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油气集输工艺技术现状与展望-第三章-天然气集输

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油气集输 油气集输课件 集输工艺 油气集输工艺
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第三章 天然气集输 天 然 气 是 埋 藏 在 地 下 的 一 种 可 燃 气 体 , 是 以 多 种 低碳饱和烃为 主 的 气 体 混 合 物 ,其 主 要 成 份 为 甲 烷 、 乙 烷 、 丙 烷 、 正 丁 烷 、 异 丁 烷 、 戊 烷 及 微 量 的 重 碳 氢 化 合 物 和 少 量的 其 它 气 体 , 如 氮 气 、 二 氧 化 碳 、 一 氧 化 碳 、 氦 气 、 硫 化 氢 、 水 汽 等 。 天 然 气 从 生 产 来 源 上 一 般 分 为 气 层 气 和 油 田 伴 生 气 两 类 。 气 层 气 是 从 气田 开 采 出 来 的 天 然 气 , 其 中 甲 烷 含 量 占 总 体 积 的 90%以 上 ; 油 田 伴 生 气 则 是指 从 油 田 中 和 石 油 一 起 开 采 的 可 燃 气 体 , 亦 称 石 油 气 。 石 油 气 的 成 份 和 气 田气 差 不 多 , 但 重 碳 氢 化 合 物 的 含 量 则 较 气 田 气 高 , 甲 烷 含 量 一 般 占 总 体 积 的80%~90%。 一 般 来 说 天 然 气 中 甲 烷 含 量 大 于 90%的 称 为 干 气 或 贫 气 。 甲 烷 含量 低 于 90%, 而 乙 烷 、 丙 烷 等 烷 烃 的 含 量 在 10%以 上 的 称 为 湿 气 或 富 气 。 根据天然气开采的方式不同,天然气可分为:气田气、凝析气田气、油田气层气和油田气。表 3—1 列出了部分天然气的气体组成。表 3 各种天然气组成对照表 化合物 名称 2 4 他 气田气 (四川高阳寺) 98·81 1·05 0·17 / / / 0·96 凝析气田气 (大港板桥) 68·73 11·10 6·40 3·79 1·78 6·73 1·47 油田气层气 (胜利油田) 97·70 0·10 0·50 0·30 0·20 0·10 3·10 原油直接分出气 (胜利胜坨油田)86·60 4·20 3·50 2·60 1·10 0·30 1·70 原油稳定气 (胜利油田) 2·53 6·90 18·64 33·18 30·45 4·60 3·61 从表中可以看出,气田气和油田气层气中甲烷含量高,丙烷以上重主分含量低,而原油稳定气和原油直接分出气的甲烷含量相对较少,重主分含量较多。天 然 气 集 输 的 内 容 包 括 气 井 矿 场 集 输 、 天 然 气 净 化 、 增 压 技 术 、 泄 漏 与防 盗 监 测 技 术 、 天 然 气 计 量 等 内 容 。 1. 气 层 气 地 面 集 输 工 艺 气 层 气 生 产 主 要 采 取 枯 竭 式 开 采 工 艺 , 即 靠 自 喷 生 产 。 随 着 气 田 天 然 气的 不 断 开 采 , 气 井 天 然 气 的 压 力 逐 步 降 低 , 当 降 至 低 于 集 气 管 线 压 力 时 , 便不 能 集 入 集 气 管 网 。 这 种 低 压 气 在 我 国 开 采 较 早 的 天 然 气 气 田 正 在 逐 年 增 多 。对 于 气 井 压 降 不 一 致 的 气 田 , 如 果 条 件 许 可 时 , 因 尽 量 实 行 高 、 低 压 管 分 输 。低 压 气 输 给 当 地 用 户 , 高 压 天 然 气 进 入 集 气 干 线 ; 若 因 种 种 原 因 , 气 田 气 以建 一 个 系 统 为 宜 时 , 则 需 建 气 田 天 然 气 增 压 站 , 将 低 压 气 增 压 后 进 入 管 网 。 天然气从气井采出后,在流经节流元件时,由于节流作用,使气体压力降低,体积膨胀,温度急剧下降,这样可能生成水化物而影响生产。为了防止水化物的生成,我国目前有两套气田地面集输工艺模式:一是井口加热节流地面工艺模式,二是井口注醇高压集输工艺模式。