克拉美麗氣田橇裝凝析油穩(wěn)定裝置設計與應用

張東平，周朝昕,王院生，張峰，曹洪貴，蘇紅江，付雪晨（.中國石油新疆油田分公司采氣一廠，新疆克拉瑪依84007；.中國地質大學(武漢)材料與化學學院，湖北武漢40074；.克拉瑪依三達新技術有限公司，新疆克拉瑪依84007）

克拉美麗氣田橇裝凝析油穩(wěn)定裝置設計與應用

張東平1，周朝昕2,王院生2，張峰1，曹洪貴1，蘇紅江3，付雪晨3
（1.中國石油新疆油田分公司采氣一廠，新疆克拉瑪依834007；2.中國地質大學(武漢)材料與化學學院，湖北武漢430074；3.克拉瑪依三達新技術有限公司，新疆克拉瑪依834007）

摘要：設計了一種不需要外加蒸汽熱源、冷源和儀表氣源的單井橇裝凝析油穩(wěn)定裝置?，F(xiàn)場運行結果表明，在塔底溫度100～110℃,塔頂壓力0.2～0.3MPa條件下，可以將克拉美麗凝析油37.8℃的飽和蒸汽壓穩(wěn)定地降到60KPa以下。該裝置具有可整體搬遷、安裝快速、操作簡單、流量及溫度適用范圍廣等特點。

關鍵詞：凝析油；穩(wěn)定輕烴；橇裝裝置

通訊聯(lián)系人：周朝昕（1967-），男，畢業(yè)于江漢石油學院（現(xiàn)長江大學），副教授，研究方向：油田含油污水處理，15327198619，zhaoxinzhou@cug.edu.cn。

1　橇裝凝析油穩(wěn)定裝置設計背景

克拉美麗氣田位于新疆古爾班通古特沙漠腹部，自然條件十分惡劣。其中部分氣井存在井位分散、單井生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)周期短的特點。目前，克拉美麗氣田單井生產(chǎn)采用的工藝是：氣井產(chǎn)出高壓天然氣，進過加熱爐橇兩級減壓，然后進入低溫分離計量橇，分離出天然氣及凝析油，天然氣進入管網(wǎng)輸送到天然氣站，而凝析油則進入儲罐存放，定期用車輛外運。這種單井生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的凝析油未經(jīng)過穩(wěn)定，富含輕烴（C1～C5），在儲存及運輸過程中，輕烴揮發(fā)造成油氣損失，不僅危害環(huán)境、浪費能源，而且在運輸過程中存在極大的安全隱患。只能采取少量摻入到穩(wěn)定凝析油中的方式進行運輸，但這種方式操作程序復雜，運輸成本極高，尤其在氣溫高的夏季十分不安全?？死利愡吘壘?、單井氣井的生產(chǎn)特點需要有一種方便簡單的橇裝凝析油穩(wěn)定設備與之配套，在投產(chǎn)時能快速連接使用，將低溫分離器分離出的凝析油飽和蒸汽壓降低，使之能安全的儲存與運輸。在氣井停產(chǎn)時，可以直接將橇拖運到新的井場重復使用，滿足邊緣井、單井氣井生產(chǎn)基建時間緊、運行周期短、投資省的需要。

2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外氣田多采用建站的方式處理凝析油[1-5]，克拉美麗初期的凝析油穩(wěn)定也采取建站的方式進行處理，但建站的方式存在兩方面的問題：一方面，常規(guī)凝析油穩(wěn)定裝置多適合處理量大的場合，且工藝復雜，需要有熱源、冷源及儀表氣源相配套，導致建設成本高、建設周期長、材料能源消耗大；另一方面，這種邊緣、單井氣井在投產(chǎn)后，由于產(chǎn)量遞減迅速，通常在運行一段時間后就需要停產(chǎn)，建成站的設備難以拆遷，造成設備閑置及資金浪費。蘇里格氣田[6]在國內(nèi)率先生產(chǎn)了一種橇裝凝析油穩(wěn)定裝置，將再沸器、穩(wěn)定塔、換熱器、工藝管道及閥門集中在橇上，解決了凝析油穩(wěn)定裝置橇裝化的問題，但這種裝置需要有另外的蒸汽熱源、冷源、儀表風等輔助系統(tǒng)配套，不適合克拉美麗這種邊遠沙漠地區(qū)單井天然氣凝析油的穩(wěn)定場合。因此，工藝簡化、系統(tǒng)集成、操作簡便、可整體搬遷的橇裝凝析油穩(wěn)定裝置才是克拉美麗單井氣井凝析油穩(wěn)定的最好選擇。

