低滲透氣藏一體化集成氣體流量計應(yīng)用效果評價
發(fā)布時間：2019-09-11 發(fā)布作者：
摘要：蘇里格氣田西區(qū)屬于典型的低滲透氣藏，隨著氣田的持續(xù)開發(fā)，集氣站建站周期長、占地面積大、工藝流程復(fù)雜、維護(hù)內(nèi)容繁雜等問題突出，為適應(yīng)氣田低成本、高質(zhì)量發(fā)展要求，新型的集氣站一體化集成氣體流量計應(yīng)運而生。針對蘇里格氣田西區(qū)集輸特點，結(jié)合蘇47-3集氣站改擴建工藝要求，詳細(xì)介紹了一體化集成氣體流量計的使用功能及特點，通過蘇47-3集氣站現(xiàn)場運行情況，評價工藝流程的優(yōu)化及應(yīng)用效果，分析存在的問題及下步運行建議。現(xiàn)場生產(chǎn)運行證明，一體化集成氣體流量計滿足生產(chǎn)需要，適應(yīng)氣田滾動開發(fā)、高質(zhì)量建設(shè)的要求。
隨著氣田開發(fā)的不斷深入，開發(fā)區(qū)域由富集區(qū)逐步轉(zhuǎn)移至低品位區(qū)，地面工程建設(shè)主要面臨建設(shè)周期長、安全環(huán)保形勢嚴(yán)峻、占地面積大、建設(shè)成本高等困難。為確保地面工程建設(shè)更好地配套產(chǎn)能建設(shè)，集氣站一體化集成氣體流量計應(yīng)運而生，但是實際應(yīng)用過程中仍存在部分問題，本文針對蘇里格氣田47-3集氣站一體化集成氣體流量計應(yīng)用現(xiàn)狀，開展運行效果評價，為今后的一體化集成氣體流量計推廣應(yīng)用提供主要技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗。
1集氣站集輸工藝現(xiàn)狀
蘇里格氣田按照標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，集氣站天然氣集輸主要分為以下幾個單元：進(jìn)站區(qū)、分離器區(qū)、壓縮機區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)、氣田采出水罐區(qū)，如圖1所示。
集氣站天然氣集輸工藝流程為：井口來氣通過 進(jìn)站閥組進(jìn)入進(jìn)站總機關(guān)，再進(jìn)入分離器進(jìn)行氣液 兩相分離，經(jīng)天然氣壓縮機組增壓后通過流量計計量后外輸至下游，如圖 2 所示。
從圖2可以看出，集氣站工藝流程分布在多個區(qū)域。為優(yōu)化集氣模式及工藝流程，引入天然氣一體化集成氣體流量計。
2天然氣一體化集成氣體流量計
天然氣一體化集成氣體流量計并非簡單的設(shè)備拼裝或者設(shè)備橇裝，而是將各類不同工藝及功能的設(shè)備有機整合為安全性能高、自動化程度高、數(shù)字化程度高、機械化程度高、多功能集合的生產(chǎn)設(shè)備。
蘇里格氣田47-3集氣站一體化集成氣體流量計將標(biāo)準(zhǔn)集氣站內(nèi)的核心設(shè)備橇裝化，集中在占地48m2的底座上，根據(jù)集氣站不同生產(chǎn)單元的工藝特點及流程，將進(jìn)站總機關(guān)區(qū)、分離器區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)四個生產(chǎn)單元的進(jìn)站集氣匯總、緊急截斷、氣液兩相分離、自動排液、放空分液、閃蒸分液、計量外輸、自用氣供給、流程切換、智能控制、單獨運行、遠(yuǎn)程監(jiān)控12項功能集于一體。主要設(shè)備有電動三通球閥、組合式分離閃蒸罐、流量計、疏水閥、電儀系統(tǒng)、放空系統(tǒng)、自用氣分離器等[1-4]。