国内外广泛采用加热的方法来提高天然气的温度,以使节流前后气体温度高于气体所处压力下水化物的形成温度。 井 口 加 热 节 流 地 面 集 输 模 式 , 在 四 川 气 田 、 胜 利 油 田 等 老 油 田 使 用 较 多 。在 井 场 对 气 井 产 出 的 天 然 气 先 加 热 , 然 后 节 流 , 对 于 压 力 较 高 的 井 , 可 两 次加 热 两 次 节 流 , 并 进 行 气 液 分 离 并 计 量 , 或 去 集 气 站 分 离 、 计 量 后 外 输 。 配有 井 下 气 嘴 的 气 井 , 在 地 面 集 输 过 程 中 不 再 配 备 加 温 设 备 。 井 口 注 醇 集 输 模 式 , 在 近 年 来 新 开 发 的 西 部 气 田 使 用 较 多 , 如 靖 边 气 井 、涩 北 气 田 都 采 用 了 这 种 模 式 。 在 井 口 不 设 任 何 设 施 , 设 在 集 气 站 的 注 醇 泵 通过 注 醇 管 线 将 醇 注 入 井 口 产 出 的 天 然 气 中 , 以 防 冻 堵 。 注 醇 后 的 天 然 气 直 接集 中 到 集 气 站 , 在 集 气 站 节 流 、 分 离 、 计 量 , 然 后 输 往 总 站 集 中 处 理 ( 脱 硫 、脱 水 ) 。 这 种 模 式 的 工 艺 特 点 是 : 简 化 了 流 程 , 管 理 方 便 , 投 资 低 , 但 由 于需 要 注 醇 , 运 行 费 用 较 高 。 2. 天 然 气 集 输 工 艺 主 要 设 备 嘴 气 嘴 是 气 井 地 面 流 程 的 重 要 部 件 , 用 于 调 节 控 制 气 井 的 产 量 。 在 实 际 生产 中 , 有 多 种 情 况 要 求 限 制 气 井 的 产 量 , 如 防 止 底 水 锥 进 、 地 层 出 砂 以 及 控制 井 口 压 力 , 以 满 足 地 面 设 备 的 耐 压 要 求 或 防 止 生 成 水 化 物 等 。 高 压 气 体 在气 嘴 中 的 流 动 处 于 “临 界 流 ”状 态 , 此 时 , 气 嘴 下 游 压 力 变 化 对 气 井 产 量 没有 影 响 。 嘴 的 形 状 常 用 的 气 嘴 呈 圆 柱 孔 状 , 孔 径 根 据 配 产 的 需 要 而 定 , 胜 利 油 田 一 般 在3 右 。 除 了 气 嘴 之 外 , 还 有 针 型 阀 , 四 川 气 田 多 用 针 形 阀 , 其 优 点 是 便于 调 节 , 不 像 气 嘴 那 样 需 要 停 井 、 拆 卸 、 更 换 等 操 作 ; 其 缺 点 是 不 耐 磨 , 非常 容 易 被 刺 坏 , 因 此 , 四 川 气 田 的 一 些 高 压 高 产 井 也 开 始 改 用 直 孔 状 气 嘴 。 气 嘴 的 形 状 还 有 文 丘 里 喷 管 状 。 要 达 到 临 界 流 状 态 , 气 嘴 后 的 压 力 应 在气 嘴 前 压 力 的 60%以 下 , 而 使 用 文 丘 里 喷 嘴 , 则 在 85%以 下 即 可 , 从 而 减 小了 气 嘴 的 能 耗 , 延 长 了 临 界 流 的 范 围 , 适 用 于 低 压 气 井 。 磨 气 嘴 气 嘴 对 于 出 砂 气 田 则 更 为 关 键 。 由 于 气 井 地 处 野 外 , 分 布 分 散 , 不 便 于生 产 管 理 , 在 日 常 生 产 中 不 可 能 、 也 不 应 该 频 繁 关 井 检 查 气 嘴 , 而 且 现 如 今气 井 监 控 主 要 靠 工 人 责 任 心 , 都 没 有 装 自 动 化 监 测 仪 表 。 所 以 对 于 气 嘴 的 性能 要 求 是 高 度 的 可 靠 性 。 气 嘴 刺 大 是 由 于 气 流 带 砂 , 对 气 嘴 内 壁 高 速 冲 刷 而 造 成 的 磨 损 , 属 于 磨料 磨 损 。 假 设 气 井 油 压 回 压 气 体 在 气 嘴 内 达 到 音 速 状 态 ,此 时 的 气 体 速 度 达 到 487m/s, 如 此 高 速 比 喷 砂 除 锈 厉 害 多 了 。 对 于 磨 料 磨 损 , 应 选 择 抗 磨 损 的 材 料 。 