文96地下儲氣庫注采氣工藝技術(shù)*

(中國石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，河南 濮陽 457001)

地下儲氣庫具有安全可靠、存儲量大及運(yùn)行成本低等優(yōu)勢，是干線輸氣管網(wǎng)重要的配套部分[1-3]。文96儲氣庫是由原文96氣藏改建而成，主要用于季節(jié)調(diào)峰及突發(fā)事件應(yīng)急供氣，保障榆濟(jì)輸氣管道安全、平穩(wěn)輸氣。設(shè)計(jì)最大庫容量5.88×108m3，其中，墊底氣量2.93×108m3，有效工作氣量2.95×108m3；氣庫上限工作壓力27.0 MPa，下限工作壓力13.0 MPa。

1 地面工藝流程

在注氣期間，榆濟(jì)線來氣由清豐分輸站輸送至文96儲氣庫注采站，經(jīng)計(jì)量、分離、過濾和增壓后，通過注采閥組、單井管線及采氣樹注入氣井[4]。在采氣期間，氣井來氣經(jīng)單井管線、注采閥組、生產(chǎn)分離器、三甘醇脫水、丙烷脫烴、氣體性質(zhì)分析及超聲波計(jì)量，再經(jīng)輸氣管道，自清豐分輸站進(jìn)入榆濟(jì)線。

2 注氣工藝

2.1 注氣工藝流程

文96儲氣庫注氣初期壓力較低，隨注氣量的增加壓力持續(xù)升高，注氣期末注采井井口壓力為24.0 MPa，地層壓力達(dá)到上限工作壓力[5]。注氣量隨著時間不同而變化，季節(jié)調(diào)峰期目標(biāo)市場的最大注氣量是8月,為167×104m3/d，最小注氣量是4月,為92×104m3/d，因此注氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為200×104m3/d，注氣工藝流程見圖1。

2.2 壓縮機(jī)組參數(shù)

注氣壓縮機(jī)是地下儲氣庫的最關(guān)鍵設(shè)備，而壓縮機(jī)工作參數(shù)選擇的是否合理，關(guān)系到儲氣庫的長期運(yùn)行效率[6]。根據(jù)榆林—濟(jì)南輸氣管道輸氣壓力計(jì)算，文96儲氣庫注采站進(jìn)站壓力為5.91～6.05 MPa，壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力設(shè)計(jì)點(diǎn)為6.0 MPa，允許波動范圍5.0～7.0 MPa。儲氣庫的實(shí)際工作狀況要求配套壓縮機(jī)進(jìn)口壓力及排量范圍要寬，以滿足調(diào)峰量的要求，保證輸氣管線高效運(yùn)行。同時，考慮到儲氣庫周期運(yùn)行的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)分配壓縮機(jī)的1級和2級壓縮比，滿足在進(jìn)氣壓力低時2級出口溫度不超規(guī)定，在進(jìn)氣壓力高時一級負(fù)載不超過要求，在設(shè)計(jì)點(diǎn)時運(yùn)行效率最高。

圖1 注氣工藝流程

3 采氣工藝

3.1 采氣工藝流程

榆林—濟(jì)南管道各月的采氣調(diào)峰天然氣需求量為117×104～342×104m3/d，因此采氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為350×104m3/d，采氣工藝流程見圖2。

3.2 脫水系統(tǒng)

采氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三甘醇吸收法脫出天然氣中的飽和水氣，主要設(shè)備包括三甘醇脫水裝置及三甘醇再生裝置[7]。脫水系統(tǒng)的工藝流程見圖3。

圖3 脫水系統(tǒng)工藝流程

3.2.1 天然氣流程

濕天然氣經(jīng)入口過濾分離器，去除游離態(tài)液滴及固體雜質(zhì)后進(jìn)入吸收塔下部的氣液分離部分，分離掉因過濾分離器處于故障狀態(tài)而可能進(jìn)入吸收塔的游離液體[8]。濕天然氣在吸收塔內(nèi)與貧三甘醇液逆流充分接觸，脫除水汽，經(jīng)塔頂捕霧絲網(wǎng)除去大于5 μm的甘醇液滴后由塔頂部出塔。干天然氣出塔后,由出口分離器分出攜帶的三甘醇凝液后進(jìn)入外輸氣管網(wǎng)。

3.2.2 貧三甘醇流程

貧三甘醇由循環(huán)泵增壓后經(jīng)塔上部進(jìn)入吸收塔，由上而下流經(jīng)塔板層，吸收天然氣中的水汽，變?yōu)槿蚀几灰骸?/p>

3.2.3 富三甘醇流程

吸收水分的三甘醇富液由塔下部出口流出經(jīng)三甘醇低壓過濾器進(jìn)入再生塔精餾柱換熱盤管，被精餾柱頂蒸汽加熱,溫度為40～60 ℃,通過節(jié)流閥降壓進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸分離出溶解在富液中的烴類氣體。富三甘醇由閃蒸罐下部流出進(jìn)入貧富液換熱器，與由再生重沸器下部三甘醇緩沖罐流出的貧甘醇換熱后進(jìn)入精餾柱。在精餾柱中，通過提餾段、精餾段、塔頂回流及塔底重沸的綜合過程，使富甘醇中的水分及很小部分烴分離出塔。

