東勝氣田試采井放空氣回收工藝研究

趙鵬飛

(中石化新星新能源研究院，北京 100083)

東勝氣田目前處于規(guī)模上產(chǎn)階段，存在較多用于勘探評(píng)價(jià)的探井、邊遠(yuǎn)井，試采期間天然氣放空燃燒造成了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，回收放空氣可使氣田挖潛增效，提高供氣能力。目前國(guó)內(nèi)放空氣回收工藝主要有天然氣制CNG、制LNG、就地發(fā)電等[1]。由于不同氣田的氣質(zhì)、放空量、銷售市場(chǎng)等因素不同，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為成功的回收方案不能照搬復(fù)制，為解決東勝氣田試采井天然氣回收問(wèn)題，針對(duì)該氣田放空氣排放特點(diǎn)，通過(guò)工藝方案比選，研究適用于東勝氣田的天然氣回收方案，并使用現(xiàn)金流量法做經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，為該氣田天然氣回收提供科學(xué)依據(jù)。

1 回收工藝選擇

1.1 制CNG回收工藝

該工藝是將井口氣脫水、脫酸，再將氣質(zhì)達(dá)標(biāo)的天然氣壓縮，充裝到CNG槽車中外輸，運(yùn)抵目的地后將天然氣減壓輸入管網(wǎng)，或給CNG汽車充裝。其優(yōu)點(diǎn)是目前已實(shí)現(xiàn)了撬裝設(shè)計(jì)[2]，設(shè)備投資低、占地面積小、靈活機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、投資回收期短，缺點(diǎn)是CNG壓縮機(jī)單機(jī)排量相對(duì)較小，一般應(yīng)用于日產(chǎn)量在8～10萬(wàn)m3以下的試采井，且CNG槽車單車次運(yùn)量有限，一般小于5000 Nm3。

1.2 制LNG回收工藝

井口氣經(jīng)脫水、脫酸等處理后再經(jīng)低溫液化工藝制成LNG，該技術(shù)在處理量、儲(chǔ)運(yùn)等方面較CNG回收技術(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)，其缺點(diǎn)是LNG液化及配套裝置復(fù)雜、投資高昂，LNG裝置是相同處理能力CNG裝置的4～6倍，而且運(yùn)行成本較高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，要求試采井高產(chǎn)并能保持較長(zhǎng)的穩(wěn)產(chǎn)期。

1.3 天然氣發(fā)電工藝

天然氣發(fā)電是指通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組將天然氣化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能并網(wǎng)，當(dāng)放空氣量較大且穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)時(shí)可以建立固定式發(fā)電站，該回收方案發(fā)電效率較高、運(yùn)行費(fèi)用低，要求電能有穩(wěn)定的消納渠道，一般投資較大。

東勝氣田大部分試采井位置偏僻，井口日產(chǎn)氣量集中在2.2～5萬(wàn)m3，開(kāi)井?dāng)?shù)量較多，放空穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短，這就要求回收工藝設(shè)備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、搬遷方便，且生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間盡量短，適用的井口壓力、產(chǎn)氣量等工藝參數(shù)范圍寬。同時(shí)，為了部署多支回收隊(duì)伍同時(shí)作業(yè)，要求單套回收裝置投資和運(yùn)行成本盡量低。通過(guò)上面分析可知，放空氣制CNG回收工藝基本滿足這些需求。

2 總體工藝方案

2.1 試采井場(chǎng)回收工藝方案

東勝氣田試采井場(chǎng)回收工藝方案采用制CNG的技術(shù)方案，工藝流程如圖1所示，主要設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊之間用高壓軟管連接。井口來(lái)氣首先進(jìn)入水套加熱爐和節(jié)流閥組模塊，隨后通過(guò)兩級(jí)脫水流程，即在氣液分離器中進(jìn)行粗效脫水，再在前置低壓分子篩模塊中精效脫水，最后進(jìn)入CNG壓縮機(jī)組模塊，壓縮機(jī)2級(jí)壓縮，設(shè)有級(jí)間冷卻和出口空冷器，排氣溫度不高于環(huán)境溫度15℃，天然氣壓縮至20 MPa后，經(jīng)過(guò)計(jì)量加氣模塊進(jìn)入CNG槽車。整套裝置設(shè)計(jì)回收能力5×104Nm3/d，操作彈性60%～110%。

依據(jù)GB18047《車用壓縮天然氣》要求，放空氣應(yīng)按表1標(biāo)準(zhǔn)處理。東勝氣田放空氣氣質(zhì)較好，高發(fā)熱值、總硫、H2S含量、CO2含量符合要求，放空天然氣僅需要經(jīng)過(guò)濾、脫水即可完成處理，滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 放空天然氣處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

