長慶氣區榆林氣田南區地下儲氣庫建設地面工藝

摘 要

摘要：為了滿足天然氣調峰、事故應急和戰略儲備的需要，中國石油天然氣股份有限公司擬在長慶氣區建設我國最大規模的地下儲氣庫(120×108m3)，包括靖邊氣田陜45井區和榆林氣
摘要：為了滿足天然氣調峰、事故應急和戰略儲備的需要，中國石油天然氣股份有限公司擬在長慶氣區建設我國最大規模的地下儲氣庫(120×108m3)，包括靖邊氣田陜45井區和榆林氣田南區等。為此，針對長慶氣區榆林氣田南區特點，提出了“分散增壓、井叢布置，雙向輸送、多級節流，中壓采氣，開工注醇，低溫分離，分散凈化、干氣輸送”的地下儲氣庫建設地面工藝，并提出2點建議：①在注氣過程中，壓縮機出口壓力隨地層壓力升高而升高，變化幅度很大，建議工藝設計要充分適應這種變化；②采出氣的壓力和組分在不斷變化，將對凈化工藝產生影響，建議進行分期建設，初期建設規模不宜過大，以提高凈化裝置的適應性。
關鍵詞：長慶氣田；地下儲氣庫；地面工藝；增壓；節流；注醇；低溫分離；凈化
    我國地下儲氣庫建設起步較晚，真正開始研究地下儲氣庫是在20世紀90年代初，目前正在使用中的地下儲氣庫只有大慶喇嘛甸地下儲氣庫和大張坨地下儲氣庫。喇嘛甸地下儲氣庫是2000年我國建成的第1座正規地下儲氣庫，之后為保證北京和天津兩大城市的季節性調峰需求，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氣庫，總的調峰氣量為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劃了總工作氣量為244×108m3的儲氣庫建設目標，要求立即啟動長慶氣區靖邊氣田陜45井區和榆林氣田南區等地下儲氣庫前期研究工作，長慶氣區總儲氣規模為120×108m3。為此，對長慶氣區榆林南區地下儲氣庫地面工藝進行了初步探討。
1 榆林南區地下儲氣庫建設地面工藝
1.1 地下儲氣庫總體工藝描述
經過多方案的比較和經濟技術的對比，長慶氣區榆林南區地下儲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
    對井口增壓、分散增壓、集中增壓和兩級增壓進行了分析對比，分散增壓工藝具有高壓管線數量少、便于注采管線合一設置、運行風險低、投資低等優點，故采用分散增壓工藝，將增壓站與集注站合建。
    注氣壓縮機選用往復式壓縮機。與離心式壓縮機相比，往復式壓縮機出口壓力高、壓比大，出口壓力、流量變化范圍大，其適應性、運行上的調配性都更能適應注氣壓縮機的操作工況條件，且往復式壓縮機在注氣效率、操作靈活性、能耗等方面也比離心式壓縮機具有更多的優勢。壓縮機驅動方式選用電機驅動，具有投資及運行費用低，單臺機組功率大，設備投資較低等優點。
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，僅需脫油脫水進行水烴露點控制。目前水烴露點控制工藝最成熟、應用最廣的是低溫分離工藝，即將天然氣冷凝至水烴露點以下某一溫度，得到一部分凝析水及富含較重烴類的液烴(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險，并且可以充分利用集注站的公用設施和輔助系統，降低投資。因此，采用分散凈化、干氣輸送工藝，分散設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，采用節流制冷低溫分離工藝；采氣后期，地層壓力不足以滿足節流制冷要求時，采用丙烷制冷，集注站外輸天然氣氣質滿足國家商品氣的要求。
1.4 天然氣水合物抑制工藝
    當濕天然氣壓力較高或溫度較低時，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，采用移動注醇車以節省投資；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、環境污染小、能耗小、運行費用低等優點。
1.5 多級節流工藝
    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、三級節流工藝。采氣初期，井口一級節流后壓力控制為14MPa，優點是只需在井口開工初期臨時注醇，一旦溫度場建立就可以不用注醇，減少注醇量；進站后經過第二級節流后，壓力降為9MPa，優點是水烴露點控制裝置運行壓力變化幅度小、設計壓力低，可以提高裝置的安全性和可靠性；第三級節流通過J-T閥節流后壓力降為5.8MPa，以獲得低溫，達到外輸的要求。采氣系統初期節點壓力示意圖見圖3。
 

采氣后期井口最低壓力為6.4MPa，集注站進站壓力為5.8MPa。采氣系統后期節點壓力示意圖見圖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，氣源來氣在集配氣總站根據集注站注氣能力進行分配和計量，通過注采干線進入集注站；采氣時，各集注站來凈化氣通過注采干線輸往集配氣總站匯集，經外輸管線統一外輸。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的管線。注氣時，集注站增壓后的天然氣經注采管線輸送至井口，經計量后注入地下儲氣庫；采氣時，天然氣經井口節流閥并計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、管線建設工程量少、建設周期短等優點。
1.6.3雙向節流工藝
    節流閥采用軸套式結構，可實現雙向流動和密封。采氣期節流時，通過活塞移動堵塞籠套上的通氣孔進行流量調節；反向輸送時，籠套上的通氣孔可全開實現通氣，壓力損失僅0.1MPa，也可實現0.3MPa的壓力調節。
1.6.4雙向計量工藝
    計量工藝采用靶式流量計，可以實現雙向連續計量。
    采用雙向集輸工藝，注采管線數量少，可以簡化流程，降低投資。
1.7 氣井進站工藝
    榆林南區地下儲氣庫注采井為水平井，采用1～5口單井和叢式井相結合的部署方案，地下儲氣庫氣井進站采取串接進站工藝，可以避免單井或2口井直接進站，減少管線數量、縮短施工周期和降低工程投資等優點。但為了控制管線壁厚不超過30mm，串接井數原則上不超過5口。氣井進站工藝示意圖如圖6。

2 結論與建議
    長慶氣區榆林南地下儲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、多級節流，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，建議在工藝設計中要充分考慮適應這種變化；采出氣的壓力和組分在不斷變化，將對凈化工藝產生影響。建議進行分期建設，初期建設規模不宜過大，以提高凈化裝置的適應性。
參考文獻
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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任公司)