王崇高 楊 松

(1.中原油田分公司投資發(fā)展處，河南濮陽(yáng)，457001；2.中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠，河南濮陽(yáng)，457001)

生產(chǎn)與應(yīng)用

邊緣油氣井撬裝化伴生氣處理技術(shù)研究與應(yīng)用

王崇高1楊 松2

(1.中原油田分公司投資發(fā)展處，河南濮陽(yáng)，457001；2.中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠，河南濮陽(yáng)，457001)

在我國(guó)各大油氣田中，受地理位置、地質(zhì)特點(diǎn)及工藝技術(shù)等條件的影響，少數(shù)邊緣油氣井不能納入油田集輸系統(tǒng)，導(dǎo)致邊緣油氣井得不到合理開(kāi)發(fā)。本文基于中原油田采油六廠邊緣油井伴生氣處理項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)伴生氣組成進(jìn)行分析化驗(yàn)，研究了一種邊緣井撬裝化伴生氣處理工藝，該工藝采用 “伴生氣處理+CNG”工藝，將伴生氣加工成液態(tài)輕烴、壓縮天然氣和天然氣外輸銷(xiāo)售。結(jié)果表明：輕烴回收率達(dá)到80%，液化氣回收率達(dá)99.58%，撬裝化設(shè)備具有靈活性大、占地面積小、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單美觀的特點(diǎn)。

邊緣油氣井 撬裝化 輕烴回收 壓縮天然氣

1 引言

邊緣油氣井位于油田邊緣區(qū)塊，一方面由于距離油田集輸管網(wǎng)遠(yuǎn)，且一般產(chǎn)量較低，受到工藝、地質(zhì)等條件限制，不能納入到油田集輸系統(tǒng)中，另一方面由于井口壓力低(一般<0.3MPa)，而集輸管網(wǎng)壓力高(一般>0.5MPa)，傳統(tǒng)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)正常的油氣集輸，原油采用罐車(chē)?yán)\(yùn)，而伴生氣則點(diǎn)火燃燒或直接排空[1]。伴生氣資源無(wú)法處理利用，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，根據(jù)邊遠(yuǎn)油井的特點(diǎn)，采用小型撬裝化工藝設(shè)備，充分挖掘、回收利用伴生氣資源，不僅能夠避免資源浪費(fèi)和燃燒氣體對(duì)大氣的污染，還能取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 邊緣油氣井伴生氣處理技術(shù)研究

小型撬裝化伴生氣處理裝置是將石油伴生或放空氣(大罐揮發(fā)氣、原油穩(wěn)定氣、分離緩沖罐氣或油井套管氣等)增壓、脫水、深冷分離后，生產(chǎn)液化石油氣、穩(wěn)定液態(tài)輕烴及干氣的工藝技術(shù)裝置，撬裝化CNG裝置是通過(guò)多級(jí)增壓生產(chǎn)壓縮天然氣，通過(guò)加氣柱對(duì)車(chē)載高壓儲(chǔ)氣瓶組儲(chǔ)存外運(yùn)銷(xiāo)售，二者配套產(chǎn)品更加多樣化。

2.1 輕烴回收工藝選擇

冷凝分離法是利用在一定壓力下天然氣中各組分的揮發(fā)度不同，將天然氣冷卻至露點(diǎn)溫度以下，得到一部分C3+(或C2+)的輕烴(NGL)，使其與甲烷、乙烷(或甲烷)分離的過(guò)程。冷凝分離法特點(diǎn)是在一定的壓力下需要向天然氣提供足夠的冷量，使其降溫。按提供冷量的制冷系統(tǒng)不同，冷凝分離法可分為冷劑制冷法、直接膨脹制冷法和聯(lián)合制冷法三種[2]。

