凝析气田节气技术实践

单 华 刘轩宇 王倩倩 李云鹏 李美鑫

中国石油塔里木油田公司天然气事业部, 新疆 库尔勒 841000

0 前言

天然气作为清洁能源,近年来发展很快,在能源消耗的占有比例也越来越高[1-2]。在凝析气田生产过程中,必然会自耗部分天然气,只不过各凝析气田之间消耗的程度不同。迪那凝析气田投产以来，就把自用气的消耗量作为精细管理的目标之一进行控制,在参数控制、井口不放喷投产、闪蒸气回收利用、密闭灌泵、火炬损耗气消耗等方面进行了技术分析并应用于实际,年节约天然气损耗气305×104m3。

1 凝析气田处理工艺及主要损耗气1.1 凝析气田处理工艺

来自气井井底的原料气进入油气处理厂后,一般要脱水以满足水露点的要求,同时回收部分重烃组分,满足烃露点的要求,以防在长输管线中析出液态水和重烃,影响管输效率,同时,重烃成分经过分馏稳定或轻烃回收装置处理后单独外卖,获得较高的经济效益。脱水一般采用分子筛脱水或三甘醇脱水工艺。如果井口有较高的压力可以利用,也可采用低温工艺将水和重烃同时脱除。迪那凝析气田由于井口有较高的压力利用,采用J-T阀节流膨胀制冷进行脱水脱烃[3]。

1.2 主要损耗气

在对天然气进行脱水脱烃的过程中,需要消耗部分天然气。这些消耗包括[4-11]：单井放喷损耗，供热系统消耗，火炬速度封、长明灯损耗，检修放空损耗，闪蒸气放空损耗，装置泄漏损耗。

2 凝析气田节气措施

2.1 缩短单井放喷时间

气井投产之前须进行放喷,再进入生产流程。放喷的目的：携带井底杂质(如钻井液、泥沙等)防止对油嘴、管线冲蚀；提升温度防止油嘴节流降温导致管线冻堵。迪那凝析气田投产时，先放喷将油温升到40℃以上再进生产流程。要将油温提高至40℃需要放喷1 h，这段时间产生的天然气只能烧掉,浪费资源又污染环境。2011年,作业区和设计单位采用HYSYS软件进行模拟并与现场实际相结合,得出单井油温升至25℃左右,即具备单井投产要求[12]。

油温提高至25℃最多需要15 min,与原设计相比,每口井减少放喷时间45 min[13]。通过使用超声波流量计进行计量,单井平均放喷量为4×104m3/h,故每口井放喷时间缩短后,每次开井可减少放喷量3×104m3。每年检修需放喷24口井次,年减少放喷天然气量：24×3×104m3=72×104m3。凝析气田核实气油比为 12 221,年减少放喷凝析油量约60 t。

由于水合物形成有一定的时间,且即使有水合物形成,如果时间不长,不足以导致堵塞,也会被高速气流带走,因此,对于短期关井,将干线的高压天然气反输至井口,减少油嘴节流压差,可大大提高节流温度。经计算,当井口油温为40℃，压力20 MPa的情况下，油嘴后压力为12、6 MPa和空管时节流温度分别为22.88、0.71、-39.61℃。因此当反输气压力达到 12 MPa 时,可以实现不放喷开井,减少资源浪费。

2.2 优化工艺参数

供热系统给油气处理厂提供热源,也是耗气大户。凝析油稳定、轻烃回收以及乙二醇再生系统四塔工艺都需要热源供应,对这些系统的运行参数进行优化可以大大降低热源要求,而油气处理厂的热源是通过导热油炉燃料天然气得到,因此,优化装置运行参数即可减少天然气消耗。迪那凝析气田在实际运行过程中,以设计单位提出的参数为基础,不断优化和调整工艺参数,优化前后参数见表1[14]。

表1四塔优化前后参数

名称塔底温度/℃塔顶压力/MPa能耗/kW设计运行设计运行设计运行脱乙烷塔1181072.11.9247273046脱丁烷塔2151951.451.2830762590凝析油稳定塔135850.50.1816581037乙二醇再生塔140125107981378930总负荷----108397603

2.3 回收闪蒸气

油气处理厂在对进厂原料气进行处理过程中,容器闪蒸出来的天然气,要么作为燃料气使用,要么放空,或者进压缩机压缩后回收利用[15]。当作为燃料气使用时,由于其水露点高,往往会导致节流过程中冻堵,影响工艺运行,而放空又会造成能源损失。如果油气处理厂有压缩机,则将油气处理过程中的闪蒸气通过压缩机进行压缩后回收利用,不失为一个好的处理办法。

2.3.1 回收乙二醇富液三相分离器闪蒸气

乙二醇富液三相分离器闪蒸出来的不凝气原设计进入放空系统燃烧,既浪费能源,又污染环境。经过研究,乙二醇富液三相分离器闪蒸出来的不凝气压力为0.25 MPa,根据压力等级可以进入增压站稳压机一级入口进行回收。现场新增1条DN 50碳钢管线,接入稳压机一级入口,实现放空气回收。

2.3.2 回收事故油罐闪蒸气

同样,凝析油事故油罐是经过燃料气补压将罐内液体压至系统回炼,每次补压消耗燃料气约400 m3,压液完成后全部放空,既浪费资源又不利于环保,经分析研究后,新增1条去稳定气分液罐进入稳压机管线回收事故油罐闪蒸气,节约能源并降低排放。每月压液2次,每月可回收燃料气800 m3，年节约天然气9 600 m3。

