長慶氣區(qū)榆林氣田南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝

摘 要

摘要：為了滿足天然氣調(diào)峰、事故應(yīng)急和戰(zhàn)略儲(chǔ)備的需要，中國石油天然氣股份有限公司擬在長慶氣區(qū)建設(shè)我國最大規(guī)模的地下儲(chǔ)氣庫(120×108m3)，包括靖邊氣田陜45井區(qū)和榆林氣
摘要：為了滿足天然氣調(diào)峰、事故應(yīng)急和戰(zhàn)略儲(chǔ)備的需要，中國石油天然氣股份有限公司擬在長慶氣區(qū)建設(shè)我國最大規(guī)模的地下儲(chǔ)氣庫(120×108m3)，包括靖邊氣田陜45井區(qū)和榆林氣田南區(qū)等。為此，針對(duì)長慶氣區(qū)榆林氣田南區(qū)特點(diǎn)，提出了“分散增壓、井叢布置，雙向輸送、多級(jí)節(jié)流，中壓采氣，開工注醇，低溫分離，分散凈化、干氣輸送”的地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝，并提出2點(diǎn)建議：①在注氣過程中，壓縮機(jī)出口壓力隨地層壓力升高而升高，變化幅度很大，建議工藝設(shè)計(jì)要充分適應(yīng)這種變化；②采出氣的壓力和組分在不斷變化，將對(duì)凈化工藝產(chǎn)生影響，建議進(jìn)行分期建設(shè)，初期建設(shè)規(guī)模不宜過大，以提高凈化裝置的適應(yīng)性。
關(guān)鍵詞：長慶氣田；地下儲(chǔ)氣庫；地面工藝；增壓；節(jié)流；注醇；低溫分離；凈化
    我國地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)起步較晚，真正開始研究地下儲(chǔ)氣庫是在20世紀(jì)90年代初，目前正在使用中的地下儲(chǔ)氣庫只有大慶喇嘛甸地下儲(chǔ)氣庫和大張坨地下儲(chǔ)氣庫。喇嘛甸地下儲(chǔ)氣庫是2000年我國建成的第1座正規(guī)地下儲(chǔ)氣庫，之后為保證北京和天津兩大城市的季節(jié)性調(diào)峰需求，在天津市附近的大港油田利用枯竭凝析氣藏建成了大張坨地下儲(chǔ)氣庫，總的調(diào)峰氣量為20×108m3左右[1～7]。2010年1月21日，中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃了總工作氣量為244×108m3的儲(chǔ)氣庫建設(shè)目標(biāo)，要求立即啟動(dòng)長慶氣區(qū)靖邊氣田陜45井區(qū)和榆林氣田南區(qū)等地下儲(chǔ)氣庫前期研究工作，長慶氣區(qū)總儲(chǔ)氣規(guī)模為120×108m3。為此，對(duì)長慶氣區(qū)榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫地面工藝進(jìn)行了初步探討。
1 榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)地面工藝
1.1 地下儲(chǔ)氣庫總體工藝描述
經(jīng)過多方案的比較和經(jīng)濟(jì)技術(shù)的對(duì)比，長慶氣區(qū)榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫初步擬采用的總體工藝如圖1所示。
 

1.2 注氣增壓工藝
    對(duì)井口增壓、分散增壓、集中增壓和兩級(jí)增壓進(jìn)行了分析對(duì)比，分散增壓工藝具有高壓管線數(shù)量少、便于注采管線合一設(shè)置、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)低、投資低等優(yōu)點(diǎn)，故采用分散增壓工藝，將增壓站與集注站合建。
    注氣壓縮機(jī)選用往復(fù)式壓縮機(jī)。與離心式壓縮機(jī)相比，往復(fù)式壓縮機(jī)出口壓力高、壓比大，出口壓力、流量變化范圍大，其適應(yīng)性、運(yùn)行上的調(diào)配性都更能適應(yīng)注氣壓縮機(jī)的操作工況條件，且往復(fù)式壓縮機(jī)在注氣效率、操作靈活性、能耗等方面也比離心式壓縮機(jī)具有更多的優(yōu)勢(shì)。壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有投資及運(yùn)行費(fèi)用低，單臺(tái)機(jī)組功率大，設(shè)備投資較低等優(yōu)點(diǎn)。
1.3 采出氣凈化工藝
    榆林氣田天然氣中不含H2S，且C02含量低，僅需脫油脫水進(jìn)行水烴露點(diǎn)控制。目前水烴露點(diǎn)控制工藝最成熟、應(yīng)用最廣的是低溫分離工藝，即將天然氣冷凝至水烴露點(diǎn)以下某一溫度，得到一部分凝析水及富含較重?zé)N類的液烴(天然氣凝液或凝析油等液體)，并在此溫度下使其與氣體分離[8～9]。
    與集中凈化工藝相比，分散凈化工藝可以降低管理難度和風(fēng)險(xiǎn)，并且可以充分利用集注站的公用設(shè)施和輔助系統(tǒng)，降低投資。因此，采用分散凈化、干氣輸送工藝，分散設(shè)置多座天然氣處理廠，與集注站合建，凈化工藝如圖2所示。
 