石 英 砂 粒 的 度 是 66, 所以 气 嘴 的 硬 度 要 大 于 66。 我 们 经 过 调 查 和 试 验 , 选 取 了 程 陶 瓷 两 种材 料 。 陶 瓷 是 一 种 性 能 优 越 的 工 程 陶 瓷 , 具 有 硬 度 高 、 抗 磨 损 , 抗 腐蚀 等 特 点 , 另 外 它 的 热 膨 胀 系 数 非 常 接 近 于 金 属 , 也 就 没 有 了 陶 瓷 与 金 属 结合 因 温 差 变 化 而 带 来 的 诸 多 问 题 , 是 近 几 年 来 研 究 开 发 很 活 跃 的 新 型 材 料 ,在 刀 具 、 喷 砂 嘴 、 抽 油 泵 凡 尔 球 等 方 面 取 得 了 显 著 的 效 益 。 有 资 料 介 绍 , 该材 料 的 耐 磨 能 力 是 中 碳 钢 的 20—25 倍 , 工 具 钢 的 4 倍 。 它 以 陶瓷 为 原 料 , 经 过 粉 料 煅 烧 、 静 压 成 型 、 高 温 烧 结 等 十 几 道 工 序 加 工 而 成 , 其主 要 性 能 见 表 3—2。 表 3—2 瓷 材 料 的 主 要 性 能 硬 度 ( 密 度 (g/弯 曲 强 度 ( 断 裂 韧 性 ( ) 热 膨 胀 系 数 ( 10C) 扬 氏 模 量 ( 88—93 00—1100 05 结 构 及 加 工 工 艺 : 陶 瓷 气 嘴 的 外 套 仍 是 钢 材 , 内 芯 是 陶 瓷 。 陶 瓷 与 钢 件之 间 过 盈 配 合 , 结 合 紧 密 。 在 气 嘴 的 出 口 端 有 一 个 台 阶 , 装 配 面 还 涂 抹 了 胶粘 剂 , 这 样 形 成 三 保 险 , 防 止 陶 瓷 内 衬 在 高 压 作 用 下 移 动 、 脱 离 。 陶 瓷 气 嘴 耐 磨 性 很 好 , 大 大 延 长 了 气 嘴 寿 命 , 提 高 了 气 井 的 安 全 系 数 ,使 一 些 严 重 出 砂 井 恢 复 了 生 产 , 使 用 寿 命 可 达 两 年 以 上 , 值 得 在 出 砂 气 田 推广 应 用 。 下 活 动 气 嘴 气 嘴 大 多 安 装 在 井 口 , 进 加 热 炉 之 前 。 1988 年 , 四 川 石 油 管 理 局 发 明了 井 下 活 动 气 嘴 , 即 把 气 嘴 安 装 在 井 下 油 管 内 。 井 下 活 动 气 嘴 是 指 将 通 常 安 装 在 井 口 地 面 的 气 嘴 改 为 安 装 到 井 下 油 管 内 ,利 用 了 地 热 , 省 掉 了 井 口 地 面 加 热 炉 , 节 约 燃 气 , 降 低 了 生 产 建 设 成 本 。 但是 井 下 气 嘴 的 更 换 比 较 麻 烦 , 故 在出砂、出水较多的气井尽量不使用井下气嘴,而且地热的加热效果有限,不适合寒冷地区。 压 设 备 天 然 气 增 压 的 方 法 , 一 般 有 两 种 : 械 增 压 法 机 械 增 压 法 所 使 用 的 设 备 是 天 然 气 压 缩 机 。 压 缩 机 在 原 动 机 的 驱 动 下 运转 , 将 天 然 气 引 入 压 缩 机 , 在 压 缩 机 转 子 或 活 塞 的 运 转 的 运 动 过 程 中 , 通 过 一 定 的 机 械 能转 换 和 热 力 变 换 过 程 , 使 天 然 气 的 压 能 增 加 , 从 而 达 到 增 压 目 的 。 气 体 压 缩 机 的 种 类 很 多 , 如 往 复 式 、 离 心 式 、 螺 杆 式 等 等 。 、 低 压 气 压 能 传 递 增 压 法 高 、 低 压 气 压 能 传 递 增 压 法 所 使 用 的 文 丘 里 管 喷 射 器 ( 亦 称 增 压 喉 ) ,用 高 压 天 然 气 通 过 喷 射 器 , 以 很 高 的 速 度 喷 出 , 并 把 喷 射 器 喷 嘴 前 的 低 压 气带 走 。 即 利 用 了 文 丘 里 喉 管 的 抽 吸 效 应 来 引 射 低 压 气 , 使 低 压 气 达 到 升 压 的目 的 。 它 的 特 点 是 不 需 外 加 能 源 , 结 构 简 单 , 喷 嘴 可 更 换 调 节 , 操 作 使 用 方便 , 但 效 率 低 , 适 合 在 高 低 压 气 井 相 邻 的 气 田 推 广 应 用 。 