2.1電動三通球閥
標(biāo)準(zhǔn)化集氣站進(jìn)站總機關(guān)的集氣、放空、截斷三套生產(chǎn)流程通過不同閥門控制，控制節(jié)點多，管道布置復(fù)雜、占地面積大。采用電動三通球閥有效控制閥門數(shù)量，同時利用電動氣體流量計，有效實現(xiàn)遠(yuǎn)程緊急截斷和放空的功能，并且降低了進(jìn)站控制閥門數(shù)量。三通閥三種流程狀態(tài)如圖3所示。
一體化集成氣體流量計使用電動三通球閥共12個，其中10個安裝在一體化集成氣體流量計集氣干管處，組成進(jìn)站總機關(guān)的控制閥門組，規(guī)格為PN40、DN80，具備緊急切斷和流程切換的功能；另外2個為天然氣外輸電動三通球閥，規(guī)格均為PN40、DN200，具備流程切換的功能。
2.2組合式分離閃蒸罐
一體化集成氣體流量計將集氣站的分離器及閃蒸罐的功能有機集合起來，實現(xiàn)氣液分離、放空氣體閃蒸分離、采出水閃蒸分離三大功能，形成一套完整的組合式分離閃蒸罐，如圖4所示。通過隔板將一個腔體分解為分離和閃蒸兩個腔體，分離腔體綜合重力分離、旋流分離、過濾分離三種分離功能，分離精度完全滿足氣田集氣管道的輸送要求。閃蒸分液腔體綜合了放空分液、采出水閃蒸和放空水封的功能，整體上減少了設(shè)備數(shù)量和占地面積，縮短了氣體流量計長度2.7m。
分離腔的處理能力為50萬m3/d，工作壓力為1.0~3.6MPa，設(shè)計壓力為4.0MPa，處理精度達(dá)到60μm，分離腔長度為4.2m。
閃蒸腔采用雙筒結(jié)構(gòu)，上下筒通過聯(lián)通管相連，上筒體接收放空天然氣和采出水，放空天然氣在上筒體進(jìn)行氣液分離，分離出的液體和進(jìn)閃蒸腔的采出水在下筒體進(jìn)行閃蒸，閃蒸出的天然氣和放空天然氣經(jīng)出口水封筒后接至火炬，閃蒸后的液體排至氣體流量計外的采出水儲罐[5]。
閃蒸腔的處理能力為30萬m3/d，工作壓力為0.2~0.3MPa，設(shè)計壓力為4.0MPa，處理精度達(dá)到300μm，分離腔長度為3.7m。
2.3新型電儀接線箱
根據(jù)氣體流量計內(nèi)的用電點、數(shù)據(jù)采集點、控制點的數(shù)量和分布特點，定制了多功能配電箱和儀表接線箱，氣體流量計有接入電纜6路、配出電纜38路。
3天然氣一體化集成氣體流量計運行效果評價
3.1蘇47-3集氣站建設(shè)情況
蘇47-3集氣站位于蘇里格氣田西區(qū)，區(qū)塊氣井產(chǎn)液嚴(yán)重（平均液氣比大于0.85m3/萬m3），該站建于2011年，前期設(shè)計為清管站，主要設(shè)備有一具閃蒸分液罐（DN1000）、一套收球筒（DN400）、一具采出水罐（30m3）、一具放空火炬和一個阻火器平臺。該站采用上古儲層中低壓集氣工藝，2018—2019年計劃投產(chǎn)新氣井18口，配產(chǎn)14.4萬m3/d，鑒于該區(qū)域儲層含水，除原有閃蒸分液罐繼續(xù)配合使用外，新增一體化集成集氣氣體流量計一套、DPC2083型壓縮機組一套，集成集氣氣體流量計參數(shù)見表1。
主要工藝流程改造：將新增一體化集氣氣體流量計的閃蒸腔作為放空分液罐使用，放空總管接入閃蒸腔，將原有的閃蒸罐作為采出水閃蒸罐使用，天然氣一體化集氣氣體流量計分離腔排污管道接入排污總管，進(jìn)入采出水閃蒸罐；閃蒸腔排污與旁通排污管道、分離器腔應(yīng)急排污管道接入原閃蒸分液罐至采出水罐管道，直接排入采出水罐。
3.2蘇47-3集氣站擴建后運行效果評價
