澀北氣田地面工藝技術優(yōu)化

摘 要

摘要：澀北氣田的地面工藝技術起步于其他油氣田的成功經(jīng)驗，隨著年產(chǎn)氣量的不斷增長，澀北氣田迫切需要一套適合自身發(fā)展特點的地面工藝技術。為此，對澀北氣田現(xiàn)有的兩套地面工藝技
摘要：澀北氣田的地面工藝技術起步于其他油氣田的成功經(jīng)驗，隨著年產(chǎn)氣量的不斷增長，澀北氣田迫切需要一套適合自身發(fā)展特點的地面工藝技術。為此，對澀北氣田現(xiàn)有的兩套地面工藝技術進行了比較分析，優(yōu)選出了常溫分離工藝技術，并對其工藝、流程進行了優(yōu)化：井口安裝保護器，站內(nèi)一次節(jié)流，分離器自動排污，加熱爐自動點火，總站集中脫水。優(yōu)化后的常溫分離工藝技術適合該氣田的開發(fā)需要，為中國石油天然氣股份有限公司在青海油田建設“非酸性氣田示范場站”項目提供了理論和實踐依據(jù)。
關鍵詞：澀北氣田；疏松砂巖；常溫分離；井口保護器；排污；非酸性氣田；示范場站；優(yōu)化設計
1 澀北氣田基本情況
1.1 氣田地理位置
    澀北氣田地處柴達木盆地東部澀聶湖畔，面積為(5～7)×104km2，距青海省格爾木市236km，平均海拔2750m，地理環(huán)境為瀚海戈壁、鹽堿沼澤，常年干旱缺氧，寸草不生，無社會依托和淡水資源。
1.2 氣田地質(zhì)特征
    澀北氣田儲層為疏松砂巖，孔隙度為26.8%～31.3%，平均為29.6%，滲透率為2.0×10-3～1223.3×10-3μm2，易出砂，砂粒徑為0.01～0.06mm。
2 地面工藝技術評價
    澀北氣田目前有兩種地面集氣工藝技術：低溫分離工藝技術和常溫分離工藝技術。
2.1 低溫分離工藝技術
    低溫分離工藝流程是指：天然氣從井口出來后，不經(jīng)過節(jié)流，由集氣站至氣井井口的甲醇管線進行井口注醇防凍[1]，然后高壓集輸至站內(nèi)，進行一級節(jié)流，再通過立式重力分離器進行氣液固三相分離[2]，混合集中加熱，通過二級節(jié)流角閥進行外輸壓力調(diào)節(jié)，最后計量外輸。
2.2 常溫分離工藝技術
    常溫分離工藝流程是指：天然氣從井口出來以后，不經(jīng)過節(jié)流直接高壓集輸至站內(nèi)，利用多井式天然氣加熱爐進行單井加熱、一級節(jié)流，再通過分離器進行氣、液、固三相分離，最后計量外輸。
2.3 地面工藝技術評價
    以澀北氣田新2號站為例，對各單井常溫、低溫分離技術的工藝參數(shù)分別進行計算，結果見表1。
    對兩種地面工藝技術進行經(jīng)濟分析比較，結果見表2。
    通過上述比較可知，常溫分離工藝技術相比低溫分離工藝技術具有以下優(yōu)點：
1) 省去了氣井到集氣站間的甲醇管線，減少了材料及施工費用。
    2) 省去了注醇泵和甲醇罐的使用，減少了設備采購、安裝費用及輔助設施的建設費用。
    3) 減輕了操作工人的勞動強度。
    4) 將氣液固三相分離天然氣溫度控制在零度以上，杜絕了一級節(jié)流后產(chǎn)生冰堵的現(xiàn)象[3]。
    5) 消除了毒性極強的工業(yè)化工原料——甲醇對人體、自然環(huán)境的危害。
    6) 由混合集中加熱變成了多井單獨加熱。
因此，澀北氣田開發(fā)宜選用常溫分離工藝技術。
表1 新2號站常溫、低溫分離工藝參數(shù)對照表
井號
單井產(chǎn)量(104m3/d)
進站壓力(MPa)
節(jié)流后壓力(MPa)
進站溫度(℃)
節(jié)流后溫度降(℃)
節(jié)流后水合物形成溫度(℃)
出站溫度(℃)
常溫分離
低溫分離
一次加熱后溫度/溫升
加熱所需總熱負荷(kW)
低溫分離所需的注醇量(kg/d)
低溫分離后的溫度(℃)
低溫分離后加熱所需熱負荷(kW)
新澀試2井
87901
14.8
5
27
23
5.1
30
75/4852
76
71
-16
74
新澀試3井
63050
11.6
5
22
