易冬蕊，梁裕如，張成斌，何 鵬，劉婷婷，楊朝鋒

陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075

延安氣田開發(fā)區(qū)地處鄂爾多斯盆地東南部，屬于致密巖性氣藏。自2009年延氣2和延128井區(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)建成投產(chǎn)以來(lái)，延長(zhǎng)集團(tuán)天然氣開發(fā)一直保持較快步伐。目前共建成延氣2和延128井區(qū)、延川延145井區(qū)等5個(gè)天然氣產(chǎn)能區(qū)塊，累計(jì)形成天然氣產(chǎn)能46億m3/a，后續(xù)將陸續(xù)完成安塞、席麻灣、子長(zhǎng)、延長(zhǎng)、宜川、橫山等天然氣產(chǎn)能建設(shè)區(qū)，“十三五”規(guī)劃預(yù)計(jì)累計(jì)建成天然氣產(chǎn)能100億 m3/a。

延安氣田地形較復(fù)雜，具有“低孔、低滲、低壓、低產(chǎn)、低豐度”的特點(diǎn)[1]，氣田穩(wěn)產(chǎn)年限短，地層壓力下降快。存在地面集輸總體布局困難、管道易凍堵、工程建設(shè)難度大、投資較高等問(wèn)題，針對(duì)不同區(qū)塊的氣藏地質(zhì)等不同，延安氣田陸續(xù)采用了“高壓集氣、站內(nèi)加熱、節(jié)流降溫、低溫分離、輪換計(jì)量、集中注醇”的高壓集輸工藝和“井下節(jié)流、單井計(jì)量、井口串聯(lián)、中壓集氣、常溫分離、集中注醇”的中壓集輸工藝[2]，并形成了一套適用于延安氣田的地面集輸關(guān)鍵技術(shù)體系。

1 氣田開發(fā)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

以延安氣田某低產(chǎn)氣田為例，該區(qū)域共納入總井?dāng)?shù)172口，初期年產(chǎn)氣量4億m3/a，穩(wěn)產(chǎn)不足6年，綜合甲烷含量達(dá)到94%以上，相對(duì)密度為0.574 4～0.626 0，CO2含量測(cè)試結(jié)果均低于3%，屬低含碳干氣。前期已對(duì)該區(qū)域的氣藏品質(zhì)及儲(chǔ)量豐度、氣質(zhì)組分有了一些認(rèn)識(shí)，為了快速上產(chǎn)的需要，集輸工藝計(jì)劃采用常用的中壓集輸工藝，并完成了初步的總體布局，并預(yù)先開始了區(qū)域內(nèi)凈化廠的設(shè)計(jì)，凈化廠工藝也采用常規(guī)MDEA+DEA脫碳工藝和三甘醇脫水工藝。

隨著試氣、試采數(shù)據(jù)的不斷更新，對(duì)該區(qū)域氣藏認(rèn)識(shí)逐漸明了，氣體組分的測(cè)試結(jié)果與預(yù)期相差較大，同時(shí)該區(qū)域存在穩(wěn)產(chǎn)年限較短、單井配產(chǎn)相對(duì)較低、管道距離長(zhǎng)、地形起伏多且大等問(wèn)題，同時(shí)周邊臨近井區(qū)處理能力尚有裕量4億m3/a，因此，綜合考慮現(xiàn)狀，需要從集氣工藝、站場(chǎng)布局、水合物防治等方面展開專項(xiàng)研究，優(yōu)化集輸工藝，簡(jiǎn)化流程，優(yōu)化站場(chǎng)布局，達(dá)到投資低、節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)適用和安全可靠的目的。

2 地面集輸工藝分析

2.1 集輸工藝優(yōu)化

該區(qū)塊天然氣儲(chǔ)量豐度較低，氣藏品質(zhì)差，該區(qū)塊III類、II類井的占比高達(dá)70.37%，穩(wěn)產(chǎn)年限均不足3 a，其中占比44.77%的III類井穩(wěn)產(chǎn)年限約為1 a，單井的穩(wěn)產(chǎn)年限均很低，見圖1。

圖1 井區(qū)典型氣井生產(chǎn)規(guī)律預(yù)測(cè)