据 美 国 《 近 海 》 杂 志 1994 年 12 月 号 报 道 , 司 利 用 这 种 技 术 大 幅 度 提 高 了 低 压 气 井 的 产 量 。 生 产 平 台 的 一 口浅 层 气 井 地 层 压 力 为 产 出 气 跟 邻 井 汇 合 后 外 输 , 由 于 邻 井 压 力 较高 , 此 井 产 量 较 低 , 而 采 用 压 缩 机 又 不 合 算 。 公 司 安 装 了 文 丘 里 喷 射 机 , 使器 产 气 量 由 原 来 的 04m3/d 提 高 到 14×104m3/d, 使 这 个 几 乎 要 关 闭的 气 井 重 新 恢 复 生 产 。 在 四 川 气 田 也 有 应 用 。 自 1982 年 7 月 , 我 国 首 次 安 装 试 运 于 天 然 气 集 输 工 程 的 燃 气 发 动 机—压 缩 机 组 在 四 川 兴 3 井 建 成 投 产 以 来 , 天 然 气 气 田 增 压 工 作 得 到 了 迅 速 发展 , 不 仅 在 四 川 13 个 气 田 建 了 增 压 站 , 而 且 在 中 原 、 辽 河 、 大 庆 、 胜 利 、华 北 、 大 港 等 油 田 , 增 压 站 也 迅 速 增 加 。 据 不 完 全 统 计 , 到 1999 年 底 , 全国 共 有 气 田 天 然 气 增 压 机 组 260 多 套 , 表 3 出 了 部 分 增 压 机 组 的 有 关数 据 。 表 3—3 国 内 气 田 天 然 气 压 缩 机 组 使 用 现 状 表胜 利 油 田 油 气 集 输 公 司 在 孤 东 、 孤 岛 气 田 共 安 装 了 五 台 —20 型 天 然 气 增 压 机 组 , 该 机 组 是 由 蚌 埠 压 缩 机 厂 生 产 的 天 然 气压 缩 机 和 胜 利 油 田 动 力 机 械 厂 生 产 的 1190 型 天 然 气 发 动 机 配 套 组 成的 , 每 年 可 增 压 天 然 气 600 余 万 经 济 效 益 300 余 万 元 。 离 器 压 力 , 造 厂 机 型排 量 m3/ 气 排 气 轴 功 率 动 机 型 号 或 类 型 使 用 油 田名 称 台 数 ( 台 ) 上 海 压 缩机 厂 Ⅱ ) —260/15 260 000 5—24 大 庆 /大港 11/6 沈 阳 气 体压 缩 机 厂 400/42 100 000 电 动 机 辽 河 16 北 京 第 一通 用 机 械厂 4L—45/1—6 45 50 电 动 机 辽 河 13 北 京 第 一通 用 机 械厂 P—28/2—8 28 0 电 动 机 胜 利 3 四 川 空 气 压 缩 机 厂 —68 83~757 6/2150 四 川 2 美 国 艾 瑞尔 公 司 —L 150 然 气 发 动 机 四 川 2 美 国 库 伯能 源 服 务公 司 0 45 二 冲 程 天 然 气 发 动 机 四 川 6 美 国 英 格索 兰 公 司 2342 49 然 气 发 动 机 华 北 2 美 国 英 格索 兰 公 司 2 20 32 天 然 气 发 动 机 胜 利 3 美 国 德 来赛 兰 公 司 2 00 然 气 发 动 机 中 原 16 天 然 气 中 往 往 含 有 液 体 和 固 体 杂 质 。 液 体 杂 质 包 括 水 和 油 , 固 体 杂 质 包括 泥 砂 、 岩 石 颗 粒 等 。 这 些 杂 质 如 不 及 时 除 掉 , 会 对 采 气 、 输 气 、 脱 硫 以 及用 户 带 来 很 大 危 害 , 影 响 生 产 正 常 进 行 。 因 此 , 为 了 避 免 上 述 危 害 , 天 然 气 从 井 底 产 出 后 , 先 必 须 进 行 气 液 分 离 。 离 设 备 类 型 及 适 用 范 围 分 离 器 是 分 离 气 液 ( 固 ) 的 重 要 设 备 。 它 广 泛 用 于 采 气 井 场 、 集 气 站 、输 气 管 道 以 及 天 然 气 净 化 厂 中 。 采 输 系 统 所 使 用 的 分 离 器 种 类 很 多 , 根 据 分离 器 的 类 型 可 分 为 : 立 式 分 离 器 、 卧 式 分 离 器 、 球 形 分 离 器 和 卧 式 三 相 分 离器 等 。 