合后經(jīng)過計(jì)量、分離，注醇后進(jìn)入氣氣換熱器預(yù)冷，天然氣經(jīng)預(yù)冷后在進(jìn)入節(jié)流閥前再次注醇，節(jié)流后降壓降溫的氣體進(jìn)入低溫分離器進(jìn)行分離，分離出的氣相經(jīng)氣氣換熱器與進(jìn)料天然氣換熱后再通過氣液換熱器與穩(wěn)定凝析油換熱，隨后外輸［4］。

圖1 氣田處理廠原工藝流程圖

2 氣田后期改造工藝

氣田增壓集輸一般分為分散增壓和集中增壓兩種模式，分散增壓模式需在每座單井各設(shè)一套增壓系統(tǒng)，此增壓方式無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性、可操作性和日后管理方面考慮都存在很大弊端；集中增壓模式將整個(gè)氣藏的天然氣集中在一處（集氣站或處理廠）進(jìn)行增壓，相對(duì)于分散增壓模式優(yōu)勢(shì)更明顯。對(duì)于集中增壓模式，提出以下4種增壓改造工藝。

2.1 節(jié)流閥前增壓＋節(jié)流制冷工藝

此工藝的特點(diǎn)為通過增加壓縮機(jī)設(shè)備來(lái)獲得足夠的壓差，然后通過節(jié)流降溫達(dá)到低溫分離所需的溫度［5］。氣田各單井來(lái)的天然氣進(jìn)站匯合，經(jīng)過計(jì)量、生產(chǎn)分離器后進(jìn)入壓縮機(jī)，增壓后溫度升高的天然氣經(jīng)過空冷、水冷降溫后進(jìn)入新增的氣液分離器，分離掉冷凝液后天然氣經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流制冷。為了防止水合物的生成，氣體在進(jìn)入換熱器和節(jié)流閥之前都要進(jìn)行注醇。氣體節(jié)流降壓后進(jìn)入低溫分離器，氣相經(jīng)過氣氣換熱器與進(jìn)料天然氣換熱后再通過氣液換熱器與穩(wěn)定凝析油換熱，隨后外輸。流程見圖2。

圖2 節(jié)流閥前增壓＋節(jié)流制冷工藝流程圖

2.2 節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷工藝

此工藝的特點(diǎn)為當(dāng)集氣壓力降低導(dǎo)致不能提供足夠的壓差時(shí)，需增加丙烷制冷系統(tǒng)以提供外加輔助冷量；當(dāng)集氣壓力繼續(xù)降低導(dǎo)致不能滿足天然氣外輸壓力要求時(shí)，再增加壓縮機(jī)以滿足其外輸壓力要求。工藝流程見圖3。

圖3 節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷工藝流程圖

2.3 節(jié)流制冷＋節(jié)流閥后增壓工藝

此工藝的特點(diǎn)為通過降低節(jié)流閥后的壓力來(lái)提供足夠的壓差，以獲得低溫分離所需的溫度，進(jìn)而控制外輸氣的烴露點(diǎn)，然后再通過在節(jié)流閥后增壓來(lái)獲得氣體所需的外輸壓力。各氣井來(lái)天然氣匯合后進(jìn)行計(jì)量分離，注醇后進(jìn)入氣氣換熱器預(yù)冷，進(jìn)入節(jié)流閥前再次注醇，節(jié)流降溫后進(jìn)入低溫分離器，分離出的氣相經(jīng)過氣氣換熱器與原料天然氣換熱后進(jìn)入新增壓縮機(jī)增壓至外輸壓力，然后經(jīng)過空冷、水冷降溫后外輸。“節(jié)流制冷＋節(jié)流閥后增壓工藝”流程見圖4。

圖4 節(jié)流制冷＋節(jié)流閥后增壓工藝流程圖

2.4 丙烷制冷＋節(jié)流閥后增壓工藝

此工藝的特點(diǎn)是在“節(jié)流制冷＋節(jié)流閥后增壓工藝”的基礎(chǔ)上增加了丙烷制冷系統(tǒng)，通過外加輔助制冷來(lái)獲得低溫分離所需的低溫，進(jìn)而控制氣體的烴露點(diǎn)，然后通過壓縮機(jī)增壓至氣體外輸壓力。“丙烷制冷＋節(jié)流閥后增壓工藝”流程見圖5。