重沸器中的貧甘醇經(jīng)貧液汽提柱，溢流至重沸器下部三甘醇緩沖罐，在貧液汽提柱中可由引入汽提柱下部的熱干氣對貧液進(jìn)行汽提，經(jīng)過汽提后的貧甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)99.5%[9]。 貧液在緩沖罐中通過換熱盤管與富甘醇換熱，并經(jīng)過緩沖罐外壁的冷卻，溫度降至160 ℃左右出緩沖罐，進(jìn)入列管式貧富液換熱器，與富甘醇換熱，溫度為55～65 ℃進(jìn)甘醇泵，增壓后進(jìn)吸收塔。

3.2.4 輔助流程

(1)燃料氣流程

從吸收塔出口干氣主管上引出一部分干氣，經(jīng)自力式壓力調(diào)節(jié)閥節(jié)流并穩(wěn)壓，壓力在0.3～0.4 MPa,進(jìn)入燃料氣緩沖罐。從燃料氣緩沖罐引出一部分氣，經(jīng)單流閥后與閃蒸罐罐頂閃蒸氣匯合并經(jīng)自力式壓力調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定閥后壓力為0.15 MPa，進(jìn)入三甘醇再生重沸器燃燒器作燃料氣。

(2)汽提氣流程

從燃料氣緩沖罐引出另一部分氣，經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入三甘醇再生重沸器，加熱后引伸至貧液汽提柱下部，作為貧液汽提氣。

(3)放空流程

在閃蒸氣管線上設(shè)置放空管線，該管線經(jīng)設(shè)定控制閥前壓力的自力式壓力調(diào)節(jié)閥及單流閥后連接站內(nèi)放空系統(tǒng)。從精餾柱塔頂排出的氣體中大部分為水蒸氣，經(jīng)過排出管線及外部空氣的冷卻，形成氣液混合物，進(jìn)入凝液回收罐，凝液進(jìn)站內(nèi)排污系統(tǒng)。

3.3 脫烴系統(tǒng)

文96氣藏原為凝析氣藏，天然氣注進(jìn)去再開采出來會含有一定量輕烴，在一定的條件下，輕烴從氣流中析出形成液態(tài)輕烴。在天然氣輸送條件下，液態(tài)烴的存在會增大輸氣壓力降，嚴(yán)重時會堵塞閥門和管道，影響正常供氣，因此天然氣要經(jīng)過脫烴處理后，進(jìn)入輸氣管線。

脫烴系統(tǒng)采用丙烷輔助制冷加低溫分離脫烴工藝，利用丙烷壓縮機(jī)組制造低溫對天然氣進(jìn)行降溫，利用冷箱對天然氣和低溫丙烷換熱，在低溫分離器對天然氣進(jìn)行分離。脫過輕烴的天然氣達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)后，天然氣利用管道外輸，低溫輕烴經(jīng)套管換熱器換熱，進(jìn)入輕烴緩沖罐，進(jìn)行調(diào)壓、計(jì)量和外輸。脫烴系統(tǒng)工藝流程見圖4。

圖4 脫烴系統(tǒng)工藝流程

3.3.1 天然氣流程

自脫水系統(tǒng)來的天然氣(6.0～7.0 MPa，25 ℃)經(jīng)過輕烴套管換熱器與低溫的輕烴進(jìn)行第一次換冷，換冷后的天然氣溫度為23 ℃，再進(jìn)入一級冷箱，與低溫天然氣進(jìn)行第二次換冷，換冷后的天然氣溫度為-8 ℃，再進(jìn)入二級冷箱，與丙烷進(jìn)行最后換冷，換冷后天然氣(-10 ℃)進(jìn)入低溫分離器分離出輕烴，從頂部出來的低溫天然氣再返回到一級冷箱與第一次換冷后的天然氣(23 ℃)進(jìn)行換熱，升溫后計(jì)量及外輸。

3.3.2 輕烴流程

低溫分離器底部冷凝出來的輕烴，進(jìn)入輕烴套管換熱器與脫水系統(tǒng)來的天然氣進(jìn)行換熱到15 ℃后進(jìn)入輕烴分離器進(jìn)行輕烴分離，再降壓進(jìn)入輕烴緩沖罐，經(jīng)過計(jì)量外輸。

3.4 丙烷流程

二級冷箱氣化的丙烷進(jìn)入丙烷制冷機(jī)組橇塊，進(jìn)入丙烷壓縮機(jī)氣液分離器，從頂部出來的丙烷氣體經(jīng)過濾器過濾，進(jìn)入丙烷壓縮機(jī)，增壓至1.28 MPa，增壓后丙烷經(jīng)空冷器冷卻至40 ℃，進(jìn)入虹吸罐。丙烷液從虹吸罐溢流口至貯液器，液態(tài)丙烷，經(jīng)節(jié)流至壓力為0.29 MPa，溫度為-15 ℃的氣液兩相丙烷，進(jìn)入二級冷箱換熱，完成丙烷制冷循環(huán)。

