氣田節(jié)氣技術(shù)實(shí)踐

單華 李云鵬 李美鑫 王倩倩 劉宇軒 李思

（塔里木油田公司迪那油氣開發(fā)部）

天然氣作為清潔能源，近年來發(fā)展很快，在能源消耗的占有比例上也越來越高。在氣田生產(chǎn)過程中，必然會自耗部分天然氣，只不過各氣田之間消耗的程度不同。迪那氣田投產(chǎn)以來就把自用氣的消耗量作為精細(xì)管理的目標(biāo)之一進(jìn)行控制，在參數(shù)控制、井口不放噴投產(chǎn)、閃蒸氣回收利用、密閉灌泵、火炬損耗氣消耗等方面進(jìn)行了技術(shù)分析并應(yīng)用于實(shí)際，年節(jié)約天然氣損耗氣305×104m3/a。

1 氣田處理工藝及主要消耗氣

來自氣井井底的原料氣進(jìn)入油氣處理廠后，一般要脫水以滿足水露點(diǎn)的要求，同時(shí)回收部分重?zé)N組分，滿足烴露點(diǎn)的要求，以防在長輸管線中析出液態(tài)水和重?zé)N，影響管輸效率。重?zé)N成分經(jīng)過分餾穩(wěn)定或輕烴回收裝置處理后單獨(dú)外賣，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。脫水一般采用分子篩脫水或三甘醇脫水工藝。如果井口有較高的壓力可以利用，也可采用低溫工藝將水和重?zé)N同時(shí)脫除。迪那氣田由于井口有較高的壓力利用，采用J-T 閥節(jié)流膨脹制冷進(jìn)行脫水脫烴[1]。在對天然氣進(jìn)行脫水脫烴的過程中，需要消耗部分天然氣。這些消耗包括：單井放噴損耗、供熱系統(tǒng)消耗、火炬速度封、長明燈損耗、檢修放空損耗、閃蒸汽放空損耗、裝置泄漏損耗。

2 氣田節(jié)氣措施

2.1 縮短單井放噴時(shí)間，減少放空氣損耗

氣井投產(chǎn)之前，須進(jìn)行放噴，再進(jìn)生產(chǎn)流程。放噴的目的：一是攜帶井底雜質(zhì)如鉆井液、泥沙等以防止對油嘴、管線沖蝕；二是提升溫度，防止油嘴節(jié)流降溫導(dǎo)致管線凍堵。迪那氣田投產(chǎn)時(shí)先放噴將油溫升到40 ℃以上再進(jìn)生產(chǎn)流程。要將油溫提高至40 ℃需要放噴1 h。這段時(shí)間產(chǎn)生天然氣只能燒掉，浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。2011 年，作業(yè)區(qū)和設(shè)計(jì)院采用HYSYS 軟件進(jìn)行模擬并與現(xiàn)場實(shí)際相結(jié)合，得出單井油溫升至25 ℃左右，就完全具備單井投產(chǎn)要求[2-3]。

油溫提高至25 ℃最多需要15 min，與原設(shè)計(jì)相比，每口井減少放噴時(shí)間45 min。通過使用超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，單井平均放噴量為4×104m3/h，故每口井放噴時(shí)間節(jié)約后，每次開井可減少放噴量為3×104m3。每年檢修有24 口井次要放噴，因此放噴時(shí)間縮短后年減少放噴天然氣量72×104m3/a。氣田核實(shí)氣油比為12 221，年減少放噴凝析油量60.1 t。

由于水合物形成有一定的時(shí)間，且即使有水合物形成，如果時(shí)間不長，不足以導(dǎo)致堵塞，也會被高速氣流帶走，因此，對于短期關(guān)井，將干線的高壓天然氣反輸至井口，減少油嘴節(jié)流壓差，可大大提高節(jié)流溫度。經(jīng)計(jì)算，油嘴后壓力為12 MPa、6 MPa 和空管時(shí)節(jié)流溫度分別為22.88 ℃、0.71 ℃、-39.61 ℃。因此當(dāng)反輸氣壓力達(dá)到12 MPa時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不放噴開井，減少資源浪費(fèi)。

2.2 優(yōu)化工藝參數(shù)，減少供熱系統(tǒng)燃料氣消耗

供熱系統(tǒng)給油氣處理廠提供熱源，也是耗氣大戶。凝析油穩(wěn)定、輕烴回收以及乙二醇再生系統(tǒng)或三甘醇再生系統(tǒng)都需要有熱源供應(yīng)，對系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以大大降低熱源要求，而油氣處理廠的熱源是通過導(dǎo)熱油爐燃料天然氣得到，因此優(yōu)化裝置運(yùn)行參數(shù)即可減少天然氣消耗。迪那氣田在實(shí)際運(yùn)行過程中，以設(shè)計(jì)院提出的參數(shù)為基礎(chǔ)，不斷優(yōu)化和調(diào)整工藝參數(shù)[4-7]，優(yōu)化前后參數(shù)見表1。

