扎爾則油田輕烴混相驅(qū)注地面混合工藝簡介

梁艷（中石化江漢石油工程設(shè)計有限公司 湖北 武漢 430223）

引言

阿爾及利亞扎爾則油田經(jīng)過40多年的開發(fā)，已進入油田開發(fā)的后期階段，為了保持油田的穩(wěn)產(chǎn)，提高原油采收率，建立了I A區(qū)和I V區(qū)2個輕烴混相驅(qū)注先導(dǎo)試驗站開展混相驅(qū)先導(dǎo)試驗。烴氣混相驅(qū)注采用天然氣和液化氣為原料，按一定比例在高壓下進行混合，形成液態(tài)混合物代替水注入地下目的層位，以補充油藏壓力，提高原油采收率。本文以I A區(qū)注入站為例，簡要介紹天然氣與液化氣在高壓下混合后注入地下的混合工藝。

一、混合工藝

1.注入條件

地質(zhì)部門在實驗室對地下油藏情況進行長細管模擬試驗，試驗結(jié)果要求注入地下的混合烴相態(tài)為全液相，流量為300 m3/d，LPG與天然氣的比例為40%：60%，注入壓力為13.5M Pa。地面混合工藝設(shè)計必須滿足地下試驗的要求。

2.原料氣來源

混合輕烴的原料為干天然氣和液化氣。I A注入站干氣來自附近油田天然氣管網(wǎng)，進站溫度為30℃，壓力為6.0 M Pa。液化氣來自80 k m外的阿爾拉天然氣處理廠，采用汽車拉運的方式運輸?shù)阶⑷胝镜囊夯瘹鈨迌Υ?，儲存溫度約16℃，壓力約0.5～0.6 M p a。

3.混合工藝

根據(jù)地下注入要求，在混合輕烴注入前，液化氣和干氣都需要增壓，基于存在增壓和混合兩個步驟，可選擇的混合工藝分兩種：一是先將液化氣和天然氣混合，混合物增壓后注入地下；二是將液化氣和天然氣分別增壓到13.5M Pa后進行混合，再注入地下。

混合工藝一：先混合后增壓

通過H Y SY S軟件對介質(zhì)相態(tài)的模擬計算，無論是將LPG增壓到6 M p a后與干氣混合，還是將干氣降壓到0.5～0.6 M p a與LPG混合，混合介質(zhì)均為氣液兩相狀態(tài)。對于介質(zhì)增壓，目前國內(nèi)外采用的增壓設(shè)備主要分為兩類：一類是壓縮機增壓，適用于氣相介質(zhì)，且介質(zhì)較干凈，不含雜質(zhì)或雜質(zhì)含量非常少，增壓設(shè)備前一般需要安裝過濾/分離設(shè)備，除去介質(zhì)中的凝液、固體懸浮物等雜質(zhì)。本工藝需要增壓的介質(zhì)是氣液兩相狀態(tài)，不能將液相作為雜質(zhì)分離出去，因此不適用這類增壓設(shè)備。另一類是采用泵增壓，主要用于液體增壓，輸送的介質(zhì)不含氣體。其中混輸泵可用于含少量氣體的兩相介質(zhì)的增壓，但混輸泵運行時氣液分開輸送，在氣體含量較高情況下，即使能提高介質(zhì)壓力，增壓后仍為兩相，不能滿足地質(zhì)部門的“氣液不分開”的注入要求，因此不能采用該混合工藝，應(yīng)分別增壓后再混合。

混合工藝二：先分別增壓后混合

LPG和干氣分別增壓到13.5M p a后，按照40%：60%的比例在混合器混合后，注入地下層位，工藝流程如下：

混烴管道

（液態(tài)）

（1）干氣增壓工藝

從站外管網(wǎng)來的天然氣分離出雜質(zhì)后，利用壓縮機增壓到13.5M Pa，經(jīng)冷卻、分離、計量后進入靜態(tài)混合器與LPG混合。天然氣進站溫度約30℃，經(jīng)壓縮機增壓后，出口溫度超過70℃，需進行冷卻。鑒于注入站地處撒哈拉沙漠，白天氣溫高，水源緊張，本工程壓縮機冷卻系統(tǒng)采用空氣/水冷相結(jié)合的冷卻方式，冷卻后的干氣溫度比空氣溫度高約5℃。為了準確計量注入的干氣流量，本工程采用高精度的整體孔板流量計，流量的控制采用氣動調(diào)節(jié)閥控制，調(diào)節(jié)閥安裝在孔板流量計之后混合器之前，控制信號取自流量計，根據(jù)流量計的信號調(diào)節(jié)閥門開度以控制注入的干氣流量。

