气田节气技术实践

单华 李云鹏 李美鑫 王倩倩 刘宇轩 李思

（塔里木油田公司迪那油气开发部）

天然气作为清洁能源，近年来发展很快，在能源消耗的占有比例上也越来越高。在气田生产过程中，必然会自耗部分天然气，只不过各气田之间消耗的程度不同。迪那气田投产以来就把自用气的消耗量作为精细管理的目标之一进行控制，在参数控制、井口不放喷投产、闪蒸气回收利用、密闭灌泵、火炬损耗气消耗等方面进行了技术分析并应用于实际，年节约天然气损耗气305×104m3/a。

1 气田处理工艺及主要消耗气

来自气井井底的原料气进入油气处理厂后，一般要脱水以满足水露点的要求，同时回收部分重烃组分，满足烃露点的要求，以防在长输管线中析出液态水和重烃，影响管输效率。重烃成分经过分馏稳定或轻烃回收装置处理后单独外卖，获得较高的经济效益。脱水一般采用分子筛脱水或三甘醇脱水工艺。如果井口有较高的压力可以利用，也可采用低温工艺将水和重烃同时脱除。迪那气田由于井口有较高的压力利用，采用J-T 阀节流膨胀制冷进行脱水脱烃[1]。在对天然气进行脱水脱烃的过程中，需要消耗部分天然气。这些消耗包括：单井放喷损耗、供热系统消耗、火炬速度封、长明灯损耗、检修放空损耗、闪蒸汽放空损耗、装置泄漏损耗。

2 气田节气措施

2.1 缩短单井放喷时间，减少放空气损耗

气井投产之前，须进行放喷，再进生产流程。放喷的目的：一是携带井底杂质如钻井液、泥沙等以防止对油嘴、管线冲蚀；二是提升温度，防止油嘴节流降温导致管线冻堵。迪那气田投产时先放喷将油温升到40 ℃以上再进生产流程。要将油温提高至40 ℃需要放喷1 h。这段时间产生天然气只能烧掉，浪费资源又污染环境。2011 年，作业区和设计院采用HYSYS 软件进行模拟并与现场实际相结合，得出单井油温升至25 ℃左右，就完全具备单井投产要求[2-3]。

油温提高至25 ℃最多需要15 min，与原设计相比，每口井减少放喷时间45 min。通过使用超声波流量计进行计量，单井平均放喷量为4×104m3/h，故每口井放喷时间节约后，每次开井可减少放喷量为3×104m3。每年检修有24 口井次要放喷，因此放喷时间缩短后年减少放喷天然气量72×104m3/a。气田核实气油比为12 221，年减少放喷凝析油量60.1 t。

由于水合物形成有一定的时间，且即使有水合物形成，如果时间不长，不足以导致堵塞，也会被高速气流带走，因此，对于短期关井，将干线的高压天然气反输至井口，减少油嘴节流压差，可大大提高节流温度。经计算，油嘴后压力为12 MPa、6 MPa 和空管时节流温度分别为22.88 ℃、0.71 ℃、-39.61 ℃。因此当反输气压力达到12 MPa时，可以实现不放喷开井，减少资源浪费。

2.2 优化工艺参数，减少供热系统燃料气消耗

供热系统给油气处理厂提供热源，也是耗气大户。凝析油稳定、轻烃回收以及乙二醇再生系统或三甘醇再生系统都需要有热源供应，对系统的运行参数进行优化可以大大降低热源要求，而油气处理厂的热源是通过导热油炉燃料天然气得到，因此优化装置运行参数即可减少天然气消耗。迪那气田在实际运行过程中，以设计院提出的参数为基础，不断优化和调整工艺参数[4-7]，优化前后参数见表1。

表1 优化前后参数

对于塔的运行，塔底温度和塔顶压力是二个关键控制参数，适当的降低塔顶压力，便可降低塔底温度。降低塔底温度意味着需要的热负荷减少。从表1 可以看出，当降低四个塔的温度后，与设计能耗相比，实际运行能耗均有所下降。经核算，导热油负荷降低20%，燃料气消耗由3×104m3/d 降低至2.4×104m3/d ，全年节约燃料气198×104m3/a。

2.3 回收闪蒸汽，减少放空气损耗

油气处理厂在对进厂原料气进行处理过程中，容器闪蒸出来的天然气，要么作为燃料气使用，要么放空，或者进压缩机压缩后回收利用。当作为燃料气使用时，由于其水露点高，往往会导致节流过程中冻堵，影响工艺运行，而放空又会造成能源损失。如果处理厂有压缩机，将油气处理过程中的闪蒸气通过压缩机进行压缩后回收利用，处理效果更好。

2.3.1 回收乙二醇富液三相分离器闪蒸气

乙二醇富液三相分离器闪蒸出来的不凝气原设计进入放空系统燃烧，经过研究，乙二醇富液三相分离器闪蒸出来的不凝气压力为0.25 MPa，根据压力等级可以进入增压站稳压机一级入口进行回收。现场新增一条DN50 的碳钢管线，与稳定气去稳压机一级入口的管线相连，实现放空气回收。

