張東平，周朝昕,王院生，張峰，曹洪貴，蘇紅江，付雪晨（.中國(guó)石油新疆油田分公司采氣一廠(chǎng)，新疆克拉瑪依84007；.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院，湖北武漢40074；.克拉瑪依三達(dá)新技術(shù)有限公司，新疆克拉瑪依84007）

克拉美麗氣田橇裝凝析油穩(wěn)定裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張東平1，周朝昕2,王院生2，張峰1，曹洪貴1，蘇紅江3，付雪晨3
（1.中國(guó)石油新疆油田分公司采氣一廠(chǎng)，新疆克拉瑪依834007；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074；3.克拉瑪依三達(dá)新技術(shù)有限公司，新疆克拉瑪依834007）

摘要：設(shè)計(jì)了一種不需要外加蒸汽熱源、冷源和儀表氣源的單井橇裝凝析油穩(wěn)定裝置?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，在塔底溫度100～110℃,塔頂壓力0.2～0.3MPa條件下，可以將克拉美麗凝析油37.8℃的飽和蒸汽壓穩(wěn)定地降到60KPa以下。該裝置具有可整體搬遷、安裝快速、操作簡(jiǎn)單、流量及溫度適用范圍廣等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：凝析油；穩(wěn)定輕烴；橇裝裝置

通訊聯(lián)系人：周朝昕（1967-），男，畢業(yè)于江漢石油學(xué)院（現(xiàn)長(zhǎng)江大學(xué)），副教授，研究方向：油田含油污水處理，15327198619，zhaoxinzhou@cug.edu.cn。

1　橇裝凝析油穩(wěn)定裝置設(shè)計(jì)背景

克拉美麗氣田位于新疆古爾班通古特沙漠腹部，自然條件十分惡劣。其中部分氣井存在井位分散、單井生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)周期短的特點(diǎn)。目前，克拉美麗氣田單井生產(chǎn)采用的工藝是：氣井產(chǎn)出高壓天然氣，進(jìn)過(guò)加熱爐橇兩級(jí)減壓，然后進(jìn)入低溫分離計(jì)量橇，分離出天然氣及凝析油，天然氣進(jìn)入管網(wǎng)輸送到天然氣站，而凝析油則進(jìn)入儲(chǔ)罐存放，定期用車(chē)輛外運(yùn)。這種單井生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的凝析油未經(jīng)過(guò)穩(wěn)定，富含輕烴（C1～C5），在儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程中，輕烴揮發(fā)造成油氣損失，不僅危害環(huán)境、浪費(fèi)能源，而且在運(yùn)輸過(guò)程中存在極大的安全隱患。只能采取少量摻入到穩(wěn)定凝析油中的方式進(jìn)行運(yùn)輸，但這種方式操作程序復(fù)雜，運(yùn)輸成本極高，尤其在氣溫高的夏季十分不安全?？死利愡吘壘尉畾饩纳a(chǎn)特點(diǎn)需要有一種方便簡(jiǎn)單的橇裝凝析油穩(wěn)定設(shè)備與之配套，在投產(chǎn)時(shí)能快速連接使用，將低溫分離器分離出的凝析油飽和蒸汽壓降低，使之能安全的儲(chǔ)存與運(yùn)輸。在氣井停產(chǎn)時(shí)，可以直接將橇拖運(yùn)到新的井場(chǎng)重復(fù)使用，滿(mǎn)足邊緣井、單井氣井生產(chǎn)基建時(shí)間緊、運(yùn)行周期短、投資省的需要。