按 作 用 原 理 可 分 为 : 重 力 式 、 离 心 式 和 混 合 式 三 种 分 离 器 。 ① 重 力 分 离 器 重 力 分 离 器 有 各 种 各 样 的 结 构 形 式 , 但 其 原 理 都 是 利 用 天 然 气 和 被 分 离物 质 的 密 度 差 来 实 现 的 。 除 温 度 、 压 力 等 参 数 外 , 最 大 处 理 量 是 设 计 分 离 器的 一 个 主 要 参 数 , 只 要 实 际 处 理 量 在 最 大 设 计 处 理 量 的 范 围 内 , 重 力 分 离 器能 够 适 应 较 大 的 负 荷 波 动 。 在 采 气 工 程 中 , 由 于 单 井 产 量 的 递 减 、 新 井 投 产以 及 配 气 要 求 等 原 因 , 使 气 量 变 化 较 大 , 因 此 重 力 分 离 器 应 用 也 较 为 广 泛 。 立 式 重 力 分 离 器 占 地 面 积 小 , 易 于 清 除 筒 体 内 污 物 , 便 于 实 现 排 污 与 液位 自 动 控 制 , 通 常 用 于 分 离 含 液 量 较 多 , 液 体 或 固 体 微 粒 较 大 的 天 然 气 , 以及 对 净 化 要 求 不 高 的 气 井 口 、 集 气 站 的 天 然 气 初 步 分 离 。 ② 离 心 分 离 器 天 然 气 中 所 含 粉 状 杂 质 仅 靠 重 力 分 离 是 不 能 满 足 工 艺 要 求 的 , 因 为 要 想分 离 的 颗 粒 直 径 越 小 , 所 需 的 分 离 器 直 径 就 越 大 。 这 样 不 仅 耗 费 钢 材 , 而 且筒 体 直 径 增 大 , 壁 厚 增 加 , 加 工 困 难 , 很 不 经 济 。 因 此 还 常 用 离 心 式 分 离 器 。其 主 要 特 点 是 天 然 气 和 被 分 离 液 体 沿 分 离 器 筒 体 切 线 方 向 以 一 定 速 度 进 入 分离 器 , 并 沿 筒 体 内 壁 作 旋 转 运 动 , 在 其 离 心 力 的 作 用 下 , 达 到 气 液 分 离 目 的 。离 心 分 离 器 分 离 效 率 较 高 , 可 基 本 除 去 5μ m 以 上 的 液 滴 , 结 构 较 简 单 、 分离 粉 状 杂 质 好 的 分 离 设 备 , 在 现 场 得 到 了 广 泛 应 用 , 但 却 不 适 应 负 荷 波 动 较大 的 场 所 , 使 其 在 集 气 站 和 采 气 井 场 的 应 用 受 到 限 制 。 ③ 气 体 过 滤 器 天 然 气 经 过 管 线 长 距 离 输 送 后 , 气 体 中 的 主 要 杂 质 将 是 腐 蚀 产 物 和 粉 尘杂 质 ( 如 硫 化 铁 粉 末 ) , 而 一 般 的 重 力 式 和 离 心 式 分 离 器 很 难 分 离 这 些 粉 尘 。因 此 , 集 气 站 上 往 往 也 用 气 体 过 滤 器 来 解 决 天 然 气 的 分 离 粉 尘 问 题 。 气 体 过 滤 器 可 分 为 干 式 过 滤 器 和 过 滤 分 离 器 等 , 它 们 都 具 有 多 功 能 的 复合 体 , 前 者 适 用 于 清 除 固 体 粉 尘 , 后 者 适 用 于 分 离 液 体 除 尘 问 题 。 ④ 其 它 类 型 分 离 器 百 叶 窗 式 分 离 器 。 这 类 分 离 器 除 了 综 合 利 用 入 口 的 离 心 作 用 和 沉 降 段 重力 作 用 外 , 在 气 流 通 道 上 增 加 了 百 叶 窗 式 的 、 由 折 流 板 组 成 的 弯 曲 通 道 。 通过 入 口 段 和 沉 降 分 离 出 来 的 较 小 液 滴 , 在 百 叶 窗 的 弯 曲 通 道 内 碰 撞 , 靠 液 滴的 表 面 力 作 用 凝 集 成 较 大 的 液 滴 而 被 分 离 出 来 。 这 类 分 离 器 结 构 复 杂 , 主 要用 于 凝 析 气 田 的 凝 析 液 回 收 与 压 缩 机 站 内 的 气 液 分 离 , 其 分 离 效 果 较 好 。 螺 道 式 分 离 器 。 