天然氣主要組分參照表1所示，NGL回收工藝對(duì)比參照表2所示。

根據(jù)表2所示，膨脹制冷C3+回收率最低，冷劑+膨脹制冷工藝C3+回收率最高，但整體配套設(shè)備多，投資高，本次根據(jù)伴生氣處理C3+回收率和投資情況，選用制冷劑工藝，制冷劑選用價(jià)格較為便宜的氟利昂，可進(jìn)一步降低整體投資。

2.2 CNG生產(chǎn)脫水工藝選擇

根據(jù)《CNG母站及子站加氣用增壓壓縮機(jī)》(JB/T 11883-2014)規(guī)范5.1.3要求：“5.1.3進(jìn)入壓縮機(jī)的天然氣氣質(zhì)應(yīng)符合以下要求：a)不含游離水；b)硫化氫含量不大于15mg/m3；c)高位發(fā)熱量應(yīng)大于31.4MJ/m3；d)含塵量不大于5mg/m3，且顆粒直徑小于10um；e)總硫(以硫計(jì))含量不大于200 mg/ m3；f)二氧化碳含量不大于3.0%(體積分?jǐn)?shù))；g)氧氣含量不大于0.5%(體積分?jǐn)?shù))。”，故生產(chǎn)CNG必須將原料氣進(jìn)行脫水、脫硫天然氣凈化工藝。

表1 天然氣組成表

表2 NGL回收工藝比較與選擇

CNG站可采用兩種工藝流程方案，一種方案是：原料天然氣進(jìn)站后，先經(jīng)過(guò)濾、計(jì)量、調(diào)壓進(jìn)入緩沖罐，再進(jìn)入前置脫水裝置進(jìn)行深度脫水，使露點(diǎn)不高于-54℃(常壓下)，脫水后的天然氣進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)四級(jí)增壓，達(dá)到25 MPa后進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置或直接給車(chē)輛加氣。另一種方案是：原料天然氣進(jìn)站后，先經(jīng)過(guò)濾、計(jì)量、調(diào)壓進(jìn)入緩沖罐，再進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)四級(jí)增壓，達(dá)到25 MPa后進(jìn)入后置高壓脫水裝置進(jìn)行深度脫水，使露點(diǎn)不高于-54℃(常壓下)，脫水后的天然氣經(jīng)分配裝置進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置或直接給車(chē)輛加氣。[3]由于本次原料氣取自輕烴回收單元處理干氣，是經(jīng)過(guò)脫水、脫烴、增壓后滿(mǎn)足CNG生產(chǎn)條件，故選用第一種CNG生產(chǎn)方案。將供給周邊商用多余部分進(jìn)行CNG生產(chǎn)，避免干氣放空而造成的浪費(fèi)，同時(shí)開(kāi)辟一條天然氣銷(xiāo)售途徑，從經(jīng)濟(jì)和安全兩方面分析是十分必要的。

3 采油六廠伴生氣處理及CNG技術(shù)

采油六廠橋口聯(lián)合站、馬廠聯(lián)合站站內(nèi)采用撬裝伴生氣處理裝置，工藝選用進(jìn)站增壓分離、4A分子篩脫水(加熱爐加熱再生)、三級(jí)氟利昂制冷低溫分離、壓縮機(jī)增壓外輸、高壓壓縮機(jī)CNG生產(chǎn)工藝，整套撬裝分為分子篩脫水撬、氟利昂制冷橇、壓縮機(jī)橇、加氣柱橇四部分，主要工藝單位分為伴生氣預(yù)處理、低溫分離、輕烴儲(chǔ)存于外輸單元、CNG生產(chǎn)四個(gè)部分。

3.1 伴生氣預(yù)處理單元

上游伴生氣經(jīng)分離器分離除去部分游離水，再經(jīng)原料氣增壓機(jī)組增壓處理，增壓至1.5MPa(G)后進(jìn)入三相分離器脫出一部分水和重組分，后進(jìn)入分子篩精脫水，分子篩精脫水采用目前技術(shù)成熟的4A分子篩，脫水后天然氣露點(diǎn)-70℃，分子篩干燥器再生氣來(lái)自出口的冷箱出口的干氣，采用再生氣加熱方式，加熱至240℃左右，進(jìn)入干燥器，氣體出干燥器后回收。干燥器切換周期為8小時(shí)。預(yù)處理完畢后為低溫液化做準(zhǔn)備。