21
5.1
30
68/45
52
49
-11
47
澀試4井
88217
11.4
5
23
19
5.1
30
67/44
70
61
-20
80
澀3-1井
45882
9.3
5
5
28
5.1
30
58/53
44
41
-11
35
澀3-3井
86496
8.8
5
20
13
5.1
30
58/38
59
45
-5
55
澀3-4井
87947
12.2
5
23
20
5.1
30
68/45
71
63
-11
63
澀3-5井
82829
12.2
5
13
30
5.1
30
68/55
82
76
-21
77
澀3-7井
64336
11.0
5
10
29
5.1
30
65/54
62
61
-22
61
澀3-8井
70150
11.4
5
23
19
5.1
30
67/44
55
48
-9
50
澀3-11井
57260
9.2
5
3
30
5.1
30
58/55
57
53
-22
54
澀3-26井
8624
11.5
5
-8
51
5.1
30
68/76
11
25
-46
11
澀19井
20731
10.0
5
14
22
5.1
30
61/47
17
16
-15
16
澀22井
18792
6.8
5
11
13
5.1
30
49/38
13
10
-4
12
新澀4-3井
86470
14.4
5
26
23
5.1
30
74/48
75
69
-16
73
澀4-20井
37541
12.9
5
9
38
5.1
30
80/71
48
39
-28
40
表2 已建新2號站常溫、低溫分離工藝經(jīng)濟比較表
項目
設備數(shù)量
年運行費用
年總費用(萬元)
加熱爐(萬元/臺)
數(shù)量(臺)
注醇泵(萬元/臺)
數(shù)量(臺)
甲醇罐(萬元/臺)
數(shù)量(臺)
合計(萬元/年)
自耗氣(104m3)
注甲醇量(t)
年運行費用(萬元)
常溫分離工藝
16
4
/
/
/
/
64
72
/
32.4
38.8
低溫分離工藝
16
4
10
2
10
2
104
68
270
84.6
95
3 地面工藝技術優(yōu)化
3.1 井口安裝保護器
    井口安裝保護器，可對采氣樹、天然氣生產(chǎn)井起到保護作用，能夠快速發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。
3.2 分離器自動排污
    原集氣站分離器的排污是由集氣站操作工按時巡查，手動進行排污。隨著氣田產(chǎn)量的增加，氣井出水量也日益增加，分離器的排污次數(shù)增加，集氣站操作工的勞動強度也日益增加，特別是出水量大的生產(chǎn)井在單井計量時，排污次數(shù)更加頻繁。因此，在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)了兩個急需解決的問題：①由于出砂，分離器排污閥的更換次數(shù)日漸頻繁，生產(chǎn)運行成本急劇增加；②由于出水過多，分離器出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象的次數(shù)也有所增加，分離器內(nèi)污水隨著天然氣進入集氣干線和脫水總站，造成集氣干線運行效率降低，脫水總站分離器及三甘醇脫水裝置負荷增加。
    通過為期2a的試驗、分析，研發(fā)出電動角式排污閥，實現(xiàn)了分離器自動排污，并在澀北氣田新建集氣站大力推廣應用。
3.3 加熱爐自動點火
    集氣站加熱爐點火有兩種點火方式：
    1) 手動點火方式即操作工開啟/關閉加熱爐點火按鈕，加熱爐才能進行點火/熄火動作。
    2) 自動點火方式即加熱爐控制器通過安裝在加熱爐上的溫度傳感器取得加熱爐內(nèi)水浴溫度，并將此溫度與模塊內(nèi)設定的點火、熄火溫度進行比較，進而由控制器向加熱爐燃燒器發(fā)出點火、熄火指令，實現(xiàn)加熱爐自動點火、熄火。
