凝析氣田油氣處理工藝研究

覃敏

凝析氣田氣藏性質(zhì)、開采及處理工藝復(fù)雜。凝析氣田油氣處理廠的工藝裝置是由天然氣和凝析油處理裝置及相關(guān)配套裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)，其能耗水平主要由處理工藝方案及工藝流程、工藝設(shè)備效率、運(yùn)行參數(shù)、管理水平等因素決定。本文分析油氣處理工藝的現(xiàn)狀及適應(yīng)性，研究現(xiàn)有油氣處理工藝、設(shè)備運(yùn)行及系統(tǒng)能耗存在的主要問題；并對(duì)迪那2凝析氣田做了案例分析，最終得到相關(guān)性結(jié)論，為油氣處理廠用能分析、能量綜合利用提供技術(shù)方向。

一、凝析氣田油氣處理工藝概況

按礦藏分類，天然氣可分為氣田氣、油田氣和凝析氣田氣3類。凝析氣藏是介于油藏和天然氣藏之間的一種重要的油氣藏類型，是一種特殊而復(fù)雜的氣田。凝析氣除含有大量的甲烷、乙烷外，還含有一定數(shù)量的丙烷、丁烷、戊烷及戊烷以上的烴類。

在開發(fā)過程中由于地層壓力的降低會(huì)出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象，使氣藏中的重組分滯留在地層中無法采出，降低凝析油采收率。凝析氣藏的開采方式主要有衰竭式開采、保持壓力開采和部分保持壓力開采等。雖然采用衰竭式開采會(huì)導(dǎo)致大量的液烴由于反凝析而損失在地層中，但是該種開發(fā)方式投資費(fèi)用低、投資回收快，所以仍是我國(guó)凝析氣藏的主要開發(fā)方式。對(duì)于高含凝析油的大型凝析氣田采用保持壓力開采經(jīng)濟(jì)效益較好，例如我國(guó)牙哈凝析氣田采用循環(huán)注氣開發(fā)，經(jīng)濟(jì)效益非常好。

針對(duì)凝析氣田井口壓力較高、有壓力能可利用的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)凝析氣田天然氣處理工藝主要采用兩種低溫分離工藝：

（1）控制外輸天然氣烴、水露點(diǎn)的低溫分離工藝。

（2）回收天然氣凝液的低溫分離工藝。

二、控制天然氣烴、水露點(diǎn)為目標(biāo)的低溫分離工藝

控制天然氣烴、水露點(diǎn)為目標(biāo)的低溫分離工藝，根據(jù)凝析氣田原料氣的壓力不同，其制冷工藝主要采用J-T閥節(jié)流制冷、膨脹機(jī)制冷、丙烷制冷。對(duì)于國(guó)內(nèi)高壓凝析氣田，其天然氣處理主要采用節(jié)流降溫、注醇防止水合物，其工藝系統(tǒng)組成主要由脫水脫烴、乙二醇再生、凝析油穩(wěn)定、氣體增壓等工藝單元組成。其水合物抑制劑可采用乙二醇和甲醇，注乙二醇應(yīng)用較為普遍，長(zhǎng)慶氣田采用注甲醇防止水合物的形成。脫水脫烴單元主要采用節(jié)流降壓或外部冷源（冷劑制冷）降低天然氣的溫度從而控制烴水露點(diǎn)。有壓力能可利用的凝析氣消耗本身具有的壓力能獲得低溫，系統(tǒng)能耗較低；無壓力能可利用的凝析氣需要外部冷源提供額外的冷量，系統(tǒng)能耗高。

三、迪那2氣田油氣處理廠實(shí)例分析

迪那2凝析氣田油氣處理廠于2009年6月正式投產(chǎn)。迪那2油氣處理廠的工藝系統(tǒng)由集氣、脫水脫烴、輕烴回收、乙二醇再生及注入、凝析油穩(wěn)定、氣體增壓等工藝單元組成。