2　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外氣田多采用建站的方式處理凝析油[1-5]，克拉美麗初期的凝析油穩(wěn)定也采取建站的方式進(jìn)行處理，但建站的方式存在兩方面的問(wèn)題：一方面，常規(guī)凝析油穩(wěn)定裝置多適合處理量大的場(chǎng)合，且工藝復(fù)雜，需要有熱源、冷源及儀表氣源相配套，導(dǎo)致建設(shè)成本高、建設(shè)周期長(zhǎng)、材料能源消耗大；另一方面，這種邊緣、單井氣井在投產(chǎn)后，由于產(chǎn)量遞減迅速，通常在運(yùn)行一段時(shí)間后就需要停產(chǎn)，建成站的設(shè)備難以拆遷，造成設(shè)備閑置及資金浪費(fèi)。蘇里格氣田[6]在國(guó)內(nèi)率先生產(chǎn)了一種橇裝凝析油穩(wěn)定裝置，將再沸器、穩(wěn)定塔、換熱器、工藝管道及閥門(mén)集中在橇上，解決了凝析油穩(wěn)定裝置橇裝化的問(wèn)題，但這種裝置需要有另外的蒸汽熱源、冷源、儀表風(fēng)等輔助系統(tǒng)配套，不適合克拉美麗這種邊遠(yuǎn)沙漠地區(qū)單井天然氣凝析油的穩(wěn)定場(chǎng)合。因此，工藝簡(jiǎn)化、系統(tǒng)集成、操作簡(jiǎn)便、可整體搬遷的橇裝凝析油穩(wěn)定裝置才是克拉美麗單井氣井凝析油穩(wěn)定的最好選擇。

3　橇裝凝析油穩(wěn)定裝置工藝參數(shù)要求

（1）凝析油液量：2～20m3/d；

（2）凝析油進(jìn)橇溫度：- 15～10℃；

（3）凝析油出橇溫度：35～65℃；

（4）穩(wěn)定凝析油指標(biāo)：37.8℃下飽和蒸氣壓小于60kPa；

（5）安裝方式：室外露天。

4　橇裝凝析油穩(wěn)定裝置研究

4.1裝置工藝流程

凝析油穩(wěn)定可以通過(guò)閃蒸分離法和分餾穩(wěn)定法實(shí)現(xiàn)。無(wú)論是負(fù)壓閃蒸或加熱閃蒸同屬一次平衡汽化過(guò)程，它不使未穩(wěn)定凝析油中的輕、重組分較徹底地分離，即閃蒸氣中含有C6以上的重組分。對(duì)輕組分含量較多的凝析油，若采用負(fù)壓閃蒸法，將使抽氣壓縮機(jī)的能耗增加，且難以達(dá)到穩(wěn)定要求。在工藝設(shè)備中增加抽真空的設(shè)備，也導(dǎo)致增加系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜程度。分餾穩(wěn)定法能較徹底地脫除未穩(wěn)定凝析油中的C1～C5組分，有較理想的分離效果和穩(wěn)定深度。但分餾穩(wěn)定法需把全部凝析油加熱至較高的溫度，所需的換熱設(shè)備較多，流程長(zhǎng)，動(dòng)力消耗大，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高。如采用正壓提餾法穩(wěn)定工藝則可降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。