表1 優(yōu)化前后參數(shù)

對于塔的運(yùn)行，塔底溫度和塔頂壓力是二個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)，適當(dāng)?shù)慕档退攭毫Γ憧山档退诇囟?。降低塔底溫度意味著需要的熱?fù)荷減少。從表1 可以看出，當(dāng)降低四個(gè)塔的溫度后，與設(shè)計(jì)能耗相比，實(shí)際運(yùn)行能耗均有所下降。經(jīng)核算，導(dǎo)熱油負(fù)荷降低20%，燃料氣消耗由3×104m3/d 降低至2.4×104m3/d ，全年節(jié)約燃料氣198×104m3/a。

2.3 回收閃蒸汽，減少放空氣損耗

油氣處理廠在對進(jìn)廠原料氣進(jìn)行處理過程中，容器閃蒸出來的天然氣，要么作為燃料氣使用，要么放空，或者進(jìn)壓縮機(jī)壓縮后回收利用。當(dāng)作為燃料氣使用時(shí)，由于其水露點(diǎn)高，往往會導(dǎo)致節(jié)流過程中凍堵，影響工藝運(yùn)行，而放空又會造成能源損失。如果處理廠有壓縮機(jī)，將油氣處理過程中的閃蒸氣通過壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮后回收利用，處理效果更好。

2.3.1 回收乙二醇富液三相分離器閃蒸氣

乙二醇富液三相分離器閃蒸出來的不凝氣原設(shè)計(jì)進(jìn)入放空系統(tǒng)燃燒，經(jīng)過研究，乙二醇富液三相分離器閃蒸出來的不凝氣壓力為0.25 MPa，根據(jù)壓力等級可以進(jìn)入增壓站穩(wěn)壓機(jī)一級入口進(jìn)行回收?，F(xiàn)場新增一條DN50 的碳鋼管線，與穩(wěn)定氣去穩(wěn)壓機(jī)一級入口的管線相連，實(shí)現(xiàn)放空氣回收。

改造后，穩(wěn)壓機(jī)的補(bǔ)壓閥開度由原先的50%減少到40%?，F(xiàn)場采用外加超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，每天可回收天然氣200 m3， 年節(jié)約天然氣量6.6×104m3。

2.3.2 回收事故油罐閃蒸氣

同樣，凝析油事故油罐是經(jīng)過燃料氣補(bǔ)壓將罐內(nèi)液體壓至系統(tǒng)回?zé)挘看窝a(bǔ)壓消耗燃料氣約400 m3，壓液完成后全部放空。經(jīng)分析研究后，新增一條去穩(wěn)定氣分液罐進(jìn)入穩(wěn)壓機(jī)進(jìn)行回收，節(jié)約能源并降低排放。每月壓液二次，每月可回收燃料氣800 m3，年節(jié)約9 600 m3。

2.4 實(shí)施密閉灌泵，減少放空損耗

迪那油氣處理廠日產(chǎn)液化氣130 t 左右，利用球罐儲存，然后啟泵外輸至牙哈裝車站。離心泵啟運(yùn)前必須灌泵，灌泵后的大量液化氣放空至火炬燃燒。經(jīng)過分析，輕烴回收裝置區(qū)來的液化氣壓力為1.15 MPa，可將此高壓高溫液化氣引入液化氣外輸泵的出口，從出口再經(jīng)過泵反向流入入口，再回流至儲罐內(nèi)，完全可以達(dá)到密閉灌泵的目的，同樣，輕烴回收裝置的液化氣回流泵也按此設(shè)計(jì)進(jìn)行密閉灌泵改造[8]。液化氣外輸泵反向灌泵管線見圖1，液化氣回流泵反向灌泵管線見圖2。

圖1 液化氣外輸泵反向灌泵管線

圖2 液化氣回流泵反向灌泵管線

使用超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，灌泵時(shí)間10 min，放空液化氣約0.45 t。

1） 液化氣外輸泵需要每三天啟動1 次，每年啟泵120 次，改造后可節(jié)約液化氣54 t。

2） 輕烴裝置每年裝置切換4 次，液化氣回流泵啟動4 次，改造后每年可節(jié)約液化氣1.8 t。

3） 根據(jù)裝置運(yùn)行要求，需要對液化氣外輸泵、液化氣回流泵每月切換1 次，備用泵放空，四臺泵共放空24次，灌泵24次，每次灌泵節(jié)約0.45 t/次，每次放空節(jié)約0.22 t/次，共節(jié)約液化氣16.08 t。

