高含凝析油集氣站分離器運(yùn)行參數(shù)數(shù)值分析

高志飛 郭立新 高輝

1.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石化華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司

凝析氣是烴類氣體C1～C8及N2、CO2等非烴類氣體的復(fù)雜混合氣，輕烴回收是將輕烴與天然氣中的CH4組分分離并進(jìn)行回收的工藝過程[1-3]，合理的分離器工作制度直接影響到外輸凝析油和氣體的質(zhì)量[4]，高含凝析油氣藏或揮發(fā)性油藏含有大量的中間烴，對(duì)于高含凝析油氣藏或揮發(fā)性油藏[5-11]，有必要進(jìn)行合理的地面分離。

國內(nèi)外設(shè)置分離器分離條件主要參考Campbell提出的各級(jí)壓力比為常數(shù)，即R=(p1/pn)1/(n-1)，就可以得到較好的分離效果，但對(duì)于第一級(jí)分離器壓力p1則依據(jù)原油凝固點(diǎn)以上5 ℃的經(jīng)驗(yàn)值來確定[12]；根據(jù)API 12J《油氣分離器規(guī)范》，按照分離器工藝計(jì)算流程來確定相應(yīng)操作條件下的分離器工藝參數(shù)[13]，根據(jù)氣中容許的液滴直徑確定相應(yīng)分離器的運(yùn)行參數(shù)[14]。本研究應(yīng)用流體PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及PVT數(shù)值模擬軟件進(jìn)行預(yù)測分離器分離條件，操作方便快捷，可同時(shí)明確不同分離器壓力和溫度條件下的分離效果，有利于在現(xiàn)有分離設(shè)施的基礎(chǔ)上，提出有針對(duì)性的調(diào)整方案。

中原油田濮76斷塊主要含氣層系為沙三中2-3，氣藏埋深3100～3400 m，地層溫度121 ℃，地層壓力43.80 MPa，日產(chǎn)氣4.18×104m3，日產(chǎn)油15 t。按照PVT分析資料計(jì)算該區(qū)塊日油產(chǎn)量應(yīng)為24 t，氣油比參數(shù)嚴(yán)重異常[15-18]。目前該區(qū)塊集氣站采用二級(jí)分離模式，其中一級(jí)分離器與二級(jí)分離器溫度為環(huán)境溫度，分離器壓力均為0.24 MPa；對(duì)二級(jí)分離器外輸氣取樣分析發(fā)現(xiàn)，天然氣中重?zé)N質(zhì)量濃度達(dá)到325.83 g/m3，外輸氣中含有大量重?zé)N組分，因此，針對(duì)這一問題開展了相關(guān)的化驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)分析，并通過分離器數(shù)值模擬軟件在不同溫度下對(duì)分離壓力進(jìn)行了優(yōu)化對(duì)比研究。結(jié)果表明，高含凝析油氣藏開發(fā)過程中，較低的分離器分離壓力可導(dǎo)致凝析油產(chǎn)量偏差達(dá)52%。

1 天然氣組分研究

通過對(duì)井口天然氣、二級(jí)分離器外輸管線天然氣進(jìn)行氣相色譜分析，分析天然氣中重?zé)N含量，見表1和表2。

表1為該區(qū)塊不同的氣樣取樣條件，表2為氣樣組分?jǐn)?shù)據(jù)。表1、表2顯示二級(jí)分離器外輸管線壓力為0.24 MPa，氣樣中所含重?zé)N的質(zhì)量濃度為325.83 g/m3，井口平均壓力大于10 MPa時(shí)，氣樣中重?zé)N平均質(zhì)量濃度為180.183 g/m3。由此說明，取樣時(shí)壓力越高，氣中的重?zé)N質(zhì)量濃度越低，在當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件下，外輸氣中重?zé)N質(zhì)量濃度比2口井混合氣多145.647 g/m3，按區(qū)塊日產(chǎn)氣4.18×104m3計(jì)算，目前分離條件下?lián)p失凝析油近6.1 t/d，說明目前的分離器運(yùn)行參數(shù)不合適。

表1 取樣條件Table 1 Sampling conditions取樣位置 取樣壓力/MPa取樣溫度/℃產(chǎn)氣量/(104 m3·d-1)二級(jí)分離器外輸管線0.24284.18濮153-5油壓表處11.00282.02濮76側(cè)油壓表處13.50282.16

