氣田凝析天然氣處理工藝技術(shù)探討

張旅維(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司青海分公司,甘肅 敦煌 736202)

1 凝析氣田地質(zhì)特征

1.1 埋藏深、高壓、高溫

大多數(shù)凝析氣藏的埋藏深度＞1500m，壓力范圍在21-42MPa之間，溫度在93-204℃之間。

1.2 超臨界態(tài)氣態(tài)烴含量占優(yōu)勢

凝析氣藏低層烴類流體組分中90%以上為甲烷、乙烷和丙烷。在高溫高壓狀態(tài)下，處于超臨界狀態(tài)的甲烷、乙烷和丙烷等氣態(tài)烴組分對(duì)一定數(shù)量的液態(tài)烴產(chǎn)生萃取抽提，使之溶解在氣體中，形成凝析氣藏。

1.3 凝析氣井原始井流物分布特征

在開采初期，凝析氣井原始井流物的分布具有以下特征：甲烷（C1）含量占75-90%左右；C2+含量在7-15%左右。如若C2+＞10%，則凝析氣藏一般有油環(huán)。氣體干燥系數(shù)（C1/C2+C3，均為摩爾或體積含量比）在10-20之間。

表1.凝析氣井采出井流物組成分布特征

2 開發(fā)特征

2.1 衰竭式開發(fā)會(huì)產(chǎn)生反凝析損失

在凝析氣藏開發(fā)過程中，儲(chǔ)層油氣體系會(huì)在底下和地面兩個(gè)層次上都有可能發(fā)生反凝析現(xiàn)象，氣井既產(chǎn)氣又產(chǎn)凝析油。

2.2 凝析油氣體系相態(tài)變化與其組分、組成和壓力、溫度之間關(guān)系密切

這種關(guān)系不僅會(huì)引起井流物組分組成的變化，又會(huì)引起其相態(tài)變化，諸如此類的變化都會(huì)影響到凝析油的回收率以及其他烴類的回收率。故而必須采用上下游一體化的配套開發(fā)與開采工藝技術(shù)，科學(xué)合理開發(fā)凝析氣藏。

2.3 凝析油氣在儲(chǔ)層中的滲流是一種有質(zhì)量交換，并發(fā)生相態(tài)變化的物理化學(xué)滲流，這是目前滲流力學(xué)研究中的重點(diǎn)與難點(diǎn)

當(dāng)前，將含凝析油量＞50 g/m3的氣藏成為凝析氣藏。

3 工藝技術(shù)探討

由于凝析氣壓力和外輸干壓力之間的壓力差非常小，故而不能采用利用其壓差進(jìn)行的膨脹制冷技術(shù)。對(duì)其施加一定壓力的情況下，天然氣各組分會(huì)出現(xiàn)不同沸點(diǎn)，我們可以將天然氣冷卻，使其發(fā)生部分冷凝，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)氣液分離，采用這種方法可以得到富含較重?zé)N類的天然氣凝液。還可以進(jìn)一步在多種不同溫度等級(jí)下將其蒸餾分離成多種液烴類產(chǎn)品。

天然氣凝析過程中的冷凝溫度的變化與控制會(huì)直接影響到回收率與液烴收率，根據(jù)回收過程中的最低冷凝分離溫度的情況，可以將冷凝分離法進(jìn)一步分為淺冷分離與深冷分離兩種做法。淺冷分離所要求的最低冷凝溫度在-20℃-35℃，深冷分離所要求的最低冷凝溫度應(yīng)＜-100℃。

深冷分離(cryogenic separation或deep cut)有時(shí)也稱為低溫分離。但是，天然氣處理工藝中提到的低溫分離(low tempera?tureseparation)就其冷凝分離溫度來講，并不都是屬于深冷分離范疇。此外，天然氣處理工藝中習(xí)慣上區(qū)分淺冷及深冷分離的溫度范圍與低溫工程中區(qū)分普冷、中冷和深冷的溫度范圍也是有所區(qū)別的。

我們可以按照提供冷量的方式，將其分為以下三種做法。

3.1 冷劑制冷方法

也稱外冷法，或稱為外加冷源法等。此方法通過獨(dú)立設(shè)置的制冷系統(tǒng)持續(xù)向天然氣提供冷量，由此產(chǎn)生的制冷與天然氣本身并無直接關(guān)系，完全依靠制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷。所選用的制冷劑可以是氨、丙烷或乙烷，也可以是乙烷和丙烷等的混合劑?？梢赃x用單級(jí)與多級(jí)串聯(lián)的制冷循環(huán)模式，也可以選擇階梯式或覆蓋式制冷循環(huán)模式。

3.2 膨脹制冷方法

也稱自冷法，在此方法中無需使用獨(dú)立的制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷，而是將氣體直接串聯(lián)在制冷系統(tǒng)中的膨脹制冷設(shè)備或制冷機(jī)械上進(jìn)行制冷。所以，制冷情況直接取決于氣體的壓力、膨脹設(shè)備的熱力學(xué)效率及膨脹比。如節(jié)流閥、透平膨脹機(jī)、熱分離機(jī)等都是較為常用的膨脹制冷設(shè)備。

3.3 聯(lián)合制冷方法

制冷過程中即使用制冷劑同時(shí)又使用膨脹制冷設(shè)備，通過兩者的聯(lián)合進(jìn)行氣體冷凝。故其冷量來自兩部分：高溫位(≥-45℃)的冷量由冷劑制冷法提供；低溫位(＜-45℃)的冷量由膨脹制冷法提供。二者提供的冷量溫位及數(shù)量應(yīng)經(jīng)過綜合比較后確定。

當(dāng)回收裝置以回收C2+烴類為目的，或者原料氣中C3+組分含量較多，或者原料氣壓力低于適宜的冷凝分類壓力時(shí)，為了充分回收而設(shè)置原料氣壓縮機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮采用有冷劑預(yù)冷的聯(lián)合制冷法。

[1]鄧東，王新裕，丁國發(fā).柯克亞凝析氣田氣井增產(chǎn)技術(shù).內(nèi)蒙古石油化工.2006(8)：157-158.

[2]王東芳，郭百鎖，仝淑月.白廟氣田凝析天然氣處理工藝技術(shù)研究.油氣田地面工程.2003(6)：10-11.