其 原 理 是 利 用 分 离 器 筒 体 与 中 心 管 之 间 的 环 形 空 间 , 以及 中 心 管 上 的 螺 旋 通 道 , 为 被 分 离 介 质 组 成 了 一 条 专 门 旋 转 通 道 , 迫 使 天 然气 在 旋 转 通 道 内 作 旋 转 运 动 而 产 生 离 心 分 离 作 用 。 这 种 分 离 器 分 离 效 率 高 ,但 因 其 制 造 难 度 较 大 , 使 用 不 如 重 力 分 离 器 普 遍 。 3. 天 然 气 净 化 从 油 气 井 生 产 出 的 天 然 气 中 大 都 含 有 水 分 、 酸 性 气 体 ( 硫 化 氢 、 二 氧 化碳 ) 等 非 烃 类 化 合 物 , 甚 至 还 有 泥 沙 等 固 体 杂 质 。 天 然 气 作 为 一 种 商 品 , 各国 对 气 质 都 有 一 定 的 要 求 ( 表 3。 脱 除 天 然 气 中 的 所 含 的 这 些 固 体 杂 质 ,以 获 得 符 合 技 术 标 准 的 净 化 天 然 气 的 综 合 工 艺 过 程 , 就 是 天 然 气 净 化 。 表 3各 国 的 天 然 气 质 量 标 准 中 国 ② 目 英 国 荷 兰 法 国 美 国 Ⅰ Ⅱ mg/ 5 5 20 硫 醇 硫mg/6 15 — 总 硫 ,mg/50 150 150 50 270 2 — 3 3 ① — — 水 露 点 /含 量 管 道 压力 下 地面 温 度 55 /110 无 游 离 水 — 烃 露 点 ,℃ 管 道 压 力下 地 面 温度 — — — ① 线 上 为 湿 分 配 管 允 许 值 , 线 下 为 干 分 配 管 允 许 值 ; ② 共 有 四 级 标 准 。 天 然 气 净 化 工 艺 过 程 除 脱 水 、 脱 硫 、 脱 碳 过 程 外 , 通 常 还 附 属 有 将 过 程中 生 产 的 酸 气 硫 回 收 过 程 及 其 必 要 的 尾 气 处 理 过 程 , 各 成 系 统 。 然 气 脱 水 水 是 天 然 气 中 主 要 的 杂 质 , 也 是 极 为 有 害 的 物 质 。 在油气田开发过程中,天然气总是被水所饱和。在 采 气 过 程 中 , 地 层 中 的水 也 被 带 到 地 面 。 水 的 存 在 给 生 产 带 来 的 危 害 , 一 是 腐 蚀 , 二 是 冻 堵 。 水分的存在,会造成管道积液,降低输气能力。水 的 存 在 加 剧 了 酸 性 组 分( 对 钢 铁 的 腐 蚀 , 并 可 能 发 生 硫 化 氢 应 力 腐 蚀 开 裂 及 二 氧 化 碳 腐蚀 开 裂 。 如 四 川 威 成 管 线 , 强 度 试 压 达 投 产 后 实 际 工 作 压 力 右 。 但 在 四 年 内 , 同 一 积 水 管 段 因 腐 蚀 相 继 发 生 三 次 爆 管 事 故 ,各 次 的 爆 点 均 在 管 内 气 水 交 界 面 所 形 成 的 腐 蚀 带 ( 死 角 ) , 并 发 现 管 壁 最 大腐 蚀 速 度 每 月 高 达 一 般 积 水 段 每 年 1 右 。 而 另 一 输 气 管 线 , 因所 含 水 分 微 弱 , 尽 管 天 然 气 中 硫 化 氢 含 量 较 威 成 管 线 高 , 管 线 却 腐 蚀 很 少 ,这 表 明 天 然 气 中 含 水 分 是 造 成 设 备 、 仪 表 和 管 线 破 坏 的 主 要 因 素 。 水 的 存 在也 必 然 造 成 气 温 较 低 时 形 成 水 花 物 冻 堵 , 导 致 输 气 中 断 。 如 大 庆 油 田 一 条 输气 管 线 投 产 三 年 , 由 于 当 时 未 对 天 然 气 进 行 脱 水 处 理 , 使 天 然 气 中 水 蒸 气 凝析 管 内 , 年 年 冬 天 造 成 水 化 物 堵 塞 , 迫 使 输 气 管 线 多 次 停 产 。 因 此 研 究 天 然气 的 含 水 量 和 采 出 相 应 脱 水 措 施 是 十 分 重 要 的 。 天 然 气 中 水 化 物 是 采 输 气 中 经 常 遇 到 的 问 题 。 