表2 不同取樣位置的氣組分對(duì)比Table 2 Gas composition comparison of different sampling positions組分集輸管線濮153-5井口氣濮76側(cè)y/%重?zé)N質(zhì)量濃度/(g·m-3)y/%重?zé)N質(zhì)量濃度/(g·m-3)y/%重?zé)N質(zhì)量濃度/(g·m-3)N20.4950.651 1.011CO22.2002.680 2.315C181.00885.381 86.663C26.70083.7456.581 82.258 5.36667.071C33.81769.9612.698 49.455 2.42244.401i-C40.86920.9960.467 11.277 0.45611.019n-C41.80743.6660.821 19.845 0.82519.940i-C50.85125.5180.267 8.005 0.3069.173n-C50.69120.7360.204 6.121 0.2447.315C60.83930.0470.151 5.412 0.2338.361C+70.72331.1570.099 4.132 0.1596.579合計(jì)100.000325.826100.000186.505100.000173.859

2 數(shù)值模擬及分離優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.1 流體相態(tài)數(shù)值模擬

利用斯倫貝謝公司的PVTz2014.1軟件，對(duì)該區(qū)塊某井PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，分別擬合了露點(diǎn)壓力、死油密度、恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)的液體含量和相對(duì)體積等數(shù)據(jù)。建立代表地層流體的EOS狀態(tài)方程后，開展了不同條件的分離器模擬計(jì)算，分離條件見表3和表4。

圖1(a)為相圖擬合數(shù)據(jù)，實(shí)測露點(diǎn)壓力與臨界點(diǎn)比較近，表明該流體為近鄰界凝析氣；圖1(b)為恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)中液體含量變化的數(shù)值擬合，流體在低于飽和壓力時(shí)，凝析液體積分?jǐn)?shù)最大達(dá)到18%，說明該流體為高含凝析油型凝析氣；圖1(c)為流體的相對(duì)體積的擬合。圖1(a)、圖1(b)及圖1(c)說明數(shù)值模擬調(diào)整后的狀態(tài)方程具有一定的代表性，其中，圖1(a)主要擬合了流體的飽和壓力參數(shù)，由于該參數(shù)直接反應(yīng)凝析氣藏第一露點(diǎn)壓力，其擬合精度要求較高，重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了擬合；圖1(b)為恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)過程中凝析油在露點(diǎn)壓力時(shí)流體體積的比值，反映了流體在儲(chǔ)層中的反凝析液量的相對(duì)體積，由于凝析油的組分十分復(fù)雜，要準(zhǔn)確擬合出凝析液量的變化是不太可能的，因此在滿足工程需要的基礎(chǔ)上對(duì)其趨勢進(jìn)行了一定程度的擬合；整體的擬合精度滿足后期分離器模擬實(shí)驗(yàn)的需要，能為分離器模擬實(shí)驗(yàn)提供可靠的EOS狀態(tài)方程。

表3 二級(jí)分離模式的分離器條件Table 3 Separator conditions under two-stage separation mode一級(jí)分離器溫度/℃一級(jí)分離器壓力/MPa二級(jí)分離器溫度/℃二級(jí)分離器壓力/MPa-100.51.01.52.02.53.03.54.0 00.51.01.52.02.53.03.54.0100.51.01.52.02.53.03.54.0200.51.01.52.02.53.03.54.0300.51.01.52.02.53.03.54.0200.101

表4 三級(jí)分離模式的分離器條件Table 4 Separator conditions under three-stage separation mode一、二級(jí)分離器溫度/℃一級(jí)分離器壓力/MPa二級(jí)分離器壓力/MPa三級(jí)分離器溫度/℃三級(jí)分離器壓力/MPa-100.51.01.52.02.53.05.00.250.51.000.51.01.52.02.53.05.00.250.51.0100.51.01.52.02.53.05.00.250.51.0200.51.01.52.02.53.05.00.250.51.0300.51.01.52.02.53.05.00.250.51.0200.101

2.2 二級(jí)分離模式優(yōu)化

使用PVTz軟件中的分離器實(shí)驗(yàn)功能，開展了分離器模擬計(jì)算，依據(jù)該區(qū)塊日產(chǎn)氣量4.18×104m3，分別計(jì)算了不同分離條件下的氣油比、二級(jí)分離器油密度等參數(shù)，得到該區(qū)塊的日產(chǎn)油量與一級(jí)分離器壓力和溫度的關(guān)系，見圖2。

