中國(guó)石化集團(tuán)西北石油局有限公司資產(chǎn)管理中心 楊 波

隨著塔河油田天然氣資源不斷發(fā)展，天然氣地面系統(tǒng)規(guī)模逐年增加，邊遠(yuǎn)區(qū)塊及邊遠(yuǎn)井逐年增多。部分站場(chǎng)或邊遠(yuǎn)區(qū)塊的天然氣，由于建設(shè)工程不配套或其他原因存在放空現(xiàn)象，所以在國(guó)家和社會(huì)越來(lái)越重視綠色節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下顯得極不協(xié)調(diào)。通過(guò)采用一種簡(jiǎn)單實(shí)用的技術(shù)，將這部分邊遠(yuǎn)單井天然氣加以回收，既可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，又可響應(yīng)中石化集團(tuán)公司“碧水藍(lán)天”工程的號(hào)召。

1 現(xiàn)狀分析

塔河油田單井放空的天然氣，主要指不適合建輸氣管線邊遠(yuǎn)區(qū)塊的單井以及零散低產(chǎn)氣井的放空，也包括油氣集輸處理站的火炬放空。由于站場(chǎng)工藝不配套及相關(guān)原因，加上一些邊遠(yuǎn)井具有低產(chǎn)、低壓、偏遠(yuǎn)、產(chǎn)量遞減快、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，用常規(guī)的天然氣處理工藝開(kāi)采，工程投資及運(yùn)行成本較高且不經(jīng)濟(jì)。

目前，塔河油田零星氣放空主要有4種情況：一是單井拉油的零散井，由于伴生氣量小，井位分散不易集中，往往就地放空；二是邊遠(yuǎn)的計(jì)轉(zhuǎn)站，雖然集中了幾口井，但氣量較小，除了生產(chǎn)自用外也全部放空；三是大站正常生產(chǎn)時(shí)，由于工藝流程或其他原因，一般都有一定的放空；四是油田新區(qū)的開(kāi)發(fā)，在開(kāi)發(fā)初期(包括前期的試油試氣)地面工程不配套，產(chǎn)生大量放空。

為合理利用邊遠(yuǎn)單井放空的天然氣，降低建設(shè)投資，需采用能量轉(zhuǎn)換、非能量轉(zhuǎn)換方式等一些新的技術(shù)工藝以滿足生產(chǎn)需要。

2 技術(shù)分析

2.1 技術(shù)比較

天然氣的回收，目前主要有兩種方式：一是通過(guò)能量轉(zhuǎn)換，把沒(méi)有外輸條件的天然氣轉(zhuǎn)化成有外輸條件的其他能源進(jìn)行外輸，相當(dāng)于把一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源進(jìn)行輸送；二是不進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，采用合理的工藝技術(shù)進(jìn)行回收利用，即把一次能源直接外輸。

采用能量轉(zhuǎn)換的形式進(jìn)行天然氣的回收，一般采取就地發(fā)電上網(wǎng)的形式，把天然氣轉(zhuǎn)化為電能外輸，但需要有可以利用的電網(wǎng)設(shè)施。目前部分邊遠(yuǎn)單井無(wú)可利用的電力設(shè)施，不能采取這種回收方式，就需要采用一種無(wú)管網(wǎng)儲(chǔ)運(yùn)的方式。無(wú)管網(wǎng)儲(chǔ)運(yùn)天然氣方式主要有壓縮天然氣CNG、液化天然氣LNG、吸附天然氣ANG、水合天然氣NGH等幾種技術(shù)。

(1)CNG技術(shù)是一種高壓儲(chǔ)運(yùn)天然氣非管道輸送技術(shù)，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、效益高等特點(diǎn)，采用排量不同的壓縮機(jī)制作成移動(dòng)式撬裝設(shè)備。該技術(shù)可以適應(yīng)較大范圍內(nèi)回收氣量的變化，設(shè)備比較容易搬遷，CNG壓縮機(jī)設(shè)備已完全國(guó)產(chǎn)化，成本低，但CNG槽車運(yùn)量較低、壓力大，對(duì)槽車儲(chǔ)氣瓶的質(zhì)量要求高。

