382016年5月石油規(guī)劃設(shè)計(jì)第27卷第3期文章編號:1004-2970(2016)8-04了上刪與「愉工仁量左丌不彭杰·萬偉(中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院)彭杰等.東勝氣田的天然氣集氣工藝研究.石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2016,27(3):38~41摘要?dú)馓锏募瘹夤芫€水合物防治是氣田地面工程需解決的普遍問題之一。國內(nèi)各大氣田在集氣生產(chǎn)過程中,采用高壓集氣工藝、井下節(jié)流低壓集氣工藝等多種集氣工藝技術(shù),防止管線凍堵,保障氣田生產(chǎn)。東勝氣田屬于低滲透氣田,單井產(chǎn)量低、壓降速度快。通過開展先導(dǎo)試驗(yàn)并結(jié)合蘇里格氣田、大牛地氣田生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析,認(rèn)為高壓注醇集氣工藝、井下節(jié)流低壓集氣工藝適用于東勝氣田。并以東勝氣田2015~2020年規(guī)劃產(chǎn)建目標(biāo)為基礎(chǔ),經(jīng)過對高壓注醇集氣工藝和井下節(jié)流低壓集氣工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比,以及結(jié)合氣藏特征及環(huán)境條件,推薦東勝氣田采用井下節(jié)流低壓集氣工藝關(guān)鍵詞天然氣水合物;集氣管線;高壓集氣;井下節(jié)流;低壓集氣中圖分類號:TE866文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ADol:10.3969/ j. issn.1004-2970.2016.03.0100引言方式防止集氣管線凍堵;低壓集氣工藝的核心技術(shù)為井下節(jié)流工藝。東勝氣田在構(gòu)造位置上位于鄂爾多斯盆地泊爾從理論上分析,防止天然氣水合物生成就需要江海子斷裂以北杭錦旗斷階上,屬于低孔、低滲、破壞其生成條件,即創(chuàng)造出與水合物形成相反的條低產(chǎn)氣田。該氣田區(qū)塊氣候條件惡劣,冬季1月平件2:一是提高流動天然氣的溫度;二是控制輸均氣溫-12℃,管道埋深處地溫度2℃,低溫、高送壓力;三是脫除水分;四是向含水天然氣中添加壓狀態(tài)下,集氣管線中易達(dá)到天然氣水合物的形成能抑制水合物生成的物質(zhì)。對于低產(chǎn)氣田,通常將條件,對天然氣水合物的防治主要是在天然氣由井天然氣匯集后,在處理站、凈化站中才考慮通過脫口至站場的集氣過程中。東勝氣田從2011年至今,水處理來控制天然氣水露點(diǎn),在單井管線始端實(shí)施開展了高壓集氣工藝、井下節(jié)流低壓集氣工藝等先脫水經(jīng)濟(jì)效益較低或無效益。國內(nèi)氣田,主要從提導(dǎo)試驗(yàn),對相關(guān)集氣工藝進(jìn)行技術(shù)研究,為實(shí)現(xiàn)東高天然氣溫度、控制集氣管線壓力、添加水合物抑勝氣田高效、環(huán)保、規(guī)模化開發(fā)提供技術(shù)支撐。制劑來應(yīng)對集氣管線水合物凍堵問題。1集氣管線水合物防治方法1.1提高天然氣溫度根據(jù)天然氣水合物生成條件,部分氣田通過對根據(jù)氣田地面集輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸送壓力不同,可天然氣進(jìn)行加熱和對集氣管線進(jìn)行保溫,使輸送流體將氣田集氣模式大致分為高壓集氣、低壓集氣。高溫度高于水中國煤化工水合物的生成壓集氣工藝多采用管線加熱、保溫或注入抑制劑的川西氣豐口出氣壓力較CNMHG彭杰,男,助理工程師。