（2）液化氣增壓工藝

LPG通過罐車運送到注入站儲罐內(nèi)，再由增壓泵將罐內(nèi)LPG增壓到13.5M Pa，計量后送入靜態(tài)混合器中與干氣混合。LPG進站溫度約為16℃左右，壓力為0.5～0.6 M Pa。根據(jù)LPG的特點，增壓泵選用隔膜泵，出口壓力高，排量小，滿足本工程注入壓力和注入量的要求。但由于隔膜泵所需氣蝕余量較高，LPG儲罐的安裝高度不能滿足增壓泵所需的氣蝕余量要求，因此在增壓泵前增加喂料泵。LPG的注入量由流量調(diào)節(jié)閥控制，控制信號取自安裝于閥前的質(zhì)量流量計，根據(jù)流量計采集的信號調(diào)節(jié)閥門開度以達到控制混合器中的LPG流量的目的。

（3）高壓混合

增壓后的LPG和干氣通過混合器的混合元件充分混合，形成液態(tài)混合烴，通過管線輸送到注入站附近的注入井。混合后的介質(zhì)為液態(tài)，在注入溫度壓力條件下無氣態(tài)存在。

二、設(shè)計中應(yīng)注意的問題

如何讓LPG和干氣在高壓下充分混合是保證形成全液相的關(guān)鍵，因此模擬軟件模型的建立、設(shè)備的選型等方面是混合工藝設(shè)計過程中的重點。

1.HYSYS軟件誤差

油氣處理領(lǐng)域普遍使用HYSIS軟件進行模擬計算。軟件通過輸入LPG/干氣的組分和摩爾含量等參數(shù)，建立與實際流體組分一致的模型，進行實時注入相態(tài)分析，也可找出經(jīng)濟的注入比例。將該軟件計算結(jié)果與長細管試驗結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者存在誤差。在低溫低壓條件下，兩者計算結(jié)果幾乎一致，隨著溫度和壓力的升高，兩者誤差越來越大，在氣體臨界點前后，誤差最大，約為2%。出現(xiàn)誤差的主要原因如下：

（1）LPG和天然氣組分改變

LPG和天然氣本身都是多組分混合介質(zhì)。LPG和天然氣分別來自不同的天然氣處理站和凈化廠，各自產(chǎn)品的組分也是經(jīng)常改變的。HYSYS軟件需要的組分化驗樣品與長細管試驗用的樣品不是同一個樣品，其組分肯定存在一定差異，導(dǎo)致模擬出來的流體特性略有差別。

（2）計算公式中采用的狀態(tài)方程不同。

HYSYS軟件模擬本工程的流體時采用的計算公式是Peng-Robinson（PR）狀態(tài)方程。由于公式本身就是半經(jīng)驗方程，其計算結(jié)果與實驗結(jié)果也會存在誤差。

鑒于HYSYS軟件模擬只將一種設(shè)計條件作為輸入?yún)?shù)，對臨時的、突發(fā)的、偶然的現(xiàn)象無法預(yù)測模擬，而現(xiàn)場實際情況又很復(fù)雜，不定因素多，因此在實際注入過程中，為保守起見，將LPG注入量調(diào)高了2%，以確保驅(qū)注試驗的成功。

2.關(guān)鍵設(shè)備選型

（1）高效混合器

常用的高效混合設(shè)備主要有吸收塔和靜態(tài)混合器。

吸收塔工作原理：LPG從塔頂進入塔內(nèi)，天然氣從塔底進入，兩者在塔內(nèi)逆流接觸達到混合的目的，混合效率可達99.5%，但由于塔體高度的原因，在13.5M Pa高壓下，設(shè)備的制造費用很高，采用吸收塔作為混合設(shè)備經(jīng)濟性很差。

靜態(tài)混合器工作原理：通過固定在管內(nèi)的混合單元內(nèi)件，二股或多股流體在管線中流動沖擊各種類型板元件，產(chǎn)生切割、剪切、旋轉(zhuǎn)和重新混合，增加流體層流運動的速度梯度或形成湍流，使流體進一步分割混合，達到流體之間良好分散和充分混合的目的，混合率一般為95%。本工程選用氣液混合效果最好的SV型靜態(tài)混合器作試驗研究，并進行了改進，選用最高分散程度為1μm波紋板組裝而成的圓柱體為混合單元，并改變填料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適當增加填料段長度，加大了流體逆向重新匯合接觸面積。經(jīng)現(xiàn)場試驗證實，改進后的SV型靜態(tài)混合器混合率大于99%，能保證LPG和干氣充分混合后介質(zhì)為全液相，無氣相存在。