    采氣初期，利用地層壓力，采用節(jié)流制冷低溫分離工藝；采氣后期，地層壓力不足以滿足節(jié)流制冷要求時(shí)，采用丙烷制冷，集注站外輸天然氣氣質(zhì)滿足國家商品氣的要求。
1.4 天然氣水合物抑制工藝
    當(dāng)濕天然氣壓力較高或溫度較低時(shí)，都易形成天然氣水合物，必須加入天然氣水合物抑制劑。在開工初期，雖然井口溫度較高，但管線溫度場(chǎng)未建立，也有生成天然氣水合物的可能。采用注入甲醇不回收工藝，采用移動(dòng)注醇車以節(jié)省投資；在凈化工藝的低溫分離段，采用注入乙二醇并回收的工藝，與注甲醇工藝相比，具有占地面積小、投資低、環(huán)境污染小、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
1.5 多級(jí)節(jié)流工藝
    綜合考慮了控制采氣壓力、降低C02分壓、凈化工藝、天然氣水合物抑制工藝及外輸壓力的要求，采用中壓采氣、三級(jí)節(jié)流工藝。采氣初期，井口一級(jí)節(jié)流后壓力控制為14MPa，優(yōu)點(diǎn)是只需在井口開工初期臨時(shí)注醇，一旦溫度場(chǎng)建立就可以不用注醇，減少注醇量；進(jìn)站后經(jīng)過第二級(jí)節(jié)流后，壓力降為9MPa，優(yōu)點(diǎn)是水烴露點(diǎn)控制裝置運(yùn)行壓力變化幅度小、設(shè)計(jì)壓力低，可以提高裝置的安全性和可靠性；第三級(jí)節(jié)流通過J-T閥節(jié)流后壓力降為5.8MPa，以獲得低溫，達(dá)到外輸?shù)囊?。采氣系統(tǒng)初期節(jié)點(diǎn)壓力示意圖見圖3。
 

采氣后期井口最低壓力為6.4MPa，集注站進(jìn)站壓力為5.8MPa。采氣系統(tǒng)后期節(jié)點(diǎn)壓力示意圖見圖4。
1.6 雙向集輸工藝
1.6.1注采干線
    注采干線是由集配氣總站至各集注站間的輸氣干線(圖5)。注氣時(shí)，氣源來氣在集配氣總站根據(jù)集注站注氣能力進(jìn)行分配和計(jì)量，通過注采干線進(jìn)入集注站；采氣時(shí)，各集注站來凈化氣通過注采干線輸往集配氣總站匯集，經(jīng)外輸管線統(tǒng)一外輸。注采干線采用注采合一工藝，滿足雙向輸送。
 

1.6.2氣井注采管線
    氣井注采管線是由集注站至井場(chǎng)的管線。注氣時(shí)，集注站增壓后的天然氣經(jīng)注采管線輸送至井口，經(jīng)計(jì)量后注入地下儲(chǔ)氣庫；采氣時(shí)，天然氣經(jīng)井口節(jié)流閥并計(jì)量后通過氣井注采管線反向輸送至集注站。由于榆林氣田不含H2S，且CO2含量不高，不產(chǎn)水，注采管線可以采用一條管線，具有流程簡單、投資低、管線建設(shè)工程量少、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。
1.6.3雙向節(jié)流工藝
    節(jié)流閥采用軸套式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)和密封。采氣期節(jié)流時(shí)，通過活塞移動(dòng)堵塞籠套上的通氣孔進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；反向輸送時(shí)，籠套上的通氣孔可全開實(shí)現(xiàn)通氣，壓力損失僅0.1MPa，也可實(shí)現(xiàn)0.3MPa的壓力調(diào)節(jié)。
1.6.4雙向計(jì)量工藝
    計(jì)量工藝采用靶式流量計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)雙向連續(xù)計(jì)量。
    采用雙向集輸工藝，注采管線數(shù)量少，可以簡化流程，降低投資。
1.7 氣井進(jìn)站工藝
    榆林南區(qū)地下儲(chǔ)氣庫注采井為水平井，采用1～5口單井和叢式井相結(jié)合的部署方案，地下儲(chǔ)氣庫氣井進(jìn)站采取串接進(jìn)站工藝，可以避免單井或2口井直接進(jìn)站，減少管線數(shù)量、縮短施工周期和降低工程投資等優(yōu)點(diǎn)。但為了控制管線壁厚不超過30mm，串接井?dāng)?shù)原則上不超過5口。氣井進(jìn)站工藝示意圖如圖6。

2 結(jié)論與建議
    長慶氣區(qū)榆林南地下儲(chǔ)氣庫地面總體工藝可初步概括為“分散增壓、井叢布置，雙向輸送、多級(jí)節(jié)流，中壓采氣，開工注醇，低溫分離，分散凈化、干氣輸送”的總體工藝。
    在注氣過程中，壓縮機(jī)出口壓力隨地層壓力升高而升高，變化幅度很大，建議在工藝設(shè)計(jì)中要充分考慮適應(yīng)這種變化；采出氣的壓力和組分在不斷變化，將對(duì)凈化工藝產(chǎn)生影響。建議進(jìn)行分期建設(shè)，初期建設(shè)規(guī)模不宜過大，以提高凈化裝置的適應(yīng)性。
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(本文作者：劉子兵 張文超 林亮 薛崗 中國石油西安長慶科技工程有限責(zé)任公司)