2012年畢業(yè)于中國海洋大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè),獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)在中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院,從事油氣田地面工程設(shè)計(jì)與研究工作。地址:河南鄭州中原區(qū)隴海西路199號,中石化華北油氣分公司505室,4500-mai: pengJI2001@163com第27卷第3期石油規(guī)劃設(shè)計(jì)2016年5月39髙,在冬、春兩季,氣井井筒及地面管線極易出現(xiàn)長慶蘇里格氣田,針對蘇里格氣田氣藏特點(diǎn),通過天然氣水合物堵塞。為保障正常生產(chǎn),采取在井口井下節(jié)流工藝在冬季控制井口壓力為13MPa,集氣通過水套爐加熱,提高天然氣輸送溫度的方法來防管線埋設(shè)于最大凍土深度以下100mm,在此條件下止凍堵,保障集輸3。水合物理論形成溫度為15℃低于管線埋地處地溫澀北氣田地處青藏高原高寒地區(qū),冬季凍土層13添加水合物抑制劑深度超過2m。澀北氣田單井產(chǎn)量較高,井口天然除了控制流體壓力、溫度之外,向天然氣氣流氣溫度較高,氣質(zhì)好(甲烷含量>99%)。該氣田目中注入水合物抑制劑也是廣泛采用的措施。目前,前釆用高壓集氣工藝,單井集氣管線長度小于2km,大牛地氣田、靖邊氣田、新疆克拉2等氣田,主要不注入抑制劑,對井場實(shí)施保溫并控制集氣管線埋采用通過注醇來防止管線中水合物的生成。醇類設(shè)在凍土層以下就能防止在集氣管線中生成水合物。是熱力學(xué)抑制劑的一種,添加醇類能夠使蘇里格氣田在開發(fā)初期曾開展了單井管線加熱“H2O+CH與天然氣水合物”體系平衡向左移動,使保溫試驗(yàn),根據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)4,將井口天然氣水合物生成臨界壓力升高(臨界溫度降低)。大牛地加熱至40℃,不保溫輸送時,集氣管線溫度在3km氣田最初采用乙二醇作為抑制劑,而乙二醇再生比內(nèi)降至地溫(冬季2℃);井口加熱并對集氣管線實(shí)較困難,從2004年開始采用甲醇作為抑制劑,取得施保溫,集氣管線溫度在7km以內(nèi)降至地溫(冬季明顯的防凍堵效果。通過注入甲醇使水合物生成溫2℃)。通過井口加熱,管線保溫措施,可保障集氣度大幅降低,顯著降低了集氣管線凍堵次數(shù),提高管線在5km距離內(nèi)不生成水合物,因此蘇里格氣田了生產(chǎn)時率,在保障氣田穩(wěn)定生產(chǎn)方面起到了重要在該種集氣模式下,集氣站集輸半徑為5km。作用。但注醇工藝也大幅增加了配套工程投資以及1.2控制集氣管線壓力污水處理成本,并增加了安全、環(huán)境保護(hù)風(fēng)險。目當(dāng)氣井產(chǎn)量低、井口出氣溫度低或集氣管線距前,各氣田也在積極研究其他類型的水合物抑制劑,離較長時,無法通過加熱或保溫措施來防止集氣管其應(yīng)用效果不明顯。線中水合物的生成,可考慮通過降低集氣管線壓力來保障氣井生產(chǎn)2集氣工藝分析在氣田生產(chǎn)過程中,氣井壓力一般較高,為了21東勝氣田基礎(chǔ)參數(shù)降低井口至集輸站場集氣管線的壓力,需要對高壓東勝氣田屬于高寒、低溫、含水類氣田,井口天然氣進(jìn)行節(jié)流來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)計(jì)算,天然氣節(jié)流溫初期壓力10~I5MPa,壓力遞減較快,壓降速率在降系數(shù)約為5℃MPa。