圖2(a)顯示，溫度在-5～20 ℃、壓力在0.5～2.0 MPa時(shí)，凝析油產(chǎn)量達(dá)22.8 t/d以上，比礦場的15.0 t/d至少高52%。圖2(b)顯示在該模式下，不同的一級(jí)分離器壓力下溫度與產(chǎn)量的變化趨勢，-10 ℃的最佳分離壓力在1.0 MPa左右，產(chǎn)量達(dá)到25.1 t/d；溫度增加至30 ℃時(shí)，最佳分離壓力為3.5 MPa左右，產(chǎn)量達(dá)到23.7 t/d。圖2(c)顯示，不同分離器溫度條件下，產(chǎn)量隨分離器壓力的增加先增加后逐漸減??；而溫度越低，產(chǎn)量則相對(duì)越高。整體而言，在當(dāng)?shù)貧夂驕囟葪l件下，優(yōu)化壓力參數(shù)后，凝析油產(chǎn)量可以達(dá)到23.0 t/d，比原分離條件0.24 MPa壓力下15.0 t/d可以多增加53.3%，分離器參數(shù)為-10 ℃、1.0 MPa時(shí)，凝析油的產(chǎn)量可以達(dá)到25.1 t/d。

2.3 三級(jí)分離模式優(yōu)化

根據(jù)相平衡分離原理，增加分離器級(jí)數(shù)可以明顯改善分離效果，提高產(chǎn)出氣的干度，增加原油的回收率，但考慮到增加分離器級(jí)數(shù)會(huì)增加成本[14]，為此，本研究開展了三級(jí)分離模擬實(shí)驗(yàn)。

三級(jí)分離模擬實(shí)驗(yàn)中，一級(jí)分離器和二級(jí)分離器溫度為環(huán)境溫度，其中二級(jí)分離器壓力分別設(shè)定為0.25 MPa、0.50 MPa和1.00 MPa，改變一級(jí)分離器壓力，計(jì)算產(chǎn)量變化見圖3。

如圖3所示，在溫度、一級(jí)和二級(jí)分離壓力不同時(shí)，產(chǎn)量最大時(shí)的分離條件組合也不同。其中，-10 ℃時(shí)，二級(jí)分離器的最佳壓力是0.25 MPa，一級(jí)分離器壓力是2.5 MPa，最高產(chǎn)量達(dá)到26.2 t/d；30 ℃時(shí)，二級(jí)分離器的最佳壓力是0.5 MPa，一級(jí)分離器壓力是5.0 MPa，產(chǎn)量為24.7 t/d。

對(duì)比二級(jí)分離模式下，一級(jí)分離器壓力1.0 MPa時(shí)，產(chǎn)量由22.8 t/d增至25.1 t/d；三級(jí)分離模式下，一級(jí)分離器壓力在1.5 MPa時(shí)，調(diào)整二級(jí)分離器壓力，產(chǎn)量由23.5 t/d增至26.1 t/d。三級(jí)分離效果比二級(jí)分離效果略好，最高日產(chǎn)量增加1.0 t左右。

3 結(jié)論

(1)通過數(shù)值模擬軟件在流體相態(tài)擬合的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分離器數(shù)值模擬研究，得到不同分離器級(jí)數(shù)、分離器分離壓力及分離器溫度下的油產(chǎn)量。

(2)集氣站二級(jí)分離模式下一級(jí)分離器最高工作壓力可以達(dá)到4.0 MPa，將一級(jí)分離器壓力從原來的0.24 MPa提高到1.5 MPa，凝析油的產(chǎn)量從日產(chǎn)15.0 t增加到23.0 t，最高可達(dá)到25.1 t/d，凝析油產(chǎn)量提高53.3%以上。

(3)考慮到濮76斷塊目前集氣站為二級(jí)分離模式，改建為三級(jí)分離模式需要增加新投入，同時(shí)需要擴(kuò)建場地，而三級(jí)分離模式僅比二級(jí)分離模式多出1.0 t/d的產(chǎn)量,提高了4%。因此，建議濮76斷塊集氣站采用二級(jí)分離模式，在不增加成本的條件下通過增加一級(jí)分離器工作壓力至1.0 MPa，實(shí)現(xiàn)凝析油的增產(chǎn)。