3.2 低溫分離單元

干燥伴生氣采用三級(jí)冷箱制冷，盡可能最大程度回收輕烴。制冷系統(tǒng)采取氟利昂制冷撬塊，同時(shí)一級(jí)冷箱作為冷量回收，避免冷量的浪費(fèi)，冷卻后的伴生氣通過(guò)低溫分離器分離，干氣增壓外輸，液態(tài)輕烴進(jìn)入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。

氟利昂制冷橇中氣相從壓縮機(jī)出口壓力為1.4MPa，溫度約75℃，經(jīng)空冷器冷卻后，溫度為40℃，氣相全部轉(zhuǎn)化為液體，進(jìn)入氟利昂儲(chǔ)罐，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至0.3 MPa，此時(shí)丙烷溫度為-43.5℃，氣相約占50%，混合物進(jìn)入二級(jí)冷箱后遇高溫天然氣液相揮發(fā)為氣相，通過(guò)相變熱將天然氣降至-10℃，二級(jí)冷箱出口的氣相氟利昂經(jīng)緩沖罐送至壓縮機(jī)入口，形成制冷循環(huán)。

3.3 輕烴儲(chǔ)存于外輸單元

液態(tài)輕烴通過(guò)管輸至輕烴儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐也撬裝化制造，將2個(gè)50m3儲(chǔ)罐作為一個(gè)撬，輕烴儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)品通過(guò)輕烴裝車(chē)泵裝車(chē)外輸，儲(chǔ)罐設(shè)置氣相平衡管，利用裝車(chē)同時(shí)也避免了氣態(tài)烴類(lèi)的浪費(fèi)。

工藝流程參照?qǐng)D1：伴生氣處理部分工藝流程示意圖。

3.4 CNG生產(chǎn)單元

一部分干氣經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入CNG壓縮機(jī)橇進(jìn)行增壓至25MPa(G)，增壓后的CNG進(jìn)入加氣柱，使用加氣柱對(duì)槽車(chē)灌裝后，外輸銷(xiāo)售，原設(shè)計(jì)計(jì)量、外輸工藝流程保持不變。生產(chǎn)工藝主要是：輕烴回收單元脫水裝置來(lái)氣(0.2MPag)→計(jì)量→緩沖罐→壓縮機(jī)(25MPag) →加氣柱→CNG槽車(chē)→外運(yùn)銷(xiāo)售工藝流程參照?qǐng)D2：CNG工藝流程示意圖。

1-原料氣分離器；2、5-壓縮機(jī)；3、7-分離器；4-分子篩脫水塔；6-空冷器；8-氟利昂緩沖罐；9、10、11-冷箱；12-低溫分離器；13-液態(tài)烴儲(chǔ)罐； 14-產(chǎn)品外輸泵圖1 伴生氣處理部分工藝流程

圖2 CNG工藝流程示意圖

4 技術(shù)特點(diǎn)

設(shè)計(jì)采用三維可視化PD-SOFT軟件，將工藝裝置成撬設(shè)計(jì)并制造成一個(gè)或幾個(gè)7×2.3m大小的撬體。采用該裝置的邊緣油氣井伴生氣處理項(xiàng)目，可大大節(jié)省工藝裝置占地并節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工周期，同時(shí)裝置的制造及工程質(zhì)量也相比場(chǎng)地化施工提高很多。裝置設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的DCS或PLC進(jìn)行控制，確保裝置平穩(wěn)運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

