圖版修正法水露點測量技術(shù)在海上氣田的應(yīng)用①

吳二亮 付峻 苗建

中海石油(中國)有限公司深圳分公司

天然氣水露點直接測量主要采用冷卻鏡面法，樣品以一定流量流經(jīng)露點儀的測定室中拋光的金屬鏡面，該鏡面溫度可人為降低并能準確測量。樣品中水蒸氣隨著鏡面溫度的降低逐漸達到飽和后，開始析出凝析物，此鏡面溫度即為該壓力下的天然氣水露點。天然氣處理站一般采用間接測量的方法，通過測量天然氣含水量，進一步轉(zhuǎn)化獲取水露點。含水檢測的方法主要包括吸收稱重法、卡爾費休法、紅外法、色譜法等[1-3]。無論采用直接測量或是間接測量的方法，測量過程均需要專業(yè)的儀器設(shè)備，遵守嚴格的操作規(guī)程，操作成本高，操作者技能水平要求高，不利于推廣使用。本研究根據(jù)三甘醇脫水工藝特點，創(chuàng)新提出了一種基于圖版的水露點測量技術(shù)，無硬件設(shè)備投入，方法簡單快捷，測量誤差低，滿足氣田長期使用要求。

1 三甘醇脫水工藝

典型的三甘醇脫水工藝流程如圖1所示[4-8]。

從井口產(chǎn)出的天然氣進入生產(chǎn)分離器進行油氣水三相分離，氣體中大部分游離水被脫去，出口天然氣進入冷卻器進行降溫冷凝，大部分重烴冷凝后進入入口過濾分離器進行脫除，之后天然氣進入三甘醇接觸塔進行深度脫水，脫水后達到外輸干氣水露點要求進行外輸。

三甘醇再生裝置包括三甘醇閃蒸罐、三甘醇過濾器、三甘醇再沸器、精餾柱、回流冷凝柱、汽提柱、貧富三甘醇換熱器、三甘醇緩沖罐等。從接觸塔吸水后，富三甘醇經(jīng)過回流冷凝柱預(yù)熱，進入三甘醇閃蒸罐脫出液烴組分，然后進入顆粒過濾器和活性炭過濾器，對固體雜質(zhì)和殘余液烴過濾，經(jīng)過貧富三甘醇換熱器升溫后，進入三甘醇再沸器進行蒸餾脫水。脫水后的三甘醇進入汽提柱進一步提升純度后，變成貧三甘醇進入緩沖罐儲存。

2 圖版修正法水露點測量技術(shù)

2.1 基礎(chǔ)圖版

根據(jù)《海上采油工程手冊》中天然氣脫水系統(tǒng)設(shè)計一章，三甘醇接觸塔出口平衡水露點與貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)及入口氣溫度之間存在著定量關(guān)系[9]，如圖2所示。

該圖版為三甘醇脫水系統(tǒng)設(shè)計普遍采用的經(jīng)典圖版。平衡水露點是在三甘醇和天然氣在接觸塔內(nèi)接觸達到平衡時，氣液充分傳質(zhì)后達到的水露點。在實際生產(chǎn)中，由于接觸塔內(nèi)氣液接觸時間有限，平衡狀態(tài)無法達到。因此，實際水露點不同程度高于平衡水露點。

以上三甘醇脫水系統(tǒng)工藝參數(shù)關(guān)系圖提供了一種測量接觸塔出口水露點的方法。假定實際脫水系統(tǒng)的出口水露點高于平衡水露點的偏差量為固定值，通過采集入口天然氣溫度并化驗貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)，代入已知圖版，讀取對應(yīng)的平衡水露點，然后用偏差量對平衡水露點進行修正，即可獲得實際水露點。為了驗證該方法的可靠性，需要調(diào)整三甘醇脫水系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，測試在不同工況下平衡水露點與實際水露點之間的偏差量是否為固定值。

2.2 水露點偏差量測試

圖版中涉及的基礎(chǔ)參數(shù)為天然氣入口溫度與貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)，需要測試在滿足裝置操作區(qū)間內(nèi)，以上兩個參數(shù)變化后實際水露點與查圖得出的平衡水露點之間的偏差量。測試期間，除測試目標參數(shù)以外，脫水系統(tǒng)以及三甘醇再生系統(tǒng)全部參數(shù)調(diào)整為正常操作值。測試基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)定如下：脫水系統(tǒng)天然氣流量180×104m3/d，接觸塔壓力10 MPa，貧三甘醇流量1.2 m3/h。

通過調(diào)整天然氣冷卻器負荷使天然氣入口溫度為30～36 ℃；通過調(diào)整再沸器溫度與汽提氣流量，使接觸塔貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)為98.5%～99.5%；通過便攜式露點儀測量在不同條件下接觸塔出口天然氣水露點。匯總得到天然氣入口溫度在30 ℃、33 ℃、36 ℃下不同貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)對應(yīng)的出口水露點，如表1、表2、表3所列。

表1 入口氣溫度為30 ℃的出口水露點測試數(shù)據(jù)表貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)/%實際水露點/℃圖版對應(yīng)的平衡水露點/℃偏差量/℃98.66-8-181098.92-12-21999.12-15-23899.35-18-279

表2 入口氣溫度為33 ℃的出口水露點測試數(shù)據(jù)表貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)/%實際水露點/℃圖版對應(yīng)的平衡水露點/℃偏差量/℃98.70-7-171098.89-9-18999.18-13-22999.33-14-2511

表3 入口氣溫度為36 ℃的出口水露點測試數(shù)據(jù)表貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)/%實際水露點/℃圖版對應(yīng)的平衡水露點/℃偏差量/℃98.51-4-13998.88-5-151099.09-8-191199.28-12-2210