    加熱爐自動點火裝置的投資比手動點火裝置投資每站多5萬元左右，但其能較好地降低工人勞動強度，安全性也大大優(yōu)于手動點火方式，因此在澀北氣田也得以推廣應用。
3.4 總站脫水區(qū)流程優(yōu)化
    常溫分離工藝流程有個弊?。禾烊粴?、液、固三相分離通常在25～35℃之間進行，導致分離后的濕天然氣飽和含水量增加，濕天然氣經(jīng)集氣站至脫水總站時，集氣管道沿程會產(chǎn)生溫降，這樣就存在天然氣在進入三甘醇脫水裝置前攜帶游離水的現(xiàn)象。另外隨著澀北氣田產(chǎn)量的不斷增長，采出天然氣含水量也日益增加，且目前澀北氣田各集氣站氣、液、固三相分離采用的為立式分離器，氣流在分離器內(nèi)部停留時間比較短，存在分離不徹底的現(xiàn)象。
    鑒于此，對脫水區(qū)流程進行了優(yōu)化。2004、2005年在新建集氣脫水站時，在集中脫水前加裝了臥式分離器，三甘醇脫水恢復正常，三甘醇的損耗量降低，外輸天然氣水露點達到了管輸要求[4]。
3.5 常溫分離工藝流程優(yōu)化
3.5.1 加熱爐區(qū)優(yōu)化
    在天然氣管線進加熱爐前，更換了原工藝流程安裝的控制閥門，改為安裝1對法蘭。
3.5.2 閥組間區(qū)優(yōu)化
    1) 放空系統(tǒng)由手動和自動放空系統(tǒng)并存優(yōu)化為只有手動放空系統(tǒng)。
    2) 單井計量匯管由2條優(yōu)化為1條。
    3) 采氣井進生產(chǎn)匯管由雙閥控制優(yōu)化為單閥控制。
    4) 改手動控制閥門為電動控制閥門。
    優(yōu)化后的效果：
    1) 實現(xiàn)倒井自動化控制。
    2) 減少工人的勞動強度。
    3) 減少投資。
    4) 減少可能出現(xiàn)的泄漏點。
3.5.3 分離器選型優(yōu)化
    重力分離器包括兩種：①立式；②臥式。其優(yōu)缺點比較如表3所示。
表3 立式、臥式重立分離器優(yōu)缺點比較表
分離器
適用場合
優(yōu)點
缺點
立式重力式分離器
主要用于氣流速度相對較大而液相相對較少，允許儲液時間較短的場合
空間大，占地面積小，高位架設方便
氣流與液相沉降方向相反，不利于分離，液面穩(wěn)定性較差
臥式重力式分離器
主要用于氣量相對較小而帶液量相對較大，要求儲液時間較長的場合
處理能力大，同等條件下，是立式分離器處理能力的4倍
安裝面積大，沉淀物清除不方便
因此，根據(jù)具體生產(chǎn)情況，計量分離器選為立式重力分離器，生產(chǎn)分離器選為臥式重力分離器以達到優(yōu)化目的：使?jié)裉烊粴獗M可能在集氣站得以徹底分離，避免天然氣中的游離水因分離時間不夠而被帶至集氣管線內(nèi)部，減少脫水總站分離器及三甘醇脫水裝置的運行負荷[5]。
4 結論
    目前我們已經(jīng)擁有了適合澀北氣田生產(chǎn)需要的地面工藝流程模式，并自主研發(fā)、擁有了多項技術專利，隨著生產(chǎn)難題的不斷解決，澀北氣田的地面工藝技術日益成熟，更加適合澀北氣田發(fā)展的需要，為中國石油天然氣股份有限公司在青海油田建設“非酸性氣田示范場站”打下了堅實的基礎。
參考文獻
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[2] 中國石油天然氣總公司勞資局.采氣工[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.
[3] 袁恩熙.工程流體力學[M].北京：石油工業(yè)出版社，1986.
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[5] 青海油田天然氣開發(fā)公司.澀北氣田開發(fā)可行性研究報告[R].[格爾木]：[出版者不詳]，2001.
 
(本文作者：成艷春1 許正祥2 許正合2 許常興1 1.中國石油青海油田公司油氣開發(fā)處；2.中國石油青海油田公司天然氣開發(fā)公司)