鑒于高壓集氣工藝投資高、運(yùn)行成本高且不安全，前期規(guī)劃中只考慮中壓集氣工藝[3]（見表1）。隨著對(duì)該區(qū)域氣藏認(rèn)識(shí)的不斷深入，該井區(qū)單井穩(wěn)產(chǎn)年限普遍較短，如果采用中壓集氣工藝，2～3 a左右就需要在集氣站增壓。而低壓集氣工藝雖需設(shè)置壓縮機(jī)但不需要井口注醇，可省去集氣站至井口的注醇管道，因此將原計(jì)劃采用的中壓集氣工藝優(yōu)化為低壓集氣工藝，同時(shí)利用井下節(jié)流技術(shù)[4]和壓縮機(jī)增壓技術(shù)[5]。

表1 兩種集氣工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

此外，通過(guò)對(duì)該井區(qū)搭建管網(wǎng)模型，利用模型對(duì)管網(wǎng)內(nèi)水合物生成條件進(jìn)行模擬計(jì)算。集輸系統(tǒng)運(yùn)行壓力在4.5～5.8 MPa條件下，天然氣水合物形成溫度為8.5～11.3℃，根據(jù)當(dāng)?shù)氐販貦z查數(shù)據(jù)，全年有7個(gè)月不會(huì)形成水合物，其余月份通過(guò)壓縮機(jī)將井口壓力降至1.5～2 MPa，保證了全年采氣管道不會(huì)形成水合物，驗(yàn)證了低壓集氣工藝的適用性。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全和節(jié)能降耗方面綜合考慮，低壓集氣工藝更適合該井區(qū)，站內(nèi)不需設(shè)加熱爐，無(wú)需注醇管道，氣體的攜液能力增強(qiáng)，阻止低產(chǎn)壓力的激動(dòng)，延長(zhǎng)氣田的穩(wěn)產(chǎn)年限[6]。

2.2 集輸管網(wǎng)優(yōu)化

通過(guò)對(duì)該井區(qū)開展多工況模擬，實(shí)現(xiàn)合理布站、采氣管網(wǎng)優(yōu)化，以及隨井位的調(diào)整變化適時(shí)對(duì)地面系統(tǒng)總體布局進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。集氣管道采用枝上枝、井間串接等方式，單井生產(chǎn)的天然氣在叢式井場(chǎng)匯合后，經(jīng)采氣支線就近連接到采氣干線，將“一井一管道”優(yōu)化為“一井場(chǎng)一管道”或“多井場(chǎng)一管道”。集輸管網(wǎng)優(yōu)化后，平均單井采氣管道長(zhǎng)度由2.25 km減少至1.02 km，采氣管道工程量減少了54.6%；增大了集氣半徑，單座集氣站納入井?dāng)?shù)由8口井增加至15口井，各井區(qū)集氣站平均規(guī)模增加了2.2倍，集氣站數(shù)量由7座減少至6座（見圖2），后期可去除7#站。另外，在采氣干線最遠(yuǎn)端設(shè)置發(fā)球筒，集氣站內(nèi)設(shè)置收球筒，以滿足采氣干線管道對(duì)通球、掃線的要求。

2.3 凈化工藝和外輸優(yōu)化

2.3.1 凈化工藝優(yōu)化

圖2 優(yōu)化前后集輸管網(wǎng)走向

依據(jù)該井區(qū)的試氣數(shù)據(jù)（見表2，CO2含量測(cè)試結(jié)果均低于3%），以及周邊類似氣田CO2含量變化規(guī)律（見圖3），發(fā)現(xiàn)CO2含量變化很小且沒有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，基本穩(wěn)定在3%以內(nèi)，均達(dá)到國(guó)家二類氣指標(biāo)，脫碳單元利用率較低，勢(shì)必造成投資和運(yùn)行費(fèi)用的增加。調(diào)整優(yōu)化該井區(qū)天然氣凈化工藝，采用不脫碳只脫水工藝。將凈化廠原來(lái)的MDEA+DEA混合溶液脫碳工藝、脫輕烴工藝[7]完全去除，只保留脫水單元及相關(guān)配套工程，天然氣脫水裝置采用三甘醇脫水工藝，同時(shí)預(yù)留脫碳工程建設(shè)用地，如圖4所示。優(yōu)化前后共減少天然氣凈化廠主要設(shè)備約17臺(tái)套，一次性建設(shè)投資減少10%，實(shí)現(xiàn)了低成本和低能耗開發(fā)目標(biāo)。