當(dāng)直接在井口對高壓天然氣0.01-0.049MPa/d,平均壓降速率00222MPad進(jìn)行節(jié)流,節(jié)流閥后溫度太低將會發(fā)生凍堵,為了單井配產(chǎn)2×105mld,日產(chǎn)液1.55m/(10m2氣);應(yīng)對該問題,保障氣井降壓集輸,井下節(jié)流工藝應(yīng)井口出氣溫度較低,東勝氣田生產(chǎn)日報(bào)表顯示:冬運(yùn)而生。季約4~7℃,夏季約13~16℃;集氣管線埋深15m,井下節(jié)流工藝是指在氣井井筒內(nèi)一定深度設(shè)置埋地處溫度冬季2℃,夏季10℃節(jié)流閥裝置,通過節(jié)流降壓降溫后,再利用地層溫東勝氣田主力生產(chǎn)層位是盒2、盒3,氣層平均度對低溫天然氣進(jìn)行加熱使井口天然氣仍能保持較甲烷占烴類的含量大于95%,為千氣,不同層位氣高溫度。通過井下節(jié)流工藝,控制井口出氣壓力體組分有所不同,平均組分見表1保障集氣管線在冬季低溫條件下也不會生成水合物,從而保障了氣井集輸。井下節(jié)流工藝被引入國表1東勝氣田天然氣組分表內(nèi)后,經(jīng)過多年的改進(jìn)及完善,該工藝陸續(xù)在徐深組分摩爾分?jǐn)?shù)%氣田、蘇里格氣田等多個氣田推廣應(yīng)用,并取得了3.41良好的效果56。由于井下節(jié)流裝置需要安裝在井79009下1000~2000m的深度,對氣井壓力、氣量及液量有一定要求。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),生產(chǎn)過程中,井下中國煤化工節(jié)流裝置適用于自噴生產(chǎn)、地層壓力較高、產(chǎn)液量CNMHG較少(小于5m3液/10m3氣)的氣井。N20.80目前采用井下節(jié)流低壓集氣工藝代表性氣田是0.08402016年5月彭杰等:東勝氣田的天然氣集氣工藝研究第27卷第3期通過 HYSYS軟件對該組分進(jìn)行水合物形成臨底井下節(jié)流器最長使用天數(shù)為484天,從2010年7界條件進(jìn)行模擬,其水合物溫度生成曲線見圖1,月份以后采用新式節(jié)流器最短使用有2年多,最長單井集氣管線埋地地溫冬季約2℃,夏季約10℃,已達(dá)5年。經(jīng)調(diào)研各氣田井下節(jié)流氣井的適用性6相應(yīng)水合物生成臨界壓力為15MPa、40MPa井下節(jié)流工藝不適合產(chǎn)水量過大的氣井,一般產(chǎn)水14.0量<5m3/d,根據(jù)開發(fā)預(yù)測,東勝氣田平均單井產(chǎn)水量31m/ld,可以實(shí)施井下節(jié)流工藝。東勝氣田與蘇12水合物生成曲線里格氣田相鄰,地理環(huán)境類似,地質(zhì)條件相近,生10.0產(chǎn)層位、氣質(zhì)組分基本相同。根據(jù) HYSYS軟件模擬計(jì)算,東勝氣田與蘇里格氣田產(chǎn)出天然氣水合物生6.0成曲線基本一致。東勝氣田井下節(jié)流低壓集氣工藝試驗(yàn)主要借鑒參考蘇里格氣田。3高、低壓集氣工藝方橐比選-10.0-5.00.05.010.015.020.0溫度/℃中石化華北油氣分公司大牛地氣田屬于低滲透氣田,主要采用高壓集氣工藝,通過注醇防止管線圖1東勝氣田天然氣水合物生成曲線圖凍堵。在開發(fā)過程中盡量簡化地面集輸流程,降低22東勝氣田先導(dǎo)試驗(yàn)投資。目前,已實(shí)施多項(xiàng)氣田開發(fā)項(xiàng)目中地面工程22.1東勝氣田高壓集氣工藝投資占總投資比例約為21%~25%,項(xiàng)目稅后財(cái)務(wù)東勝氣田在2011年先導(dǎo)試驗(yàn)中,選擇采用高壓內(nèi)部收益率為121%~126%(石油行業(yè)基準(zhǔn)要求集氣工藝模式,新建集氣站一座(1”集氣站)。集輸12%)。由于東勝氣田單井產(chǎn)量低,井距大,通過井系統(tǒng)釆用高壓集氣工藝:不注入抑制劑、集氣管線場加熱、井場脫水以及管線保溫等措施保障集輸將黃夾克泡沫塑料保溫、高壓進(jìn)站,天然氣進(jìn)站后集大幅增加地面投資,降低氣田開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。