（2）LPG增壓泵和喂料泵

LPG要求壓力由0.6 MPa左右增加到13.5M Pa，流量為9～10 m3/h，壓力高，排量小。根據(jù)以上特點，LPG增壓泵應(yīng)選容積泵。由于操作介質(zhì)是LPG，出現(xiàn)泄漏將造成嚴重的安全隱患，而容積泵中活塞泵和柱塞泵都不能徹底解決泄露問題，只有隔膜泵能夠滿足工藝要求。隔膜泵具有不泄露、工作平穩(wěn)、出口壓力變化大等特點，能夠解決增壓、防止泄露等問題。但隔膜泵所需氣蝕余量為3.3 m，且LPG易氣蝕，不采取措施LPG儲罐需架設(shè)6 m以上，現(xiàn)場LPG儲罐不能提供這么高的安裝高度，因此在每臺增壓泵前增加一臺喂料泵。喂料泵采用單級離心泵，排量比增壓泵稍大，為9～14m3/h，揚程為1.45M Pa，必需氣蝕余量為1.3 m左右,能滿足現(xiàn)場儲罐安裝要求和增壓泵汽蝕余量要求。

（3）干氣壓縮機

干氣增壓工藝要求將干氣從6.0 MPa加壓到13.5M Pa，壓比高達2.25，干氣壓縮機排量為2800 Nm3/h，排量小，壓力高，且在驅(qū)注試驗過程中需要不斷調(diào)節(jié)天然氣流量范圍，應(yīng)該選取活塞式壓縮機。常用的活塞式壓縮機要么壓力滿足不了要求，要么流量滿足不了要求，兩者同時滿足的很難見。C NG壓縮機的作用是將天然氣壓縮后裝瓶或裝車，具有流量小壓比高的特點，非常適用于本工程,因此本工程選取活塞式C NG壓縮機。

壓縮機在高壓比條件下工作時排氣溫度超過100℃，需要進行限制，因此干氣需要經(jīng)過二級壓縮才能達到13.5M Pa，每級壓縮后干氣溫度都超過70℃，為了使壓縮干氣能夠順利進入下一級壓縮以及滿足進入混合器操作溫度要求，必須對壓縮后的干氣進行冷卻。目前最常用的冷卻方式有水淋式冷卻塔冷卻、空冷器冷卻和空氣/水冷卻。

水淋式冷卻塔冷卻方式需要大量水，同時需要很高的建設(shè)費用和經(jīng)營費用，還要造成被壓縮介質(zhì)的大量壓力損失?？绽淦骼鋮s是用流動空氣來冷卻天然氣，空氣溫度越低，效果越好，一般冷卻后的干氣溫度都比空氣溫度高5℃以上?？諝?水冷卻是結(jié)合兩者，即用水冷卻干氣，再用空氣來冷卻水，冷卻水循環(huán)使用，這樣既能夠?qū)⒏蓺饫鋮s到規(guī)定的溫度，又不需要大量的水。注入站地處撒哈拉沙漠腹地，水源緊張，完全采用水冷卻不現(xiàn)實，而當?shù)貧鉁匕滋旄哌_50℃，完全采用空冷也不合適，根據(jù)實際情況，采用空冷與水冷相結(jié)合，即用循環(huán)水冷卻壓縮機組內(nèi)的活塞及壓縮介質(zhì)，用空冷來冷卻循環(huán)水，循環(huán)水每周補充一次即可。

三、混相注入試驗投運

為確保試驗的成功混相和不出現(xiàn)壓力急劇變化，試驗投產(chǎn)先進行純LPG注入，然后逐步提高干氣的注入量，直到達到試驗?zāi)繕俗⑷氡壤?/p>

在LPG投運前首先應(yīng)注入乙二醇段塞：隔離石油液化氣與井筒水，避免由于水化物的情況造成液化氣管線及井下管柱冰堵。

圖1 LPG干氣注入比例流程圖

LPG和干氣的注入比例調(diào)節(jié)如圖1所示，首先進行純LPG注入，120 h正常注入后，逐漸加入干氣，在靜態(tài)混合器充分混合后注入目的層。依次增加干氣的比例，當在某一比例下注入不正常時，將干氣比例降低5%進行試注，依此類推，直到達到設(shè)計注入比例下混合物仍為全液相，井口注入壓力穩(wěn)定在設(shè)計壓力條件下，即可進行連續(xù)注入。

四、實施效果

扎爾則油田混相驅(qū)注先導(dǎo)性試驗期間，2個實驗井組都取得了突破性成果。I V區(qū)自2009年7月31日開始對注入井進行投注，其觀察井從產(chǎn)油氣0 m3/d，上升到產(chǎn)油7.88 m3/d、產(chǎn)氣14885m3/d，現(xiàn)已穩(wěn)產(chǎn)，原油采收率提高5.17%；I A區(qū)自2009年8月22日開始對注入井投注，其觀察井產(chǎn)油氣0.1m3/d，上升到產(chǎn)油77 m3/d、產(chǎn)氣14885m3/d，現(xiàn)已穩(wěn)產(chǎn)60 m3/d，原油采收率提高8.9%。由此可見，本工程的地面混合工藝滿足了地下注入條件，能適應(yīng)油田烴氣混相驅(qū)注的要求，為今后類似項目的實施作技術(shù)指導(dǎo)。

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