3　橇裝凝析油穩(wěn)定裝置工藝參數(shù)要求

（1）凝析油液量：2～20m3/d；

（2）凝析油進橇溫度：- 15～10℃；

（3）凝析油出橇溫度：35～65℃；

（4）穩(wěn)定凝析油指標：37.8℃下飽和蒸氣壓小于60kPa；

（5）安裝方式：室外露天。

4　橇裝凝析油穩(wěn)定裝置研究

4.1裝置工藝流程

凝析油穩(wěn)定可以通過閃蒸分離法和分餾穩(wěn)定法實現(xiàn)。無論是負壓閃蒸或加熱閃蒸同屬一次平衡汽化過程，它不使未穩(wěn)定凝析油中的輕、重組分較徹底地分離，即閃蒸氣中含有C6以上的重組分。對輕組分含量較多的凝析油，若采用負壓閃蒸法，將使抽氣壓縮機的能耗增加，且難以達到穩(wěn)定要求。在工藝設備中增加抽真空的設備，也導致增加系統(tǒng)維護復雜程度。分餾穩(wěn)定法能較徹底地脫除未穩(wěn)定凝析油中的C1～C5組分，有較理想的分離效果和穩(wěn)定深度。但分餾穩(wěn)定法需把全部凝析油加熱至較高的溫度，所需的換熱設備較多，流程長，動力消耗大，建設費用和運行費用都較高。如采用正壓提餾法穩(wěn)定工藝則可降低投資和運行費用。

為了適應沙漠地區(qū)遠離生活基地的邊緣、單井氣井惡劣的工作條件，橇裝凝析油穩(wěn)定裝置選用工藝流程簡單、運動部件少、維護工作量少的正壓提餾法穩(wěn)定工藝，裝置工藝流程見圖1。裝置的工作流程是：從低溫分離器過來的凝析油降壓到0.6MPa后，進入橇裝凝析油穩(wěn)定裝置上的緩沖罐，緩沖罐頂分離出的少量不凝氣體，通過壓力自動控制閥控制壓力后和精餾穩(wěn)定塔頂不凝氣混合進入站內(nèi)燃料氣系統(tǒng)。未穩(wěn)定凝析油通過流量控制閥調節(jié)后，以恒定流量進入換熱器與自動控溫電加熱再沸器底部出液進行熱交換，升溫至60～80℃后進入精餾穩(wěn)定塔頂部。精餾穩(wěn)定塔底液流入電加熱再沸器加熱至100～120℃。從電加熱再沸器氣相出口經(jīng)精餾穩(wěn)定塔中部氣相入口進入精餾穩(wěn)定塔，精餾穩(wěn)定塔頂壓力控制在0.2～0.4MPa。精餾穩(wěn)定塔頂不凝氣與緩沖罐頂不凝氣混合后進入站內(nèi)燃料氣系統(tǒng)。精餾穩(wěn)定塔底穩(wěn)定后的凝析油從電加熱再沸器底部出口流出，進入換熱器與從緩沖罐來液進行熱交換，降溫到50℃以下，通過凝析油出橇管線進入橇外換熱器與低溫天然氣換熱，進一步降溫到40℃以下后，進入凝析油儲罐儲存。穩(wěn)定后，凝析油在37.8℃時飽和蒸汽壓小于60KPa。

圖1　氣田橇裝凝析油穩(wěn)定裝置工藝流程圖

4.2設備設計

緩沖罐：由于凝析油來自前段的低溫分離器，低溫分離器排液是間歇性排液，緩沖罐設計了較大的容量，能充分平衡來液的壓力與流量的波動。緩沖罐設計工作壓力0.6MPa，容積3m3，在最大流量20m3/d時的停留時間T為3.6小時。

式中：T—停留時間，h；V—容積，單位m3；v—流量，單位m3/d。

穩(wěn)定塔：穩(wěn)定塔是凝析油的關鍵設備，其采用正壓提餾法工藝，內(nèi)部采用規(guī)整填料進行設計，規(guī)整填料的優(yōu)勢為流量適應范圍廣，利于橇裝凝析油穩(wěn)定裝置在不同流量條件下都能穩(wěn)定運行。