3.5 集氣工藝

文96儲氣庫屬于枯竭氣藏建庫，采出天然氣重?zé)N含量少，不易形成水合物。經(jīng)計(jì)算，氣庫在冬季極端氣溫條件下，節(jié)流后溫度到注采站內(nèi)溫度始終保持高于水合物形成溫度。文96儲氣庫采氣工藝選擇采氣井口不加熱一級節(jié)流低壓輸送技術(shù)[10]，集氣溫度不低于24 ℃，集注站內(nèi)選用三甘醇脫水工藝時，采氣井口不加熱一級節(jié)流，由井口音速噴嘴將壓力調(diào)節(jié)到不大于13 .0 MPa，充分利用氣藏能力，簡化流程。

3.6 注采井筒工藝

儲氣庫注采井具有注采雙重功能，注采管柱及井口裝置須承受強(qiáng)注強(qiáng)采、高壓、高產(chǎn)的周期變化，因此管柱及井口裝置不僅要滿足最大注采能力的需要，而且要求井下工具及井口設(shè)備具有高氣密封性和長期安全可靠[11]。針對儲氣庫注采過程復(fù)雜和系統(tǒng)參數(shù)變化范圍大的特點(diǎn)，建立以時間為變量、以流動節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)的注采系統(tǒng)分析方法，結(jié)合攜液能力和抗沖蝕能力分析，確定注采管柱尺寸為76 mm。根據(jù)注采產(chǎn)能、儲層條件、產(chǎn)出流體性質(zhì)及不同生產(chǎn)要求[12]，調(diào)整優(yōu)化注采管柱結(jié)構(gòu)。注采井管柱結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 注采井管柱結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)注氣、采氣不同月份井口及井筒壓力溫度模擬結(jié)果，依據(jù)文96儲氣庫設(shè)計(jì)指標(biāo)及自然環(huán)境指標(biāo)，參照API 6A標(biāo)準(zhǔn)，確定井口裝置性能參數(shù)。井口安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用地面和井下二級雙重安全控制，通過井下和井口安裝的壓力傳感器和易熔塞，將異常低壓和火災(zāi)信息傳遞給控制面板，由其發(fā)出報(bào)警信號，自動關(guān)閉井下和井口安全閥。系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)就地手動控制，對開井和關(guān)井所需的各種功能和狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)控，監(jiān)控信號可通過遠(yuǎn)程控制終端系統(tǒng)遠(yuǎn)傳至注采站ESD系統(tǒng)。

4 運(yùn)行實(shí)踐

文96地下儲氣庫自2012年9月6日投產(chǎn)以來，已經(jīng)過4個完整注采周期，累計(jì)注氣8.51×108m3，累計(jì)采氣4.50×108m3。注氣期間3臺壓縮機(jī)組在設(shè)定工況下單機(jī)注氣能力均能達(dá)到62.5×104m3/d的設(shè)計(jì)能力；2013年6月11日3臺機(jī)組聯(lián)合試運(yùn)期間，在壓縮機(jī)進(jìn)口壓力5.98 MPa、進(jìn)口溫度17.43 ℃工況下，注氣量達(dá)198.8×104m3。采氣期間采氣工藝運(yùn)行平穩(wěn)，最高日采氣量達(dá)297.3×104m3，在6～7 MPa壓力下，天然氣水露點(diǎn)最低達(dá)-18.76 ℃，烴露點(diǎn)達(dá)到-13.25 ℃，完全滿足外輸氣體性質(zhì)要求。

5 結(jié) 論

(1)注氣系統(tǒng)壓縮機(jī)組選型正確、參數(shù)合理，進(jìn)氣零節(jié)流，三級3種分離、過濾，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，滿足調(diào)峰注氣需求。針對高壓大排量往復(fù)式壓縮機(jī)制造難點(diǎn)，聯(lián)合制造廠家、開展技術(shù)攻關(guān)，填補(bǔ)了地下儲氣庫壓縮機(jī)組國產(chǎn)化空白。

(2)采氣系統(tǒng)主體流程簡潔、輔助流程合理，整體運(yùn)行效果良好，實(shí)現(xiàn)科學(xué)節(jié)流、單井氣量調(diào)配方便，三甘醇脫水方式工藝合理，滿足不同時段采氣需要；丙烷脫烴工藝成熟、現(xiàn)場操作簡便，外輸氣體性質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(3)針對文96儲氣庫工況特點(diǎn)和鉆完井結(jié)構(gòu)、流體特點(diǎn)和功能要求，進(jìn)行注采井口結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)設(shè)計(jì)。采用先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化注采井口及配套設(shè)備，形成適合文96儲氣庫特點(diǎn)的井口、配套地面和井下二級安全控制系統(tǒng)，滿足強(qiáng)注、強(qiáng)采和長期安全性的性能要求。

(編輯 王菁輝)