該站于2018年12月投產(chǎn)，目前投產(chǎn)氣井9口，平均日產(chǎn)氣量2.0萬m3，平均日產(chǎn)液3.1m3，一體化氣體流量計運行平穩(wěn)，日常維護(hù)工作量大幅降低，安全生產(chǎn)風(fēng)險環(huán)節(jié)減少，天然氣集輸流程簡易化，集氣站排污放空風(fēng)險大幅減低，氣液分離效果明顯，有效地優(yōu)化了地面工藝流程及氣田開發(fā)模式。
3.2.1優(yōu)化工藝流程
標(biāo)準(zhǔn)化集氣站采氣集輸工藝生產(chǎn)單元復(fù)雜，原工藝流程切換繁瑣，采用天然氣一體化集成氣體流量計后二者對比如圖5所示。
3.2.2提高設(shè)備自動化程度
天然氣一體化集成氣體流量計使用電動三通球閥12個，在疏水閥旁通加裝普通電動球閥2個，組成遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程截斷的自動化控制集合體。其中普通電動球閥執(zhí)行機構(gòu)控制接入數(shù)字化平臺實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在平臺添加智能控制程序，實現(xiàn)“高液位自動開啟，低液位自動關(guān)閉”的功能。該功能有效解決了原有分離器疏水閥的自動排液模式存在的問題，提高排液效率。
3.2.3減低數(shù)字化配屬附件
數(shù)字化布線采用集約化布置，配置多功能儀表箱及配電箱，電纜鋪設(shè)減少了32路，減少比率達(dá)85%。實現(xiàn)數(shù)字化線路大幅減少，線路鋪設(shè)風(fēng)險大幅降低。3.2.4減少設(shè)備占地面積標(biāo)準(zhǔn)化集氣站設(shè)計的進(jìn)站總機關(guān)區(qū)、分離器區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)四個生產(chǎn)單元的占地面積528m2，天然氣一體化集成氣體流量計占地面積僅48m2，占地面積降低90.9%，現(xiàn)場安裝圖如圖6所示。
3.2.5縮短施工周期
天然氣一體化集成
氣體流量計在現(xiàn)場安裝過程中與管網(wǎng)連接點共17處，而標(biāo)準(zhǔn)化集氣站與管網(wǎng)連接點達(dá)100余處，相比較而言，現(xiàn)場施工工作量降低80%以上；標(biāo)準(zhǔn)化集氣站進(jìn)站總機關(guān)區(qū)、分離器區(qū)、外輸區(qū)、自用氣區(qū)四個生產(chǎn)單元的建設(shè)周期由42d降低至30d，降低35%。前期氣體流量計設(shè)計時間降低25%。
3.2.6降低設(shè)備投資
天然氣一體化集成氣體流量計因?qū)?biāo)準(zhǔn)化集氣站的四個生產(chǎn)單元集約成一個，大幅降低了閥門使用數(shù)量、管路鋪設(shè)長度、儀表線路使用數(shù)量和現(xiàn)場維護(hù)費用。投資降低約20%。
3.3天然氣一體化集成氣體流量計運行存在問題及改進(jìn)措施
該氣體流量計目前總體運行平穩(wěn)，但是運行過程中存在部分問題。
3.3.1設(shè)備空間分布密集
因高度集成化的設(shè)備空間布局，造成設(shè)備間距過小，如疏水閥腔體與積液包的間距僅30cm，加之設(shè)備加裝保溫后，空間進(jìn)一步減小，影響正常操作，由此導(dǎo)致設(shè)備日常操作、日常維修和檢修時操作空間不足，維護(hù)難度增加。
改進(jìn)措施：充分考慮設(shè)備運行集成度的人性化設(shè)計，閥體之間預(yù)留距離應(yīng)大于1m，集氣干管間距大于1m。
3.3.2設(shè)備積液包利用率低下