低溫凝析油從穩(wěn)定塔上部往下流，高溫蒸汽從塔釜往上升，上升的高溫氣相與向下流的低溫液相在凝析油穩(wěn)定塔填料層表面上分別向相反方向流動并相互接觸，發(fā)生熱、質同時交換，凝析油輕組分進入氣相，降溫并上升到塔頂從塔頂排出，分離出輕組分穩(wěn)定后的凝析油溫度升高并從塔底排出，成為分離出輕烴的穩(wěn)定凝析油。

換熱器：穩(wěn)定塔操作時進料溫度提高有利于塔的操作穩(wěn)定性及產(chǎn)品的質量。為了節(jié)省橇的空間，設計了一臺板式換熱器，利用出塔穩(wěn)定熱液對進塔的冷液進行升溫，一方面可以提高進塔冷液的溫度，減少對進塔冷液進行加熱的熱源與換熱器的需要；另一方面，降低穩(wěn)定凝析油的溫度，使凝析油出橇時溫度降低，有利于凝析油穩(wěn)定與減少蒸發(fā)損耗；同時，換熱器通過對出塔凝析油的換熱回收一部分熱能，減少設備總能量消耗；根據(jù)計算，并考慮到最大流量使用條件，選用換熱面積為4m2的板式換熱器。

式中：F—板式換熱器的理論換熱面積，m2；Qn—設計熱負荷，kW；K—傳熱系數(shù)，W/m2·℃；△t—平均溫差，℃。

電加熱再沸器：現(xiàn)場沒有蒸汽熱源，為了解決凝析油的加熱問題，設計了一臺電加熱再沸器。由于電加熱的熱效率近似于1，因而可以這樣認為：電加熱器的功率即為發(fā)熱量。電加熱器功率主要用于給凝析油升溫，凝析油進、出穩(wěn)定橇的溫度差即為主要熱負荷，所以電加熱器功率P計可以用下面公式進行計算,在選用電加熱器功率時乘1.2系數(shù)。

式中：P計—電加熱器計算功率，kW；q—凝析油流量，m3/h；ρ—凝析油密度，700 kg/m3；△t—溫度差，℃；C—20℃凝析油比熱2.49kJ/ (kg·℃)；Q散—設備散熱及塔頂氣相溢出所帶走的熱損失，kW。

橇裝移動設備的特點是空間小，結構緊湊，為了減少設備空間，沒有采用導熱油換熱方式，而是設計了電加熱棒對凝析油直接加熱的方式。根據(jù)計算，并考慮留有足夠的余量以滿足流量波動對溫度的影響，選用了功率為50kW的電加熱器。

儀表及自動閥執(zhí)行機構：

緩沖罐及穩(wěn)定塔上設液位計，顯示液位并遠傳液位信號到自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)調節(jié)液位在上下限之間運行，不出現(xiàn)溢流及排空現(xiàn)象。

緩沖罐及穩(wěn)定塔頂部設立壓力顯示及壓力自動控制調節(jié)閥，通過自動控制系統(tǒng)顯示罐頂壓力并控制壓力在設定范圍內(nèi)。

緩沖罐及穩(wěn)定塔底部出口均設有自動調節(jié)閥，可以通過自動控制系統(tǒng)調節(jié)開度來控制流量大小，確保緩沖罐及穩(wěn)定塔內(nèi)液位穩(wěn)定，不出現(xiàn)溢流及排空現(xiàn)象。

4.3自動控制系統(tǒng)的功能

橇裝凝析油穩(wěn)定裝置緩沖罐的液位與來液流量和進穩(wěn)定塔的流量密切相關，而緩沖罐和穩(wěn)定塔頂?shù)呐艢鈮毫εc整個流程的流量、壓力和溫度有著密切的關系，電加熱再沸器和換熱器的溫度又與進、出穩(wěn)定塔凝析油溫度有著密切的關系。橇裝凝析油穩(wěn)定裝置控制系統(tǒng)通過調整調節(jié)閥的開度來控制塔頂氣體壓力在給定值，同時調整調節(jié)閥的開度控制凝析油的流量，來保證緩沖罐液位、穩(wěn)定塔液位的穩(wěn)定，調整電加熱器的電壓來控制電加熱再沸器的溫度和換熱器出口溫度。