如 果 水 化 物 在 油 管 中 生 成 ,会 降 低 井 口 压 力 , 影 响 产 气 量 , 防 碍 压 力 计 下 井 ; 水 化 物 在 井 口 针 形 阀 或 地面 管 线 中 生 成 时 , 会 使 下 游 压 力 降 低 、 防 碍 正 常 输 气 , 甚 至 堵 死 管 线 , 造 成断 气 , 严 重 时 将 造 成 危 及 人 身 与 设 备 安 全 的 重 大 事 故 , 所 以 采 气 工 艺 中 防 止水 化 物 的 生 成 是 很 重 要 的 的 工 作 。 然 气 水 化 物 的 生 成 及 其 预 防 在低温高压下,油田气中的某些组分和液态水形成一种白色结晶固体,外观类似于松散的水或致密的雪,密度为 ,人们称其为水合物。水合物是一种由许多空腔构成的结晶结构,它不是一种化合物,而是一种络合物或称包合物。水合物的形成对油田气的集输与处理威胁很大,会使输气管道和设备堵塞。因此,人们一直对它保持着高度警惕。 水 化 物 生 成 的 主 要 条 件 , 一 是 低 温 , 二 是 高 压 , 再 就 是 其 它 条 件 。 压 力的 波 动 、 气 体 流 向 突 变 产 生 的 搅 动 、 流 速 过 快 形 成 紊 流 、 酸 性 气 体 的 存 在 以及 微 小 水 化 晶 体 的 诱 导 等 , 都 能 加 速 水 化 物 的 生 成 。 预 防 水 化 物 生 成 的 方 法 如 下 : ① 提 高 节 流 前 天 然 气 的 温 度 。 如 果 节 流 压 降 不 变 , 提 高 节 流 前 天 然 气 的温 度 也 等 于 提 高 了 节 流 后 天 然 气 的 温 度 。 如 果 降 节 流 后 的 天 然 气 温 度 提 高 到高 于 水 化 物 生 成 的 温 度 , 预 防 节 流 后 水 化 物 生 成 的 目 的 就 可 达 到 , 具 体 加 温方 法 有 两 种 : 蒸 汽 加 热 法 和 水 套 炉 加 热 法 。 ② 注 入 抑 制 剂 预 防 水 化 物 生 成 。 在 气 流 中 加 入 吸 水 性 极 强 的 抑 制 剂 后 ,抑 制 剂 与 水 蒸 汽 结 合 形 成 冰 点 很 低 的 溶 液 , 使 天 然 气 中 水 蒸 气 含 量 减 少 , 降低 了 天 然 气 的 露 点 , 使 气 流 在 较 低 温 度 ( 50℃ ) 下 不 生 成 水 化 物 。 抑制 剂 的 种 类 很 多 , 有 甲 醇 、 乙 二 醇 、 二 甘 醇 、 氯 化 钙 水 溶 液 等 , 工 程 中 使 用最 多 的 是 乙 二 醇 。 由 于 这 种 方 法 水 仍 然 存 在 于 系 统 之 中 , 仅 在 存 在 井 下 冻 堵 的 场 合 使 用 ,为 了 达 到 防 腐 等 综 合 目 的 , 应 采 取 地 面 脱 水 工 艺 , 彻 底 解 除 水 患 。 我 国 目 前唯 一 的 干 含 硫 天 然 气 管 线 是 川 东 开 江 —长 寿 输 气 管 , 这 条 管 道 采 用 了 预 脱水 处 理 工 艺 , 保 持 天 然 气 在 最 高 压 力 、 最 低 温 度 条 件 下 水 分 仍 处 于 不 饱 和 状态 , 避 免 了 腐 蚀 、 爆 管 和 冻 堵 停 产 现 象 。 然 气 脱 水 方 法 天 然 气 脱 水 方 法 有 多 种 , 按 其 原 理 可 归 纳 为 溶 剂 吸 收 法 、 固 体 吸 附 法 和低 温 冷 凝 法 。 在 生 产 实 际 中 , 可 根 据 对 天 然 气 脱 水 深 度 的 要 求 选 择 适 当 的 脱水 方 法 。 目 前 , 最 常 用 的 是 三 甘 醇 吸 收 和 分 子 筛 吸 附 两 种 。 1. 溶 剂 吸 收 法 溶 剂 吸 收 法 的 基 本 原 理 是 利 用 溶 剂 对 天 然 气 、 烃 类 的 溶 解 度 低 , 对 水 的 溶 解度 高 和 水 汽 吸 收 能 力 强 的 特 点 , 使 天 然 气 中 的 水 汽 及 液 态 水 被 溶 解 和 吸 收 ,然 后 再 将 含 水 溶 剂 与 天 然 气 分 离 , 并 且 溶 剂 经 再 生 除 水 分 后 , 可 返 回 系 统 中循 环 使 用 。 用 作 吸 收 剂 的 物 质 多 为 分 子 量 较 高 的 醇 类 , 如 乙 二 醇 、 二 甘 醇 和三 甘 醇 。 甘 醇 脱 水 是 目 前 世 界 上 使 用 最 为 广 泛 的 脱 水 技 术 , 脱 除 1 需 要 甘醇 循 环 量 大 约 在 25~ 60L。 