根據(jù)以上三項(xiàng)，計(jì)算年節(jié)約液化氣71.88 t，相當(dāng)于3.2×104m3。

2.5 減少火炬放空損耗

為保證裝置放空時(shí)的安全，火炬一般設(shè)計(jì)有長明燈，用于確保緊急放空時(shí)及時(shí)燃燒。為防止回火，還須設(shè)計(jì)有防回火裝置，分子封和速度封是常用兩種防止回火裝置。迪那油氣處理廠共有高、低火炬各一臺，燃料氣消耗為64 m3/h。

高、低壓火炬共設(shè)置有五個(gè)長明燈，由于迪那氣田處于山前地帶，風(fēng)比較頻繁猛烈，因此每支長明燈流量控制得比較大，燃料氣量約控制在10 m3/h。查閱標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，單支長明燈的燃料氣消耗不宜大于4 m3/h，根據(jù)此要求對長明燈的氣量時(shí)行進(jìn)行了調(diào)整，實(shí)際降為6 m3/h，調(diào)整后觀察火炬長明燈的燃燒情況，除大風(fēng)天氣吹熄個(gè)別長明燈外，絕大部分時(shí)間長明燈都能正常燃燒，因此維持每支長明燈6 m3/h 不變。與原先相比，共節(jié)約燃料氣20 m3/h，全年節(jié)約燃料氣16×104m3/a。

高低壓火炬都采用速度封防止回火，當(dāng)火炬處于待命或小流量運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，在速度密封器入口前端連續(xù)通入吹掃氣體（氮?dú)狻⑻烊粴猓?，通過減小局部流通面積及改變空氣滲入流向，防止空氣由火炬頭出口滲入，從而阻止回火或爆炸[9-10]。為防止回火，速度封要保證火炬出口的最小流速V大于或等于0.012 m/s。

高壓火炬為孔達(dá)音速火炬，進(jìn)氣口管徑為30 in，762 mm，高壓火炬速度封流量為19.69 m3/h，低壓火炬火炬頭直徑為DN200，低壓火炬速度封流量為1.36 m3/h，則總流量為21.05 m3/h

對于速度封的密封氣，可以采用燃料氣，也可以采用氮?dú)?。迪那氣田高壓火炬采用燃料氣作為速度封密封氣，而低壓火炬采氣氮?dú)?。?shí)際測試速度封密封氣的流量為33 m3/h，與計(jì)算值相比，有些偏大。調(diào)整流量至27 m3/h，節(jié)約燃料氣6 m3/h，年節(jié)約燃料氣5 m3。

由于高壓火炬采用孔板火炬頭，每個(gè)長明燈燃料氣的流量控制在1.4 m3/h 即可，因此還有調(diào)整的空間。另外，如果采用氮?dú)庾鳛樗俣确饷芊鈿?，?jié)約燃料氣更多，考慮到消耗空壓機(jī)和變壓吸附制氮裝置電能，經(jīng)計(jì)算，年約增加消耗電費(fèi)3.75×104kWh，與節(jié)約的燃料氣相比，花費(fèi)的成本更少。

2.6 減少裝置泄漏損耗

油氣處理廠的泄漏是不可避免，這不僅僅是因?yàn)殚y門的本身結(jié)構(gòu)不是保證零泄漏的，而且如果閥芯出現(xiàn)磨損、損壞，導(dǎo)致的泄漏會更大?，F(xiàn)有克拉的放空設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)閥本身有一定的泄漏量，在管線吹掃時(shí)閥芯又被沖蝕，投產(chǎn)時(shí)放空就比較大，浪費(fèi)了能源，同樣，牙哈氣田投產(chǎn)時(shí)有個(gè)別閥門泄漏嚴(yán)重，火炬也比較大。迪那氣田的放空設(shè)計(jì)，在調(diào)節(jié)閥前設(shè)置了切斷球閥。當(dāng)壓力達(dá)到7.4 MPa 時(shí)，球閥打開，壓力到7.5 MPa 時(shí)，調(diào)節(jié)閥打開，調(diào)節(jié)放空。正常情況下，球閥關(guān)閉，確保了關(guān)閉嚴(yán)密，泄漏量基本為零。

3 結(jié)論

迪那凝析氣田通過不斷實(shí)踐，采用多種可行措施，減少了天然氣的無效損耗，全年節(jié)約天然氣305×104m3。主要措施有：通過工藝計(jì)算和實(shí)踐縮短單井放空時(shí)間；優(yōu)化輕烴回收系統(tǒng)參數(shù)減少導(dǎo)熱油爐負(fù)荷；通過流程改造對閃蒸氣進(jìn)行回收；創(chuàng)新實(shí)踐液化氣外輸泵密閉灌泵方式，消除無效放空；減少火炬長明燈燃料氣消耗；優(yōu)化放空點(diǎn)閥門設(shè)計(jì)，杜絕泄漏。其他氣田可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工藝結(jié)合迪那凝析氣田節(jié)氣措施采取不同形式的節(jié)氣方案。