為了適應(yīng)沙漠地區(qū)遠(yuǎn)離生活基地的邊緣、單井氣井惡劣的工作條件，橇裝凝析油穩(wěn)定裝置選用工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)部件少、維護(hù)工作量少的正壓提餾法穩(wěn)定工藝，裝置工藝流程見(jiàn)圖1。裝置的工作流程是：從低溫分離器過(guò)來(lái)的凝析油降壓到0.6MPa后，進(jìn)入橇裝凝析油穩(wěn)定裝置上的緩沖罐，緩沖罐頂分離出的少量不凝氣體，通過(guò)壓力自動(dòng)控制閥控制壓力后和精餾穩(wěn)定塔頂不凝氣混合進(jìn)入站內(nèi)燃料氣系統(tǒng)。未穩(wěn)定凝析油通過(guò)流量控制閥調(diào)節(jié)后，以恒定流量進(jìn)入換熱器與自動(dòng)控溫電加熱再沸器底部出液進(jìn)行熱交換，升溫至60～80℃后進(jìn)入精餾穩(wěn)定塔頂部。精餾穩(wěn)定塔底液流入電加熱再沸器加熱至100～120℃。從電加熱再沸器氣相出口經(jīng)精餾穩(wěn)定塔中部氣相入口進(jìn)入精餾穩(wěn)定塔，精餾穩(wěn)定塔頂壓力控制在0.2～0.4MPa。精餾穩(wěn)定塔頂不凝氣與緩沖罐頂不凝氣混合后進(jìn)入站內(nèi)燃料氣系統(tǒng)。精餾穩(wěn)定塔底穩(wěn)定后的凝析油從電加熱再沸器底部出口流出，進(jìn)入換熱器與從緩沖罐來(lái)液進(jìn)行熱交換，降溫到50℃以下，通過(guò)凝析油出橇管線(xiàn)進(jìn)入橇外換熱器與低溫天然氣換熱，進(jìn)一步降溫到40℃以下后，進(jìn)入凝析油儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。穩(wěn)定后，凝析油在37.8℃時(shí)飽和蒸汽壓小于60KPa。

圖1　氣田橇裝凝析油穩(wěn)定裝置工藝流程圖

4.2設(shè)備設(shè)計(jì)

緩沖罐：由于凝析油來(lái)自前段的低溫分離器，低溫分離器排液是間歇性排液，緩沖罐設(shè)計(jì)了較大的容量，能充分平衡來(lái)液的壓力與流量的波動(dòng)。緩沖罐設(shè)計(jì)工作壓力0.6MPa，容積3m3，在最大流量20m3/d時(shí)的停留時(shí)間T為3.6小時(shí)。

式中：T—停留時(shí)間，h；V—容積，單位m3；v—流量，單位m3/d。

穩(wěn)定塔：穩(wěn)定塔是凝析油的關(guān)鍵設(shè)備，其采用正壓提餾法工藝，內(nèi)部采用規(guī)整填料進(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)整填料的優(yōu)勢(shì)為流量適應(yīng)范圍廣，利于橇裝凝析油穩(wěn)定裝置在不同流量條件下都能穩(wěn)定運(yùn)行。

低溫凝析油從穩(wěn)定塔上部往下流，高溫蒸汽從塔釜往上升，上升的高溫氣相與向下流的低溫液相在凝析油穩(wěn)定塔填料層表面上分別向相反方向流動(dòng)并相互接觸，發(fā)生熱、質(zhì)同時(shí)交換，凝析油輕組分進(jìn)入氣相，降溫并上升到塔頂從塔頂排出，分離出輕組分穩(wěn)定后的凝析油溫度升高并從塔底排出，成為分離出輕烴的穩(wěn)定凝析油。

換熱器：穩(wěn)定塔操作時(shí)進(jìn)料溫度提高有利于塔的操作穩(wěn)定性及產(chǎn)品的質(zhì)量。為了節(jié)省橇的空間，設(shè)計(jì)了一臺(tái)板式換熱器，利用出塔穩(wěn)定熱液對(duì)進(jìn)塔的冷液進(jìn)行升溫，一方面可以提高進(jìn)塔冷液的溫度，減少對(duì)進(jìn)塔冷液進(jìn)行加熱的熱源與換熱器的需要；另一方面，降低穩(wěn)定凝析油的溫度，使凝析油出橇?xí)r溫度降低，有利于凝析油穩(wěn)定與減少蒸發(fā)損耗；同時(shí)，換熱器通過(guò)對(duì)出塔凝析油的換熱回收一部分熱能，減少設(shè)備總能量消耗；根據(jù)計(jì)算，并考慮到最大流量使用條件，選用換熱面積為4m2的板式換熱器。

式中：F—板式換熱器的理論換熱面積，m2；Qn—設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，kW；K—傳熱系數(shù)，W/m2·℃；△t—平均溫差，℃。