集氣橇所采用的分離器為臥式雙筒分離器，屬于重力分離。該工藝流程對橇體自帶積液包體積有一定要求，充足的體積能保證游離水流出分離器前在積液區(qū)有足夠的停留時間，以便氣泡有足夠的時間上升至液面并進(jìn)入氣相。
該站氣井產(chǎn)液大（目前平均液氣比大于3m3/萬m3），疏水閥排液不及時，需普通電動球閥輔助排液，設(shè)備排液后液位較低值保持在50~60cm，這部分存液無法通過疏水閥排出，而積液包頂部對應(yīng)的液位值為67cm，這種設(shè)計導(dǎo)致了積液包的有效利用容積大幅減小，影響了分離效果。排液設(shè)備示意見圖7。
積液包容積：
V=πR2×L=2826（cm3）
實際利用空間：
V1={2arccos［（R-r）/R］/360×πR2-（R-r）×R2-（R-r）2}×L=658.7（cm3）
集氣橇積液包容積利用率：
I=V1/V=658.7/2826=23%
式中：V為積液包體積，cm3；V1為積液包實際利用體積，cm3；R為積液包半徑，cm；r為積液包實際利用半徑，cm；L為積液包高，cm；I為積液包容積利用率。
通過計算，設(shè)備積液包有效利用空間僅為23%，對高產(chǎn)液氣井來氣處理緩沖能力不足，容易因疏水閥排液不及時造成液位快速上升。雖然普通電動球閥智能控制功能能夠在一定程度上輔助排液，但未能從根本上優(yōu)化設(shè)備自動排液問題。
改進(jìn)措施：對于該設(shè)備的排液優(yōu)化不足問題，可通過降低疏水閥進(jìn)液口高度，增大集氣橇積液包有效利用空間，提高分離效果。
3.3.3電動排污線路設(shè)計存在缺陷
分離腔應(yīng)急排污（電動閥排污）排入采出水罐，且應(yīng)急排污未經(jīng)過疏水閥，遠(yuǎn)程開電動閥排污時易造成采出水罐進(jìn)氣情況，存在采出水罐帶壓、噴液風(fēng)險。
改進(jìn)措施：將疏水閥另一路排污流程改成去閃蒸罐排液流程，實現(xiàn)遠(yuǎn)程排污后進(jìn)入采出水閃蒸分液罐。改造前后的對比如圖8所示。
3.3.4壓縮機組自用氣進(jìn)氣管道設(shè)計存在缺陷
天然氣壓縮機組自用氣使用分離器出口管道來氣，通過電動三通球閥控制。當(dāng)壓縮機組正常運行時，該管道設(shè)計滿足運行要求，當(dāng)壓縮機組空載或者檢維修試機時，無法滿足自用氣使用要求，因電動三通球閥要求全開全關(guān)，而無法半開半關(guān)，導(dǎo)致壓縮機組無充足自用氣。
改進(jìn)措施：將天然氣壓縮機組自用氣管道上的電動三通球閥改成普通球閥，確保天然氣壓縮機組有充足的自用氣源。改造前后如圖9所示。
4結(jié)束語
（1）天然氣一體化集成氣體流量計完全能替代標(biāo)準(zhǔn)化集氣站四個生產(chǎn)單元的12項功能，并且優(yōu)勢突出，工藝安裝簡便，自動化程度高，運行安全可靠，維護(hù)工序減少。
（2）通過運行效果評價，該氣體流量計將原有工藝流程減少80%以上，設(shè)備占地面積降低90.9%，建設(shè)周期降低35%。
（3）電動三通球閥的使用有效減少現(xiàn)場控制節(jié)點，減化管道布局，提高了安全風(fēng)險控制。
（4）該氣體流量計的投用有效降低了維護(hù)費用、維護(hù)強度和用工數(shù)量。
（5）不同地質(zhì)條件區(qū)域應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況針對性開展設(shè)計，提高設(shè)備現(xiàn)場實用性。
（6）蘇47-3集氣站應(yīng)用的天然氣一體化集成氣體流量計運行效果良好，能適應(yīng)低滲透氣藏集氣站集輸模式，建議推廣應(yīng)用。
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