(1)撬裝伴生氣處理裝置處理的伴生氣規(guī)模為1.0～10×104m3/d,投資回收期1～2年。

(2)液化氣回收率達(dá)99.58%。

(3)制冷溫度低，液烴回收率為80%，對(duì)氣源條件變化適應(yīng)性強(qiáng)，CNG壓力為25MPa(G)。

(4)撬裝化裝置的制造技術(shù)及質(zhì)量比傳統(tǒng)場(chǎng)站化施工的固定裝置有很大提升，施工周期比傳統(tǒng)工藝節(jié)省40天以上，可為用戶(hù)節(jié)約15%的投資成本。

6 應(yīng)用范圍與效果

小型撬裝伴生氣處理工藝技術(shù)及裝置可廣泛應(yīng)合于油田聯(lián)合站、接轉(zhuǎn)站及放空火炬氣回收等場(chǎng)合。該裝置能提高伴生氣綜合利用能力，提高資源利用率；有效地減少CH4和CO2等溫室氣體造成的大氣污染。在取得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還極大地改善了油氣生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)環(huán)境，減少安全隱患的發(fā)生，同時(shí)節(jié)省占地、節(jié)省施工周期。2015年中原油田采油六廠橋口聯(lián)合站、馬長(zhǎng)聯(lián)合站各上一套規(guī)模2×104m3/d“伴生氣處理+CNG”撬裝化設(shè)備，至今裝置運(yùn)行良好，日產(chǎn)出液態(tài)輕烴12m3，創(chuàng)造相對(duì)較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

7 結(jié)論

伴生氣處理撬裝設(shè)備應(yīng)用廣泛，特別適用于邊遠(yuǎn)油井伴生氣處理與銷(xiāo)售，解決了邊緣區(qū)塊伴生氣不能實(shí)現(xiàn)集輸而導(dǎo)致放空或焚燒資源浪費(fèi)問(wèn)題，伴生氣處理撬裝配套CNG生產(chǎn)撬可進(jìn)一步擴(kuò)寬邊緣油井伴生氣銷(xiāo)售途徑。邊緣油井伴生氣處理采用撬裝模塊化設(shè)計(jì)，靈活能動(dòng)性強(qiáng)，投資成本低，項(xiàng)目回本快，更適用于邊緣油氣井的開(kāi)發(fā)。

[1] 劉德?tīng)N,史睿華,李華.邊緣井天然氣回收技術(shù)研究及應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工,2011,(5):85-86.

[2] 徐文淵,蔣長(zhǎng)安.天然氣利用手冊(cè)[M].北京:中國(guó)石化出版社,2006.

[3] 郭忠明,隆麗紅.壓縮天然氣(CNG)]加氣母站的工藝設(shè)計(jì)方案[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2007,(5):40-42.

Skid-mounted Package Natural Gas Processing Technology Research and Application of Flank Well

WangChonggao1,YangSong2

(1.InvestmentDevelopmentOfficeofZhongyuanOilfieldBranch,Puyang457001,Henan,China;2.NaturalGasProductionandMarketingPlant,ZhongyuanOilfieldCompany,Puyang457001,Henan,China)

In the major Chinese oil and gas fields, because of the effect of geographic location, geologic features, technologies and techniques, etc., a few wells on the border areas of oil and gas fields can′t be integrated into the oilfield gathering system. As a result, these wells can′t be exploited rationally. Based on the oilfield associated gas treatment project of the sixth oil production plant in Zhongyuan Oil Field, the skid-mounted associated gas treatment technology is developed by analyzing a great quantity of laboratory data of associated gas composition. The treating process includes associated gas treatment technology and CNG, and its products include liquid light-hydrocarbon, CNG and natural gas. The results show that, the yield of light-hydrocarbon is about 80%, and the yield of liquefied gas is about 99.58%. Besides, the skid-mounted equipment has the advantages of high flexibility, small space-occupancy, simple structure and beautiful appearance.

flank well; skid-mounted package; light hydrocarbon recovery; CNG