当 要 求 脱 水 后 的 气 体 露 点 降 低 到 40℃ 时 ,通 常 都 选 用 三 甘 醇 脱 水 。 三 甘 醇 脱 水 在 以 下 范 围 内 可 正 常 运 转 : 露 点 降 :22~78℃ ; 气 体 压 力 : 气 体 温 度 : 4~71℃ 。 几 十 年 的 天 然 气 工 业 生 产 实 践 证 明 , 由 于 使 用 二 甘 醇 和 三 甘 醇 时 甘 醇 的损 失 较 大 , 而 三 甘 醇 以 它 较 大 的 露 点 降 、 技 术 上 的 可 靠 性 和 经 济 上 的 合 理 性而 在 天 然 气 脱 水 中 使 用 最 普 遍 。 甘 醇 的 循 环 再 生 , 一 般 以 燃 烧 天 然 气 来 提 供 热 源 , 其 耗 气 量 为 装 置 处 理气 量 的 2%左 右 。 当 天 然 气 中 含 有 轻 烃 时 , 还 会 引 起 甘 醇 起 泡 , 使 甘 醇 的 损 失增 大 , 优 势 需 要 加 消 泡 剂 。 若 原 油 及 稠 油 进 入 装 置 , 将 使 设 备 运 转 发 生 故 障而 影 响 生 产 。 经 甘 醇 脱 水 后 , 天 然 气 的 露 点 一 般 在 左 右 , 故 在 气 候 严寒 地 区 和 轻 烃 回 收 制 冷 分 离 装 置 上 的 应 用 受 到 了 限 制 。 2. 固 体 吸 收 法 ( 分 子 筛 干 燥 法 ) 该 法 是 利 用 某 些 固 体 物 质 比 表 面 高 , 表 面 孔 隙 可 以 吸 附 大 量 水 分 子 的 特 点 来进 行 脱 水 的 。 脱 水 后 的 天 然 气 水 含 量 可 降 至 1这 样 的 固 体 物 质 有 分 子筛 、 活 性 氧 化 铝 、 活 性 铝 矾 土 和 硅 胶 等 。 常 用 于 天 然 气 脱 水 的 是 4A 分 子 筛 , 这 是 因 为 它 具 有 吸 附 能 力 强 、 低 水汽 分 压 下 高 吸 附 特 性 、 不 易 内 液 态 水 破 坏 的 特 点 , 而 且 可 同 时 脱 除 残 余 酸 气 。分 子 筛 吸 附 剂 可 再 生 , 利 用 改 变 温 度 和 压 力 的 方 法 , 即 可 使 吸 附 剂 再 生 和 循环 使 用 。 脱 水 工 艺 流 程 基 本 上 是 相 同 的 , 采 用 的 装 置 主 要 是 固 定 床 吸 附 塔 。 为 了保 持 连 续 运 行 , 至 少 需 要 两 个 吸 附 塔 , 一 般 是 三 塔 循 环 运 行 , 一 塔 进 行 脱 水操 作 , 另 一 塔 进 行 吸 附 剂 再 生 ( 用 加 热 的 天 然 气 使 被 吸 附 的 水 分 脱 除 ) , 一塔 冷 却 。 由于吸附剂的吸附饱和周期很短,切换操作频繁,而且再生过程需要消耗大量的热能,使用寿命也短,是不经济的。另外,由于其投资高,运行费用昂贵也使其应用受到了限制。 3. 低 温 冷 凝 法 天 然 气 的 饱 和 含 水 量 随 温 度 的 降 低 、 压 力 的 升 高 而 减 少 。 因 此 , 含 一 定量 水 分 的 天 然 气 , 如 果 使 其 温 度 降 低 时 , 就 有 一 部 分 水 和 凝 析 油 被 凝 析 出 来变 成 液 态 的 流 体 , 此 时 用 常 规 分 离 器 就 可 脱 水 。 这 就 是 低 温 分 离 脱 水 的 基 本原 理 。 低 温 分 离 法 一 般 都 作 为 辅 助 脱 水 措 施 。 因 为 依 靠 低 温 冷 凝 分 离 脱 水 , 此时 天 然 气 仍 处 于 饱 和 状 态 , 因 此 为 防 止 冰 堵 , 在 低 温 分 离 的 同 时 , 还 应 加 入某 种 防 冻 剂 ( 如 甲 醇 、 乙 二 醇 、 二 甘 醇 等 ) 吸 收 水 分 ,
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本文标题:油气集输工艺技术现状与展望-第三章-天然气集输
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