(2)LNG是運(yùn)用深冷技術(shù)，在常壓下使天然氣以液態(tài)形式存在，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。其優(yōu)點(diǎn)是較CNG安全性高、氣化潛熱高、充裝能力大，但凈化、液化工藝復(fù)雜，設(shè)備投資較大，運(yùn)行費(fèi)用較高。

(3)ANG是一種先進(jìn)的吸附儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，對(duì)儲(chǔ)氣充氣設(shè)備耐壓性能要求不高，中低壓下儲(chǔ)運(yùn)天然氣時(shí)安全性能好、操作費(fèi)用低，但目前ANG技術(shù)還存在若干技術(shù)難題。

(4)NGH是在高壓低溫條件下將天然氣與水形成一種具有籠形化學(xué)結(jié)構(gòu)、外觀類似于冰的結(jié)晶化合物，即天然氣水合物。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1 m3的天然氣水合物相當(dāng)于標(biāo)況時(shí)150～200 m3的天然氣。該技術(shù)有損耗低、儲(chǔ)存壓力低、儲(chǔ)載密度高等特點(diǎn)，但目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段。

由于目前塔河油田放空的天然氣特點(diǎn)是氣井壓力較低、含水、含烴；壓力一般在0.8～4.0 MPa之間；氣量較小，一般不超過(guò)5×104m3/d，因此，可以選用成熟可靠的CNG天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。

2.2 CNG工藝流程

在邊遠(yuǎn)井井口建設(shè)CNG增壓站，天然氣需經(jīng)過(guò)分離、調(diào)壓穩(wěn)壓、脫水、脫烴，再用CNG壓縮機(jī)增壓到25 MPa后裝車。根據(jù)長(zhǎng)輸管線對(duì)遠(yuǎn)距離輸氣氣質(zhì)的要求及邊遠(yuǎn)井放空天然氣物料性質(zhì)差異，各增壓站的工藝略有不同。撬裝CNG回收工藝流程，如圖1所示。

圖1 撬裝CNG回收工藝流程

2.3 CNG撬裝設(shè)備

2.3.1 脫水裝置

CNG壓縮工藝需配備脫水裝置，深度脫除天然氣中的水分，防止在卸氣過(guò)程中出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象。脫水裝置可以考慮前置低壓脫水撬和后置高壓脫水撬。

2.3.2 脫烴裝置

天然氣凝液回收采用原料氣分子篩脫水、丙烷制冷工藝。C3+收率50%，天然氣凝液回收裝置的壓力設(shè)置按CNG回收流程要求。天然氣凝液回收典型流程見(jiàn)圖2。

圖2 天然氣凝液回收典型流程

2.3.3 CNG壓縮機(jī)

考慮塔河油田地理位置偏遠(yuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣等因素，CNG壓縮機(jī)大都選用撬裝風(fēng)冷電驅(qū)壓縮機(jī)。壓縮機(jī)、凈化器、冷卻裝置、控制系統(tǒng)等都集成在撬裝底座上，形成一個(gè)整體系統(tǒng)，具有密封、隔聲、保溫、防爆等功能，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是拆卸移動(dòng)方便、現(xiàn)場(chǎng)組裝調(diào)試簡(jiǎn)單。

2.3.4 加氣柱

加氣柱采用全自動(dòng)控制，計(jì)量部件采用埃莫森質(zhì)量流量計(jì)(帶有溫度補(bǔ)償功能)，壓力達(dá)到20 MPa后加氣柱自動(dòng)關(guān)閉。

2.3.5 CNG槽車

通過(guò)CNG槽車進(jìn)行CNG的運(yùn)輸。CNG槽車由牽引車和半掛車組成，半掛車由6～12只CNG集氣管束組成，工作壓力為20 MPa，可運(yùn)送天然氣量為 3 000～6 000 m3。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 應(yīng)用概述

塔河油田某井CNG回收?qǐng)稣静捎玫湫偷摹耙痪徽尽⒁徽疽讳N”運(yùn)營(yíng)模式，即井口天然氣經(jīng)過(guò)處理后直接在井場(chǎng)銷售給天然氣購(gòu)買(mǎi)單位。這種運(yùn)營(yíng)模式能有效減少塔河油田的運(yùn)營(yíng)投入，簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)模式，提高運(yùn)營(yíng)效率。2015年9月該井CNG撬裝回收裝置投運(yùn)成功。