電加熱再沸器：現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有蒸汽熱源，為了解決凝析油的加熱問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一臺(tái)電加熱再沸器。由于電加熱的熱效率近似于1，因而可以這樣認(rèn)為：電加熱器的功率即為發(fā)熱量。電加熱器功率主要用于給凝析油升溫，凝析油進(jìn)、出穩(wěn)定橇的溫度差即為主要熱負(fù)荷，所以電加熱器功率P計(jì)可以用下面公式進(jìn)行計(jì)算,在選用電加熱器功率時(shí)乘1.2系數(shù)。

式中：P計(jì)—電加熱器計(jì)算功率，kW；q—凝析油流量，m3/h；ρ—凝析油密度，700 kg/m3；△t—溫度差，℃；C—20℃凝析油比熱2.49kJ/ (kg·℃)；Q散—設(shè)備散熱及塔頂氣相溢出所帶走的熱損失，kW。

橇裝移動(dòng)設(shè)備的特點(diǎn)是空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，為了減少設(shè)備空間，沒(méi)有采用導(dǎo)熱油換熱方式，而是設(shè)計(jì)了電加熱棒對(duì)凝析油直接加熱的方式。根據(jù)計(jì)算，并考慮留有足夠的余量以滿(mǎn)足流量波動(dòng)對(duì)溫度的影響，選用了功率為50kW的電加熱器。

儀表及自動(dòng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

緩沖罐及穩(wěn)定塔上設(shè)液位計(jì)，顯示液位并遠(yuǎn)傳液位信號(hào)到自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)液位在上下限之間運(yùn)行，不出現(xiàn)溢流及排空現(xiàn)象。

緩沖罐及穩(wěn)定塔頂部設(shè)立壓力顯示及壓力自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)顯示罐頂壓力并控制壓力在設(shè)定范圍內(nèi)。

緩沖罐及穩(wěn)定塔底部出口均設(shè)有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可以通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)開(kāi)度來(lái)控制流量大小，確保緩沖罐及穩(wěn)定塔內(nèi)液位穩(wěn)定，不出現(xiàn)溢流及排空現(xiàn)象。

4.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能

橇裝凝析油穩(wěn)定裝置緩沖罐的液位與來(lái)液流量和進(jìn)穩(wěn)定塔的流量密切相關(guān)，而緩沖罐和穩(wěn)定塔頂?shù)呐艢鈮毫εc整個(gè)流程的流量、壓力和溫度有著密切的關(guān)系，電加熱再沸器和換熱器的溫度又與進(jìn)、出穩(wěn)定塔凝析油溫度有著密切的關(guān)系。橇裝凝析油穩(wěn)定裝置控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)控制塔頂氣體壓力在給定值，同時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制凝析油的流量，來(lái)保證緩沖罐液位、穩(wěn)定塔液位的穩(wěn)定，調(diào)整電加熱器的電壓來(lái)控制電加熱再沸器的溫度和換熱器出口溫度。

4.4現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果

設(shè)備安裝在克拉美麗滴西12天然氣井進(jìn)行工業(yè)運(yùn)行，各種溫度、壓力參數(shù)下的運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，塔釜溫度為100～110℃，塔頂壓力0.2～0.3MPa時(shí)，37.8℃的飽和蒸汽壓小于60KPa，但塔釜溫度為100℃時(shí)更節(jié)能。雖然，如果穩(wěn)定塔頂壓力再降低，可以進(jìn)一步降低塔釜運(yùn)行溫度，更有利于節(jié)能及減少結(jié)垢隱患，但橇裝凝析油穩(wěn)定裝置出口到儲(chǔ)罐之間存在氣液換熱器、彎頭、閥門(mén)等管道阻力，實(shí)際運(yùn)行時(shí)0.2MPa的塔頂壓力是凝析油能輸送到儲(chǔ)罐的最小值。因此，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)采用的工藝參數(shù)為塔釜溫度100℃，塔頂壓力0.2MPa。