2.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表1～表3,對偏差量進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表4所列。

表4 偏差量數(shù)據(jù)分析表最大值/℃最小值/℃平均值/℃方差/℃21189.580.74

根據(jù)表4,實際水露點與查圖得出的平衡水露點之間偏差量的方差極小，說明偏差量數(shù)據(jù)集中在平均值，偏差平均值可有效代表偏差真實值。因此，可將實際水露點與平衡水露點的偏差量固定為平均值9.58 ℃。

偏差量確定后，進一步分析偏差量固化產(chǎn)生的測量誤差，做出誤差控制圖，如圖3所示。

根據(jù)圖3，偏差量固化產(chǎn)生的測量誤差范圍在±2 ℃以內(nèi)，滿足測量需求。

通過試驗數(shù)據(jù)分析，可以證明三甘醇接觸塔出口實際水露點與平衡水露點之間存在著固定的偏差量。該偏差量通過數(shù)學統(tǒng)計的方法固化后，產(chǎn)生的測量誤差在±2 ℃以內(nèi)，滿足正常測量需求，說明采用圖版修正法測量三甘醇脫水系統(tǒng)水露點的方法可靠。

3 圖版修正法水露點測量軟件開發(fā)

為了應(yīng)對不同操作者使用圖版產(chǎn)生的讀圖誤差，開發(fā)出了圖版修正法水露點測量軟件。軟件界面如圖4所示。

使用該軟件，輸入接觸塔溫度范圍以及貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)范圍等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輸入當前天然氣入口溫度、化驗獲得的貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)以及試驗測試得出的偏差量之后，點擊“數(shù)據(jù)運算”獲得測量結(jié)果，生成可以直接讀取測量水露點的修正圖版。軟件還可根據(jù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)參數(shù)范圍，給定滿足水露點達標狀態(tài)的入口氣溫度以及貧三甘醇質(zhì)量分數(shù)的目標匹配值，指導對工藝進行調(diào)整。

4 圖版修正法水露點測量技術(shù)推廣性評價

使用圖版修正法測量三甘醇脫水系統(tǒng)的水露點，前提條件是明確采用經(jīng)典圖版查圖獲得的平衡水露點與實際水露點之間存在著確定的偏差量。如果可以驗證在不同氣田的脫水系統(tǒng)中以上偏差量仍然為固定值，就可證明圖版修正法的測量方法具有普遍適用性。本研究選取南海某兩個氣田進行推廣驗證。

氣田1測試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為：測試壓力 7 250 kPa；測試溫度范圍 28～29 ℃；測試天然氣流量 560×104m3/d。

氣田2測試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為：測試壓力 8 900 kPa；測試溫度范圍 25～31 ℃；測試天然氣流量 190×104m3/d。

使用圖版修正法測量軟件，將偏差量設(shè)置為0，此時軟件計算值即為經(jīng)典圖版平衡水露點的精確查圖值，同時通過便攜式露點儀測量實際水露點。連續(xù)進行一周測試，測試數(shù)據(jù)如表5、表6所列。

對偏差量進行統(tǒng)計分析，氣田1偏差量方差為0.19 ℃2，氣田2偏差量方差為0.85 ℃2，說明偏差量集中分布在平均值附近，以平均值固化偏差量后，氣田1測量誤差為±1 ℃，氣田2測量誤差為±2 ℃。

根據(jù)對兩個氣田測試結(jié)果，在不同操作參數(shù)下，采用經(jīng)典圖版查圖獲得的平衡水露點與實際水露點之間的偏差量均為固定值，測量誤差均小于±2 ℃，說明圖版修正法水露點測量技術(shù)對于三甘醇脫水系統(tǒng)具有普遍適用性。

表5 氣田1水露點測試數(shù)據(jù)表℃序號平衡水露點實際水露點偏差量1-26.28-13.2513.032-26.50-13.9612.543-26.69-14.0212.674-28.78-14.8513.935-26.85-14.1312.726-26.07-13.1512.927-27.31-14.0513.26平均值-26.93-13.9213.01

表6 氣田2水露點測試數(shù)據(jù)表℃序號平衡水露點實際水露點偏差量1-31.57-16.8414.272-30.22-16.2114.423-28.21-12.0316.214-28.33-12.9115.535-27.49-13.8513.696-31.07-15.1215.977-28.80-13.0815.90平均值-29.38-14.2915.14

需要說明的是，對于不同的工藝系統(tǒng)使用圖版修正法進行測量，偏差量有所不同。原因為不同的裝置系統(tǒng)由于接觸塔設(shè)備部件安裝質(zhì)量不同，脫水系統(tǒng)運行效率不同等因素導致在接觸塔內(nèi)三甘醇與天然氣接觸傳質(zhì)程度不同。對同一系統(tǒng)隨著服役時間的增加，脫水系統(tǒng)運行效率下降，偏差量也將同步增加。因此，從長期使用來看，偏差量為動態(tài)變化值，需使用者根據(jù)系統(tǒng)效率及時測試更新。

5 結(jié)論

通過對圖版修正法水露點測量方法的測試，得到以下結(jié)論。

(1) 對于三甘醇脫水系統(tǒng)，使用圖版修正法對水露點進行測量，測量誤差小于±2 ℃，滿足氣田日常檢測需求，可在氣田廣泛推廣。

(2) 使用圖版修正法對水露點進行測量，需要根據(jù)特定系統(tǒng)，通過試驗測試確定偏差量，偏差量一般為5～15 ℃。如果系統(tǒng)運行效率變化，為確保圖版修正法測量結(jié)果準確，需要同步調(diào)整偏差量。