改造后，稳压机的补压阀开度由原先的50%减少到40%。现场采用外加超声波流量计进行计量，每天可回收天然气200 m3， 年节约天然气量6.6×104m3。

2.3.2 回收事故油罐闪蒸气

同样，凝析油事故油罐是经过燃料气补压将罐内液体压至系统回炼，每次补压消耗燃料气约400 m3，压液完成后全部放空。经分析研究后，新增一条去稳定气分液罐进入稳压机进行回收，节约能源并降低排放。每月压液二次，每月可回收燃料气800 m3，年节约9 600 m3。

2.4 实施密闭灌泵，减少放空损耗

迪那油气处理厂日产液化气130 t 左右，利用球罐储存，然后启泵外输至牙哈装车站。离心泵启运前必须灌泵，灌泵后的大量液化气放空至火炬燃烧。经过分析，轻烃回收装置区来的液化气压力为1.15 MPa，可将此高压高温液化气引入液化气外输泵的出口，从出口再经过泵反向流入入口，再回流至储罐内，完全可以达到密闭灌泵的目的，同样，轻烃回收装置的液化气回流泵也按此设计进行密闭灌泵改造[8]。液化气外输泵反向灌泵管线见图1，液化气回流泵反向灌泵管线见图2。

图1 液化气外输泵反向灌泵管线

图2 液化气回流泵反向灌泵管线

使用超声波流量计进行计量，灌泵时间10 min，放空液化气约0.45 t。

1） 液化气外输泵需要每三天启动1 次，每年启泵120 次，改造后可节约液化气54 t。

2） 轻烃装置每年装置切换4 次，液化气回流泵启动4 次，改造后每年可节约液化气1.8 t。

3） 根据装置运行要求，需要对液化气外输泵、液化气回流泵每月切换1 次，备用泵放空，四台泵共放空24次，灌泵24次，每次灌泵节约0.45 t/次，每次放空节约0.22 t/次，共节约液化气16.08 t。

根据以上三项，计算年节约液化气71.88 t，相当于3.2×104m3。

2.5 减少火炬放空损耗

为保证装置放空时的安全，火炬一般设计有长明灯，用于确保紧急放空时及时燃烧。为防止回火，还须设计有防回火装置，分子封和速度封是常用两种防止回火装置。迪那油气处理厂共有高、低火炬各一台，燃料气消耗为64 m3/h。

高、低压火炬共设置有五个长明灯，由于迪那气田处于山前地带，风比较频繁猛烈，因此每支长明灯流量控制得比较大，燃料气量约控制在10 m3/h。查阅标准规范，单支长明灯的燃料气消耗不宜大于4 m3/h，根据此要求对长明灯的气量时行进行了调整，实际降为6 m3/h，调整后观察火炬长明灯的燃烧情况，除大风天气吹熄个别长明灯外，绝大部分时间长明灯都能正常燃烧，因此维持每支长明灯6 m3/h 不变。与原先相比，共节约燃料气20 m3/h，全年节约燃料气16×104m3/a。

高低压火炬都采用速度封防止回火，当火炬处于待命或小流量运行状态时，在速度密封器入口前端连续通入吹扫气体（氮气、天然气），通过减小局部流通面积及改变空气渗入流向，防止空气由火炬头出口渗入，从而阻止回火或爆炸[9-10]。为防止回火，速度封要保证火炬出口的最小流速V大于或等于0.012 m/s。

高压火炬为孔达音速火炬，进气口管径为30 in，762 mm，高压火炬速度封流量为19.69 m3/h，低压火炬火炬头直径为DN200，低压火炬速度封流量为1.36 m3/h，则总流量为21.05 m3/h

对于速度封的密封气，可以采用燃料气，也可以采用氮气。迪那气田高压火炬采用燃料气作为速度封密封气，而低压火炬采气氮气。实际测试速度封密封气的流量为33 m3/h，与计算值相比，有些偏大。调整流量至27 m3/h，节约燃料气6 m3/h，年节约燃料气5 m3。

由于高压火炬采用孔板火炬头，每个长明灯燃料气的流量控制在1.4 m3/h 即可，因此还有调整的空间。另外，如果采用氮气作为速度封密封气，节约燃料气更多，考虑到消耗空压机和变压吸附制氮装置电能，经计算，年约增加消耗电费3.75×104kWh，与节约的燃料气相比，花费的成本更少。

2.6 减少装置泄漏损耗

油气处理厂的泄漏是不可避免，这不仅仅是因为阀门的本身结构不是保证零泄漏的，而且如果阀芯出现磨损、损坏，导致的泄漏会更大。现有克拉的放空设计，调节阀本身有一定的泄漏量，在管线吹扫时阀芯又被冲蚀，投产时放空就比较大，浪费了能源，同样，牙哈气田投产时有个别阀门泄漏严重，火炬也比较大。迪那气田的放空设计，在调节阀前设置了切断球阀。当压力达到7.4 MPa 时，球阀打开，压力到7.5 MPa 时，调节阀打开，调节放空。正常情况下，球阀关闭，确保了关闭严密，泄漏量基本为零。

3 结论

迪那凝析气田通过不断实践，采用多种可行措施，减少了天然气的无效损耗，全年节约天然气305×104m3。主要措施有：通过工艺计算和实践缩短单井放空时间；优化轻烃回收系统参数减少导热油炉负荷；通过流程改造对闪蒸气进行回收；创新实践液化气外输泵密闭灌泵方式，消除无效放空；减少火炬长明灯燃料气消耗；优化放空点阀门设计，杜绝泄漏。其他气田可根据实际运行工艺结合迪那凝析气田节气措施采取不同形式的节气方案。