4.4現(xiàn)場運行結果

設備安裝在克拉美麗滴西12天然氣井進行工業(yè)運行，各種溫度、壓力參數(shù)下的運行結果見表1。從表1可以看出，塔釜溫度為100～110℃，塔頂壓力0.2～0.3MPa時，37.8℃的飽和蒸汽壓小于60KPa，但塔釜溫度為100℃時更節(jié)能。雖然，如果穩(wěn)定塔頂壓力再降低，可以進一步降低塔釜運行溫度，更有利于節(jié)能及減少結垢隱患，但橇裝凝析油穩(wěn)定裝置出口到儲罐之間存在氣液換熱器、彎頭、閥門等管道阻力，實際運行時0.2MPa的塔頂壓力是凝析油能輸送到儲罐的最小值。因此，現(xiàn)場運行時采用的工藝參數(shù)為塔釜溫度100℃，塔頂壓力0.2MPa。

表1　現(xiàn)場調試運行結果

一年的工業(yè)運行結果表明，橇裝凝析油穩(wěn)定裝置開機后就可以按照設定的操作溫度及塔頂壓力參數(shù)自動運行，并且調整工藝參數(shù)也十分方便，只需在室內(nèi)遠程控制器上進行相關參數(shù)設定就可完成，無需在室外設備上進行任何閥門的手動操作，方便設備在野外的運行。由于：①從緩沖罐至穩(wěn)定塔之間有電動調節(jié)閥，可以將緩沖罐流向穩(wěn)定塔的凝析油流量穩(wěn)定在設定值；②電加熱器具有自動控溫功能，能根據(jù)溫度傳感器設定值的差值自動調整加熱器功率，保證再沸器液體溫度在設定值范圍±5℃內(nèi)恒定，所以低溫分離器間歇性自動往緩沖罐排液所帶來的流量波動對穩(wěn)定塔釜底液溫度影響較小，出橇凝析油飽和蒸汽在長達一年的運行過程中一直保持在60KPa以下，且十分穩(wěn)定，實際運行每噸凝析油耗電約30kW·h，說明其能耗較低，運行經(jīng)濟性較好。

5　結束語

橇裝凝析油穩(wěn)定裝置為克拉瑪依第一座單井橇裝凝析油穩(wěn)定裝置，設備于2012年建成，2013年投產(chǎn)，一年的工業(yè)現(xiàn)場運行結果表明，橇裝凝析油穩(wěn)定裝置能將現(xiàn)場凝析油加工成穩(wěn)定的凝析油，滿足單井氣井凝析油安全儲存及運輸要求，并且適應范圍廣，工藝簡單，整體移動性好，自動化程度高，操作簡便，運行可靠，野外安裝、施工周期短，且設備可以在單井開采結束后整體拖運到其它井場重復使用，節(jié)省設備投資。它的運行成功將為克拉美麗邊緣井、單井生產(chǎn)提供一種簡單、靈活、廉價的安全生產(chǎn)模式，對其它氣田也有借鑒意義。

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.01.017

中圖分類號：TE88

文獻標識碼：A

文章編號：1008- 553X（2015）01- 0062- 04

收稿日期：2014- 07- 03

作者簡介：張東平（1965-），男，畢業(yè)于重慶石油學校，高級工程師，從事石油天然氣開發(fā)管理工作，13999313986，zdongping@petrochina.com.cn；

Design and Application of the Skid-mounted Gas Condensate Stabilization Unit in Kelameili

ZHANG Dong-ping1，ZHOU Zhao-xin2，WANG Yuan-sheng2，ZHANG Feng1，CAO Hong-gui1，SU Hong-jiang3，F(xiàn)U Xue-chen3
（1. Gas Recovery Plant，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay834007，China; 2. College of Chemistry Material，China Universityof Geoscience（Wuhan），Wuhan 430074，China; 3. Karamay Sanda NewTechnology Co.，Ltd.，Karamay834007，China）

Abstract：Skid- mounted unit without steam heat and cold and instrument air for single well gas condensate stabilization was designed. Operated results showed that saturation vapor pressure of 37.8℃of Kelameili gas condensate could be dropped to less 60KPa while the bottom temperature was 100～110℃and the overhead pressure was 0.2～0.3MPa. The device characteristics are overall relocation，installation quick，simple operation，applicable toa wide range offlowand temperature.

Key words：gas condensate; stable light hydrocarbon; skid- mounted unit