迪那2凝析氣田油氣處理廠共設(shè)計(jì)有四套脫水脫烴裝置，單套處理能力400×104m3/d；兩套凝析油穩(wěn)定裝置，單套處理能力458t/d；兩套輕烴回收裝置，單套處理能力593t/d；兩套乙二醇再生裝置，單套處理能力為2550kg/h。迪那2凝析氣田油氣處理廠包括主要生產(chǎn)裝置、輔助生產(chǎn)裝置及公用工程。

迪那2油氣處理廠至投運(yùn)以來，油氣處理裝置總體運(yùn)行平穩(wěn)，天然氣和凝析油處理能力、主要設(shè)備運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，除液化石油氣產(chǎn)量與設(shè)計(jì)值相比降低較大外，其它產(chǎn)品量符合設(shè)計(jì)要求。主要有以下四個(gè)特點(diǎn)：

（1）天然氣處理節(jié)流制冷、注乙二醇的低溫分離工藝，適應(yīng)性強(qiáng)

（2） J-T閥節(jié)流制冷熱效率低、分離溫度偏高，凝液回收率低

（3）分離和分餾方式過于簡(jiǎn)單，增加了系統(tǒng)能耗

（4）部分用能設(shè)備負(fù)載低、大量余熱未能有效回收利用

四、主要結(jié)論

通過對(duì)迪那2等其他凝析氣田油氣處理廠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、油氣處理工藝系統(tǒng)和能耗分析，得出以下主要結(jié)論：

（1）以控制天然氣烴、水露點(diǎn)為目標(biāo)的低溫分離工藝采用節(jié)流制冷或丙烷制冷、注水合物抑制劑（甲醇、乙二醇）來防止水合物，其中以注乙二醇為主；

（2）對(duì)節(jié)流、注醇的低溫分離工藝存在凝液分離溫度偏高（大于-30℃）、低溫條件醇烴分離困難、乙二醇再生裝置出現(xiàn)烴液夾帶等問題，建議節(jié)流、注醇的分離工藝只回收戊烷及以上重組組分，不回收丙烷和丁烷等組分；

（3）對(duì)于處理規(guī)模較大，采用節(jié)流、注醇的低溫分離工藝，推薦采用兩級(jí)分離工藝，提高了低溫分離效果，降低了乙二醇注入量和系統(tǒng)能耗；

（4）對(duì)于低壓凝析氣田或高壓凝析氣后期開發(fā)，原料氣沒有足夠的壓差可以利用，推薦采用小壓差節(jié)流制冷（或小制冷量）、大面積換熱預(yù)冷產(chǎn)生大溫降的方法，可以降低能耗；

（5）對(duì)高壓凝析氣田、處理規(guī)模大的油氣處理廠（英買、迪那2等）普遍存在制冷方式和產(chǎn)品單一、制冷溫度偏高、主體工藝方案不合理、凝液分離工藝流程簡(jiǎn)單、凝液回收率低、換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不合理、系統(tǒng)能耗高等問題，應(yīng)推廣采用以膨脹機(jī)制冷為主的深冷工藝，推薦采用多種生產(chǎn)模式運(yùn)行（烴水露點(diǎn)、節(jié)流、膨脹機(jī)等）的設(shè)計(jì)方法，提高對(duì)凝析氣田不同開發(fā)時(shí)期的適應(yīng)性；

（6）本項(xiàng)目提出一些凝析氣田天然氣處理工藝的新方案，此方案壓力能和冷量得到有效利用，凝液率回收大幅提高，在設(shè)計(jì)中采用節(jié)流閥、膨脹機(jī)兩種運(yùn)行模式，可提高處理裝置對(duì)原料氣壓力、流量變化的適應(yīng)性；

（7）油氣處理廠大量采用管殼式換熱器，高效節(jié)能設(shè)備應(yīng)用較少，大量高溫余熱未能有效利用，部分設(shè)備設(shè)計(jì)不合理；

（8）主要用能設(shè)備（泵、壓縮機(jī)等）負(fù)載率和效率低，重點(diǎn)用能設(shè)備（加熱爐、壓縮機(jī)等）未能配備能源計(jì)量?jī)x表，油氣處理廠能耗統(tǒng)計(jì)不規(guī)范。