表2 井區(qū)原料氣測(cè)試結(jié)果

2.3.2 凈化廠外輸管道優(yōu)化

通過(guò)多方案優(yōu)化比選，將新設(shè)凈化廠產(chǎn)出氣輸往第一閥室優(yōu)化為調(diào)整至第二凈化廠（2018年處理量7.66億m3，凈化廠處理后CO2體積分?jǐn)?shù)控制在2.3%以內(nèi)），然后進(jìn)入外輸首站。優(yōu)化后外輸管道距離減少20%，投資降低8%，見圖5。不僅確保天然氣中CO2含量指標(biāo)符合國(guó)家二類氣標(biāo)準(zhǔn)，且達(dá)到降低接至大管網(wǎng)的外輸氣中CO2含量的目的。

圖3 周邊井區(qū)CO2含量分析

圖4 優(yōu)化后的凈化廠工藝流程

圖5 優(yōu)化前后外輸管道走向

如果該井區(qū)后期采出氣CO2含量超標(biāo)，不能滿足外輸氣標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采取與第二凈化廠的天然氣摻和外輸。對(duì)該井區(qū)的設(shè)計(jì)產(chǎn)能、第二凈化廠2018年來(lái)氣量以及含碳量進(jìn)行摻混核算得出，當(dāng)凈化廠的外輸氣CO2體積分?jǐn)?shù)低于4.27%時(shí)，兩個(gè)區(qū)塊天然氣摻混外輸可達(dá)到輸氣要求；當(dāng)外輸氣CO2體積分?jǐn)?shù)超過(guò)4.27%時(shí)，需在凈化廠預(yù)留的建設(shè)用地上增設(shè)脫碳單元。該方法操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，可為后期延安氣田的整體管網(wǎng)規(guī)劃提供借鑒。

2.4 水合物防治技術(shù)

為了防止集輸系統(tǒng)中形成天然氣水合物造成管道堵塞等問(wèn)題，目前延安氣田主要采取向管道內(nèi)加注甲醇的方法。夏季水合物形成溫度遠(yuǎn)低于地溫，不需要注醇；冬季需要加注甲醇，但是存在甲醇注入量大、毒性強(qiáng)等諸多問(wèn)題。

采用模擬軟件對(duì)采氣管道起伏較大且較多的重點(diǎn)地段進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，自主試制的井口管式循環(huán)旋流脫水器（見圖6）將井口采出氣進(jìn)行初步氣液分離后進(jìn)入采氣管道，可有效減少地形起伏引起的管道積液對(duì)生產(chǎn)的影響。特別適用于個(gè)別偏遠(yuǎn)采氣半徑大、存在爬坡、U型地段等起伏管路且單井產(chǎn)量低的氣井。該方法具有設(shè)備體積小、安裝維護(hù)方便、可有效減少管道水合物析出等特點(diǎn)。設(shè)備脫水效率可達(dá)95%以上，降低了集氣站分離器的負(fù)荷和氣田的運(yùn)行成本。

圖6 井口管式循環(huán)旋流脫水器

3 結(jié)論

陜北黃土塬山區(qū)復(fù)雜地形條件，以及延安氣田滾動(dòng)開發(fā)中開發(fā)和管理難度大及運(yùn)行能耗持續(xù)增加的現(xiàn)狀，尤其是在地面集輸工程設(shè)計(jì)及實(shí)施過(guò)程中存在總體布局困難、產(chǎn)能投資高、工程建設(shè)難度大、運(yùn)行管理復(fù)雜、管道易凍堵等問(wèn)題都將直接影響后期的開發(fā)效益。

在新建產(chǎn)能建設(shè)區(qū)時(shí)，在保證已建區(qū)塊正常運(yùn)行的情況下，盡量借鑒并利用已建區(qū)塊的工藝、設(shè)備、管道，并根據(jù)自身的氣藏地質(zhì)特點(diǎn)選擇合理的集輸工藝技術(shù)，同時(shí)也要統(tǒng)籌考慮整體氣田的管網(wǎng)規(guī)劃，做到降低投資、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用、提高整個(gè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的目的。