中加熱、節(jié)流脫水、計(jì)量外輸。1集氣站工藝流程因此從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面需對東勝氣田高壓注醇工藝為:井口角閥(操作壓力小于14MPa)→集氣管線以及井下節(jié)流低壓工藝方案進(jìn)行比選。(保溫)→單井進(jìn)站→集中加熱→節(jié)流分離→計(jì)量31高低壓集氣工藝適應(yīng)性→外輸。單井集氣管線管徑規(guī)格DN50。高壓集氣工藝模式:初期是高壓集氣,利用原目前1集氣站投產(chǎn)氣井8口,由于氣井出氣溫始壓力能節(jié)流制冷脫水;中后期是中低壓集氣、停度較低(冬季4~7℃),部分氣井單井集輸管線較醇采氣、降壓開采、增壓外輸、二級脫水。長達(dá)到7km,進(jìn)行黃夾克泡沫保溫的管線溫度很快低壓集氣工藝模式:井下節(jié)流、不注入抑制劑、就降至地溫(2℃),單井集輸管線在冬季經(jīng)常凍堵。低壓串接進(jìn)站、常溫分離脫水、兩級增壓、集中外后來采取移動注醇的方式對氣井注人甲醇抑制劑冷脫水脫烴后,保障了氣井生產(chǎn)。根據(jù)已開展的先導(dǎo)試驗(yàn)及東勝氣田氣藏條件分2.2.2東勝氣田低壓集氣工藝析,高壓注醇工藝以及井下節(jié)流低壓集輸工藝均適為探索低壓集氣工藝在東勝氣田的適用性,東用于東勝氣田,在氣田生產(chǎn)初期可在不保溫條件下勝氣田在2013年先導(dǎo)試驗(yàn)方案中又新建集氣站一防止集氣管線在冬季低溫條件下生成水合物,造成座(2“集氣站)。集輸系統(tǒng)采用井下節(jié)流、低壓串聯(lián)堵塞,保障氣田正常生產(chǎn)集氣工藝。2“集氣站,所轄氣井集氣管線管徑規(guī)格32高低壓集氣工藝方案經(jīng)濟(jì)比選DN65~DN100,集氣管線及集氣站內(nèi)主要工藝系統(tǒng)東勝氣田2015年部署開發(fā)井45口,“十三五”設(shè)計(jì)壓力83MPa,冬季控制井口壓力≤1.5MPa。2016~2020年計(jì)劃部署氣井169口。以東勝氣田2集氣站目前已對兩口氣井實(shí)施井下節(jié)流工藝,氣2015~2020年產(chǎn)建目標(biāo)為基礎(chǔ)部署開發(fā)井214口井生產(chǎn)狀態(tài)良好,集氣管線未發(fā)生凍堵。建設(shè)產(chǎn)能1中國煤化工地氣田、蘇里格另外中石化華北油氣分公司在東勝氣田開展低氣田站場部CNMHG采用高壓集氣工壓集氣試驗(yàn)前,提前在其所屬的大牛地氣田某集氣藝方案和低壓集氣工藝方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。站開展了井下節(jié)流試驗(yàn),從2009年到2010年6月根據(jù)GB503502005《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》,第27卷第3期石油規(guī)劃設(shè)計(jì)2016年5月41單井集氣管線壓降不宜大于05MPa,低壓集氣工藝實(shí)施增壓外輸、集中脫水,完全成本較高。第4年集氣站集輸半徑可達(dá)8~10km,高壓集氣工藝集氣后,高壓工藝成本比低壓工藝成本高50~100元站集輸半徑約5km,配套15×103m/a產(chǎn)能建設(shè)規(guī)10m3。因?yàn)殡S著氣井壓力的遞減,高壓工藝生產(chǎn)模模,所需要部署高、低壓集氣站數(shù)量不同;另外由式下,需要對氣田實(shí)施增壓外輸及外冷脫水工程來于集氣管線設(shè)計(jì)壓力不同,集氣管線、站內(nèi)設(shè)施所保障生產(chǎn),從而成本升高。