3.1.1 某井CNG撬裝設(shè)備工藝流程

來(lái)自某井的放空天然氣進(jìn)入分離器，經(jīng)分離、過(guò)濾、穩(wěn)壓、計(jì)量后，出口壓力1.4～1.7 MPa。經(jīng)過(guò)干燥脫水裝置干燥后(使其水露點(diǎn)達(dá)到－65 ℃)進(jìn)入丙烷蒸發(fā)器，冷卻到－37 ℃左右，獲得混烴(輕烴分離采用外冷式，由丙烷制冷機(jī)提供輕烴回收所需冷量)?；鞜N經(jīng)過(guò)脫乙烷塔脫除甲烷和乙烷后，進(jìn)入混烴儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，用裝車泵裝車，定期拉運(yùn)。分離出的甲烷及乙烷通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)口加壓20 MPa到加氣柱后對(duì)CNG槽車進(jìn)行充裝。CNG撬裝工藝流程如圖3所示。

圖3 某井CNG撬裝工藝流程

3.1.2 某井使用CNG撬裝裝置的成效

從裝置連續(xù)運(yùn)行的角度出發(fā)，天然氣的外輸必須保證連續(xù)，最簡(jiǎn)捷的方式就是就近進(jìn)入管線，其次是考慮進(jìn)入下游CNG加氣站。由于塔河油田鉆機(jī)氣化在各鉆井隊(duì)的推進(jìn)，減少了柴油用量，降低了井隊(duì)成本，導(dǎo)致井隊(duì)CNG用氣量不斷增加，某井所產(chǎn)CNG全部運(yùn)輸銷售至各鉆井隊(duì)鉆機(jī)氣化使用。

CNG撬裝處理裝置的優(yōu)勢(shì)是移動(dòng)靈活，作為塔河油田第一套單井天然氣回收裝置，實(shí)現(xiàn)了天然氣無(wú)管網(wǎng)運(yùn)輸，即采用CNG槽車外運(yùn)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用CNG槽車方式運(yùn)行需要進(jìn)行4級(jí)增壓，當(dāng)4級(jí)壓力為20 MPa 時(shí)CNG裝車沒(méi)有發(fā)生凍堵，其配備的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)可保證壓縮機(jī)的正常工作。

3.2 效益估算

某井CNG撬裝裝置的設(shè)備投資約700 萬(wàn)元(不包括CNG槽車及下游減壓設(shè)備)。截至2019年6月，已累計(jì)回收放空天然氣2 300多萬(wàn)m3，按塔河油田周邊市場(chǎng)天然氣對(duì)外銷售平均價(jià)格約1.06 元/m3計(jì)算，回收經(jīng)濟(jì)效益約為2 438 萬(wàn)元，可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

邊遠(yuǎn)單井天然氣回收，是首次將 CNG撬裝化技術(shù)應(yīng)用于塔河油田。CNG工藝各設(shè)備撬均采用組合的方式，將各工藝設(shè)備分為相對(duì)獨(dú)立又有密切關(guān)系的多個(gè)單元，每個(gè)分撬能實(shí)現(xiàn)一個(gè)工藝要求，并可根據(jù)不同需求進(jìn)行拆分、組合、調(diào)換，組成一個(gè)完整的放空天然氣回收處理站。同時(shí)，當(dāng)放空量遞減后可將各撬裝設(shè)備搬遷至其余邊遠(yuǎn)井重復(fù)利用。CNG回收技術(shù)是目前邊遠(yuǎn)單井回收放空天然氣的有力途徑，無(wú)需大量投資建設(shè)輸氣管網(wǎng)，項(xiàng)目建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)低，項(xiàng)目建設(shè)周期短，獨(dú)立性、靈活性強(qiáng)。其不僅解決了邊遠(yuǎn)單井天然氣無(wú)管網(wǎng)儲(chǔ)運(yùn)的問(wèn)題，而且對(duì)提高塔河油田天然氣利用率具有重要的意