圖5 丙烷制冷＋節(jié)流閥后增壓工藝流程圖

3 工藝改造方案對(duì)比與選擇

“節(jié)流閥前增壓＋節(jié)流制冷”和“節(jié)流制冷＋節(jié)流閥后增壓”工藝存在一定的局限性，不予推薦?！肮?jié)流閥前增壓＋丙烷制冷”和“丙烷制冷＋節(jié)流閥后增壓”工藝在改造過程中需要增加的主要設(shè)備相同，包括壓縮機(jī)、壓縮機(jī)入口和出口分離器、水冷換熱器和丙烷制冷系統(tǒng)，但設(shè)備投資和能耗不同?！氨橹评洌?jié)流閥后增壓”工藝通過降低節(jié)流閥閥后壓力來(lái)獲得足夠的壓差，導(dǎo)致壓縮機(jī)壓比增高，同時(shí)閥后壓力的降低導(dǎo)致低溫分離所需溫度隨之下降，增加了丙烷制冷的負(fù)荷，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)和丙烷制冷系統(tǒng)這兩部分的投資、能耗均高于“節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷”工藝，因此凝析氣田開采后期增壓工藝適合采用“節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷”工藝。

4 應(yīng)用實(shí)例

某凝析氣田處理廠采用節(jié)流閥脫水脫烴工藝控制外輸氣的水、烴露點(diǎn)，外輸氣壓力為4.5 MPa，水、烴露點(diǎn)按在輸氣壓力下-10℃設(shè)計(jì)［6］。如今氣田開采進(jìn)入中后期，氣藏壓力逐年遞減導(dǎo)致處理廠現(xiàn)有工藝不能滿足外輸氣水、烴露點(diǎn)的要求，氣田出現(xiàn)減產(chǎn)趨勢(shì)，采用“節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷”工藝對(duì)處理廠原工藝進(jìn)行技術(shù)改造。2014-2024年的氣田產(chǎn)量、處理廠集氣壓力預(yù)測(cè)見表1。

4.1 確定脫水脫烴溫度

建立HYSYS模型，由于外輸氣壓力要求為4.5 MPa，考慮設(shè)備存在0.2 MPa的壓降，故取低溫分離器的壓力為4.7 MPa，當(dāng)集氣壓力低于4.7 MPa時(shí)需進(jìn)行增壓處理。利用該模型計(jì)算的分離器溫度對(duì)外輸氣水、烴露點(diǎn)的影響，可知當(dāng)?shù)蜏胤蛛x器溫度達(dá)到-9.5℃時(shí)，分離出的外輸氣水、烴露點(diǎn)才能達(dá)到-10℃。為滿足外輸氣水、烴露點(diǎn)要求，取低溫分離器的溫度為-10℃。

4.2 改造方案模擬計(jì)算

由HYSYS模型計(jì)算可知，當(dāng)處理廠集氣溫度為20℃、節(jié)流閥前壓力高于6 MPa時(shí)，節(jié)流后溫度才能低于-10℃，根據(jù)表1可知，2014年就需要增加丙烷制冷系統(tǒng)，2017年則需要增加壓縮機(jī)設(shè)備。處理廠改造后的“節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷”工藝HYSYS模型見圖6，各節(jié)點(diǎn)參數(shù)模擬計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 2014-2024年氣田產(chǎn)量及壓力預(yù)測(cè)表

圖6 節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷工藝HYSYS模型圖

由計(jì)算結(jié)果可以得出，“節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷”工藝可以滿足該氣田2014-2024年的外輸天然氣水、烴露點(diǎn)和外輸壓力要求。

5 結(jié)論

1）“節(jié)流閥前增壓＋丙烷制冷”工藝可以滿足凝析氣田后期的外輸天然氣水、烴露點(diǎn)要求和外輸壓力要求。

2）壓縮機(jī)應(yīng)選用往復(fù)式壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)選擇燃?xì)怛?qū)動(dòng)。

3）丙烷制冷壓縮機(jī)應(yīng)采用螺桿式壓縮機(jī)，成套撬裝，壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)采用燃?xì)怛?qū)動(dòng)。

表2 各節(jié)點(diǎn)參數(shù)模擬計(jì)算表

［1］盧克超，呂紅波.天然氣露點(diǎn)控制技術(shù)方案優(yōu)化［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，24（4）：515-516.

［2］張俊亮.鄂爾多斯盆地北部上古氣田地面集輸工藝［J］.油氣田地面工程，2011，30（12）：45-47.

［3］張鴻仁，張松.油氣田處理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1995.

［4］唐建榮，張鵬，吳洪波，等.天然氣增壓開采工藝技術(shù)在氣田開發(fā)后期的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2009，32（2）：95-96.

［5］王鵬.丙烷制冷裝置工藝系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化［J］.油氣田地面工程，2012，31（1）：63-64.

［6］李時(shí)宣，馮凱生，張明禮.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.