假設(shè)兩套方案每年產(chǎn)氣用材料等級不同,高壓集氣方案需要單獨(dú)敷設(shè)注醇量相同,根據(jù)測算,在評價期15年內(nèi),高壓集氣方管線。高、低壓集氣方案中,地面集輸總體工程量案累計(jì)成本將會比低壓集氣方案高出31%。有較大差別。從總投資及完全成本對比分析,井下節(jié)流低壓假設(shè)東勝氣田15×103m3/a規(guī)模產(chǎn)能建設(shè)工程集輸工藝較高壓集氣工藝更適用于東勝氣田開發(fā)政在2015年當(dāng)年完成,高、低壓集氣方案主要工程量策,經(jīng)濟(jì)效益更好。另外根據(jù)現(xiàn)有氣藏研究認(rèn)識,見表2。東勝氣田氣井壓力遞減較快,如果采用自然遞減、表2東勝氣田高、低壓集氣工藝方案主要工程量高壓集氣工藝模式,其適用期較短,因此推薦在東項(xiàng)I高壓集氣工藝方案低壓集氣工藝方案勝氣田采用井下節(jié)流低壓集氣工藝模式。井?dāng)?shù)/口集氣站座4結(jié)論集氣管線/km注醇管線/km由于氣藏地質(zhì)條件差異,國內(nèi)各氣田采取的集集氣干線/km116.3氣工藝不同,在生產(chǎn)過程中對集氣管線水合物防治污水管線/km輸氣干線/km58.758.7采取的應(yīng)對措施不同。通過對東勝氣田特點(diǎn)的分析,凈化站座結(jié)合已開展的先導(dǎo)試驗(yàn),以及對高、低壓集氣工藝增壓站/座方案的對比,得到以下結(jié)論:增壓站二期/座污水廠座1)采用高壓集氣工藝,注入甲醇抑制劑可以保高壓方案部分設(shè)施第4年建設(shè),投資計(jì)入初期總投資障東勝氣田氣井生產(chǎn),但氣田高壓集氣、不增壓外根據(jù)高、低壓集氣方案工作量,測算得到方案輸生產(chǎn)期較短。2)東勝氣田氣藏特性、環(huán)境條件與蘇里格氣田投資。高壓集氣方案總投資為5459億元,低壓集氣方案總投資為5043億元。因此建設(shè)產(chǎn)能規(guī)模15相近,井下節(jié)流低壓集氣工藝適用于東勝氣田。3)井下節(jié)流低壓集氣工藝較高壓集氣工藝更適×105m3/a,低壓集氣工藝方案總投資較高壓集氣工藝方案低76%。另外根據(jù)大牛地氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及用于東勝氣田開發(fā)政策,且經(jīng)濟(jì)效益更好,推薦采33集氣站、東勝氣田2集氣站低壓試驗(yàn)成果進(jìn)行分用井下節(jié)流低壓集氣工藝。析測算,高、低壓集氣工藝方案在15年內(nèi)產(chǎn)出每千參考文獻(xiàn):方天然氣的完全成本見圖2。[1]熊穎,王寧升,天然氣水合物的結(jié)構(gòu)特征及防治措施[J].油氣儲運(yùn),2008,27(6):48-511150高壓方案低壓方案[2]倪行宇,王德金,劉志煥.氣井水合物凍堵防治技術(shù)[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2005,24(4):62-631050[3]鄧珂.川西氣田水合物防止工藝技術(shù)研究[D].成日都:西南石油大學(xué),2007[4]關(guān)丹慶.蘇里格低壓氣田地面集輸工藝優(yōu)化研究[D].青島:中國石油大學(xué)(華東),2007.[5]佘朝毅,李川東,雷振中,等.井下節(jié)流工藝技術(shù)在氣田開發(fā)中的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2003,26(增刊):小75052-56[6]周紹國,郭東冬,劉行勇.氣井井下節(jié)流降壓工藝方650法探討[J].鉆采工藝,2004,27(6):28-31[]王宏生產(chǎn)時間H中國煤化工藝研究[J·天然氣工CNMHG圖2高、低壓集輸工藝10°m3氣完全成本收稿日期:2015-09-14由上圖分析可知,在開發(fā)初期,低壓工藝需要編輯:廉踐維