東勝氣田試采井井口壓力平均值為13 MPa，冬季時(shí)在井口到加熱爐之間管線、節(jié)流閥等位置容易生成水合物，采用注醇抑制水合物時(shí)，CNG氣質(zhì)將不達(dá)標(biāo)，而且降低了槽車充裝速率和充裝量。為解決這一問(wèn)題，采用管線電伴熱、節(jié)流前加熱的方案，即在井口到加熱爐之間管線上敷設(shè)了防爆加熱帶，同時(shí)利用加熱爐將天然氣加熱至遠(yuǎn)離水合物生成區(qū)，保障設(shè)備運(yùn)行安全。

圖1 放空氣制CNG回收工藝流程圖

2.2 回收氣運(yùn)輸及卸車注入方案

表2 CNG槽車規(guī)格和運(yùn)載量

回收氣運(yùn)輸及卸車注入方案重點(diǎn)是確定裝卸車時(shí)間、槽車規(guī)格、充裝量、卸車工藝。CNG槽車裝卸車時(shí)間與槽車水容積、充裝壓力、卸車背壓等有關(guān)，一般在3～4 h之間，CNG槽車時(shí)速一般不大于50 km，在海拔1500 m地區(qū)的百公里耗氣量約70 Nm3，結(jié)合試采井與卸車點(diǎn)路程可以計(jì)算出單車次裝卸車總耗時(shí)以及槽車自身耗氣量。

表2為槽車常用規(guī)格及運(yùn)輸量，不同規(guī)格的槽車單車次運(yùn)輸量和運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性有差異，且與季節(jié)有關(guān)，一般而言，夏季充裝量較冬季少約15%，重裝時(shí)間更長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)成本也高。卸車時(shí)由于節(jié)流溫降，會(huì)導(dǎo)致管路形成冰堵，為了防止水合物生成，在節(jié)流前對(duì)天然氣加熱，卸車降壓撬是目前用到的設(shè)備，主要包括水套爐、降壓閥組等。

3 投資決策

應(yīng)用現(xiàn)金流量法，按照上述工藝方案對(duì)放空氣回收項(xiàng)目做經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。主要基礎(chǔ)參數(shù)包括：評(píng)價(jià)期6年，年操作時(shí)間104天，擬投入兩整套回收工藝設(shè)備，總投資780萬(wàn)元，年天然氣回收量為545×104Nm3，內(nèi)部銷售價(jià)格1.1 元/Nm3，CNG槽車租賃費(fèi)用171萬(wàn)元/a，設(shè)備搬遷費(fèi)用77萬(wàn)元/a，人工成本68萬(wàn)元/a，污水處理成本25萬(wàn)元/a，設(shè)備殘值3%，安全生產(chǎn)費(fèi)率5%，生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)率2%。

根據(jù)測(cè)算，項(xiàng)目稅后靜態(tài)投資回收期5.4年，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率19.2%，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值246.5萬(wàn)元。不考慮時(shí)間價(jià)值項(xiàng)目累計(jì)EVA為288.3萬(wàn)元，總投資收益率14%，項(xiàng)目財(cái)務(wù)盈利能力較好，在經(jīng)濟(jì)上可行。

圖2 項(xiàng)目單因素敏感性分析

稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率敏感性分析見(jiàn)圖2，影響因素主要有銷售收入、建設(shè)投資、經(jīng)營(yíng)成本等，最敏感因素是銷售收入，應(yīng)優(yōu)選高產(chǎn)、低含水、短運(yùn)距的井，提高搬遷效率，增加回收量；經(jīng)營(yíng)成本的影響次之，項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)要優(yōu)化運(yùn)行方式，尤其是槽車充卸車方案，降低成本；建設(shè)投資對(duì)于項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益影響較小。

4 結(jié)論

(1)放空氣回收工藝模式有天然氣制CNG、制LNG、就地發(fā)電等，因不同氣田試采井氣質(zhì)、放空量等因素不盡相同，需要因地制宜地選擇回收方案。

(2)通過(guò)工藝方案比選，結(jié)合東勝氣田放空氣排放特點(diǎn)，提出了管線電伴熱結(jié)合加熱爐加熱防止水合物生成、氣液初步分離結(jié)合前置低壓分子篩精細(xì)脫水、放空氣壓縮制CNG的回收方案。

(3)通過(guò)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，得到放空氣回收項(xiàng)目的稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為19.2%，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值246.5萬(wàn)元，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行。