表1　現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果

一年的工業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明，橇裝凝析油穩(wěn)定裝置開(kāi)機(jī)后就可以按照設(shè)定的操作溫度及塔頂壓力參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，并且調(diào)整工藝參數(shù)也十分方便，只需在室內(nèi)遠(yuǎn)程控制器上進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)定就可完成，無(wú)需在室外設(shè)備上進(jìn)行任何閥門(mén)的手動(dòng)操作，方便設(shè)備在野外的運(yùn)行。由于：①?gòu)木彌_罐至穩(wěn)定塔之間有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可以將緩沖罐流向穩(wěn)定塔的凝析油流量穩(wěn)定在設(shè)定值；②電加熱器具有自動(dòng)控溫功能，能根據(jù)溫度傳感器設(shè)定值的差值自動(dòng)調(diào)整加熱器功率，保證再沸器液體溫度在設(shè)定值范圍±5℃內(nèi)恒定，所以低溫分離器間歇性自動(dòng)往緩沖罐排液所帶來(lái)的流量波動(dòng)對(duì)穩(wěn)定塔釜底液溫度影響較小，出橇凝析油飽和蒸汽在長(zhǎng)達(dá)一年的運(yùn)行過(guò)程中一直保持在60KPa以下，且十分穩(wěn)定，實(shí)際運(yùn)行每噸凝析油耗電約30kW·h，說(shuō)明其能耗較低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好。

5　結(jié)束語(yǔ)

橇裝凝析油穩(wěn)定裝置為克拉瑪依第一座單井橇裝凝析油穩(wěn)定裝置，設(shè)備于2012年建成，2013年投產(chǎn)，一年的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，橇裝凝析油穩(wěn)定裝置能將現(xiàn)場(chǎng)凝析油加工成穩(wěn)定的凝析油，滿(mǎn)足單井氣井凝析油安全儲(chǔ)存及運(yùn)輸要求，并且適應(yīng)范圍廣，工藝簡(jiǎn)單，整體移動(dòng)性好，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，野外安裝、施工周期短，且設(shè)備可以在單井開(kāi)采結(jié)束后整體拖運(yùn)到其它井場(chǎng)重復(fù)使用，節(jié)省設(shè)備投資。它的運(yùn)行成功將為克拉美麗邊緣井、單井生產(chǎn)提供一種簡(jiǎn)單、靈活、廉價(jià)的安全生產(chǎn)模式，對(duì)其它氣田也有借鑒意義。

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.01.017

中圖分類(lèi)號(hào)：TE88

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 553X（2015）01- 0062- 04

收稿日期：2014- 07- 03

作者簡(jiǎn)介：張東平（1965-），男，畢業(yè)于重慶石油學(xué)校，高級(jí)工程師，從事石油天然氣開(kāi)發(fā)管理工作，13999313986，zdongping@petrochina.com.cn；

Design and Application of the Skid-mounted Gas Condensate Stabilization Unit in Kelameili

ZHANG Dong-ping1，ZHOU Zhao-xin2，WANG Yuan-sheng2，ZHANG Feng1，CAO Hong-gui1，SU Hong-jiang3，F(xiàn)U Xue-chen3
（1. Gas Recovery Plant，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay834007，China; 2. College of Chemistry Material，China Universityof Geoscience（Wuhan），Wuhan 430074，China; 3. Karamay Sanda NewTechnology Co.，Ltd.，Karamay834007，China）

Abstract：Skid- mounted unit without steam heat and cold and instrument air for single well gas condensate stabilization was designed. Operated results showed that saturation vapor pressure of 37.8℃of Kelameili gas condensate could be dropped to less 60KPa while the bottom temperature was 100～110℃and the overhead pressure was 0.2～0.3MPa. The device characteristics are overall relocation，installation quick，simple operation，applicable toa wide range offlowand temperature.

Key words：gas condensate; stable light hydrocarbon; skid- mounted unit