2.4 实施密闭灌泵减少放空

迪那凝析气田油气处理厂日产液化气130 t左右,利用球罐储存,然后启泵外输至牙哈装车站。对于离心泵而言,启运前必须灌泵,灌泵后的大量液化气放空至火炬燃烧。不仅损失了液化气,还污染了环境。经过分析,轻烃回收装置区来的液化气压力为1.15 MPa,可将此高压高温液化气引入液化气外输泵的出口,从出口经过泵反向流入入口,再回流至储罐内,达到密闭灌泵的目的[16],见图1。同样轻烃回收装置的液化气回流泵也按此设计进行密闭灌泵改造,见图2。

图1 液化气外输泵反向灌泵管线

图2 液化气回流泵反向灌泵管线

使用超声波流量计进行计量,灌泵时间10 min,放空液化气约0.45 t。

1)液化气外输泵需要3 d启动1次,每年启泵120次,改造后可节约液化气54 t。

2)轻烃装置每年装置切换4次,液化气回流泵启动4次,改造后每年可节约液化气1.8 t。

3)根据装置运行要求,需要对液化气外输泵、液化气回流泵每月切换1次,备用泵放空,4台泵共放空24次,灌泵24次,每次灌泵节约液化气0.45 t,每次放空节约液化气0.22 t,改造后共节约液化气16.08 t。

综合以上三项,计算年节约液化气71.88 t(合天然气3.2×104m3)。

2.5 减少火炬放空损耗

为保证装置放空时的安全,火炬一般设计有长明灯,用于确保紧急放空时及时燃烧。同时,为防止回火,还须设计有防回火装置,分子封和速度封是常用两种防回火装置。迪那凝析气田油气处理厂有高、低火炬各1台,燃料气消耗为64 m3/h。

高、低压火炬共设置5个长明灯,由于迪那凝析气田油气处理厂处于山前地带,风频繁猛烈,因此每支长明灯流量比较大,燃料气量约控制在10 m3/h。查阅标准规范[17],单支长明灯的燃料气消耗不宜大于4 m3/h,根据此要求对长明灯的气量进行了调整,实际降为6 m3/h,调整后观察火炬长明灯的燃烧情况,除个别大风天气吹熄1～2支外,绝大部分时间长明灯都能正常燃烧,因此维持每支长明灯6 m3/h不变。与原设计相比,共节约燃料气20 m3/h,全年节约燃料气16×104m3。

迪那凝析气田油气处理厂高、低压火炬都采用速度封防止回火。当火炬处于待命或小流量运行状态时,在速度密封器入口前端连续通入吹扫气体(氮气或天然气),通过减小局部流通面积及改变空气渗入流向,防止空气由火炬头出口渗入,从而阻止回火或爆炸。速度封的原理,见图3。

图3 速度封的原理

按标准规范,为防止回火,速度封要保证火炬出口的最小流速V≥0.012 m/s。

迪那凝析气田油气处理厂高压火炬为孔达音速火炬,进气口管径为762 mm(30英寸),高压火炬速度封流量为:

=0.005 470 m3/s=19.69 m3/h

(1)

低压火炬火炬头直径为DN 200,低压火炬速度封流量为：

=0.000 376 8 m3/s=1.36 m3/h

(2)

则1套高压火炬+1套低压火炬速度封总流量为：

Q总≥19.69 + 1.36=21.05 m3/h

(3)

对于速度封密封气,可以采用燃料气,也可以采用氮气。迪那凝析气田油气处理厂高压火炬采用燃料气作为速度封密封气,而低压火炬采气氮气。实际测试速度封密封气的流量为33 m3/h,与计算值相比偏大。调整流量至 27 m3/h,节约燃料气6 m3/h,年节约燃料气5×104m3。

由于迪那凝析气田油气处理厂高压火炬采用孔板火炬头,根据设计文件和技术说明书,每个长明灯燃料气的流量控制在1.4 m3/h即可,因此还有调整空间。另外,如果采用氮气作为速度封密封气,节约燃料气更多,考虑到消耗空压机和变压吸附制氮装置电能,经计算,约增加耗电量3.75×104(kW·h)/a,与节约的燃料气成本相比,花费更少。

2.6 减少装置泄漏损耗

油气处理厂的泄漏是不可避免,这不仅仅是因为阀门的本身结构不保证零泄漏,还存在生产中阀芯出现磨损、损坏,会导致更大的泄漏[18-19]。特别是调节放空阀,图4～5是两种不同的放空设计流程。图4的放空设计是调节阀前后设手动关闭旋塞阀,旋塞阀常开,旋塞阀和放空阀本身有一定的泄漏量,且在管线吹扫时如果调节阀阀芯被冲蚀,致阀不能密封,投产时放空量就比较大,浪费能源。同样,也有其他气田投产时个别阀门泄漏严重,火炬燃烧量较大。图5的迪那凝析气田油气处理厂的放空设计是在调节阀前设置了连锁切断球阀。当压力达到7.4 MPa时,球阀打开,压力到7.5 MPa时,调节阀打开,调节放空。正常情况下,球阀关闭,确保关闭严密,泄漏量基本为零。

图4 仅有调节放空阀

图5 放空阀前有切断阀

3 结论

迪那凝析气田油气处理厂采用多种措施，减少了天然气损耗,全年节约燃料气305×104m3。其他凝析气田可根据实际运行工艺结合迪那凝析气田油气处理厂节气措施采取不同形式的节气方案。

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