塔河油田测试天然气回收技术的研究与应用 史继伟

塔河油田测试天然气回收技术的研究与应用史继伟
发表时间：2018-05-15T10:42:36.810Z 来源：《基层建设》2017年第35期作者：史继伟朝鲁门陈亮胥猛李宁[导读] 摘要：测试放空天然气主要来源于气井测试和集输处理系统伴生气因地理位置、技术或经济等原因而难于集中收集与利用，现阶段塔河油田测试阶段的天然气采取直接放空燃烧，塔河油田处于环境敏感地区，往往单井周围有大量的胡杨林和红柳等植被，这样做既浪费了资源，也存在极大的环境污染和安全隐患。

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摘要：测试放空天然气主要来源于气井测试和集输处理系统伴生气因地理位置、技术或经济等原因而难于集中收集与利用，现阶段塔河油田测试阶段的天然气采取直接放空燃烧，塔河油田处于环境敏感地区，往往单井周围有大量的胡杨林和红柳等植被，这样做既浪费了资源，也存在极大的环境污染和安全隐患。

通过调研分析，传统工艺在开展测试天然气回收利用方面，从回收工艺的可操作性和经济性两方面考虑，传统工艺均存有明显不足。

本文结合塔河油田实际，在原有测试流程基础上进行优化，满足测试天然气回收的工艺要求。

目前该工艺已经在塔河油田多口高压气井得到应用，取得了良好的环境和社会经济效益。

关键词：塔河油田；测试天然气；回收
前言：为满足塔河油田胡杨区块、九区、雅克拉凝析气田对测试天气回收的需求，本文详细的阐述了回收所需的设备、工艺设计和风险点控制措施。

形成了一整套符合塔河油田实际的测试天然气回收技术规范，填补了塔河油田在测试天然气回收方面的空白，并在实际生产中取得了良好的环境和社会经济效益。

1、开展测试天然气回收的主要技术难点和风险点
在塔河油田胡杨区块、九区、雅克拉凝析气田开展测试施工时，施工一般按照技术要求选取高压油气井测试流程开展测试，其测试流程主要包括和采气树级别相同的法兰管线、和采油树级别相同的油嘴管汇、同心管、高压三相分离器、锅炉、热交换器、计量罐、自动点火装置及必要的转换接头和法兰。

为提高设备利用率降低成本，在开井放喷期间测试流程不具备天然气回收的能力，只有在该井确定转入系统测试期间才会要求安装回收流程。

在保障安全的前提下，为了尽量产生最大的社会经济效益，要求在设计测试天然气回收流程时尽最大的可能将原有测试流程利用起来，这样做的技术难点主要为以下4个方面：
（1）天然气回收期间由单井到集输站的摩阻计算、进站压力的确定、集输站回收能力，以上三个因素将直接确定分离器分压的控制及防空的天然气量。

如何准确的计算并确定以上数值。

（2）系统测试期间最重要的就是产量的准确计量，如何准确计量回收和放空的气量并将误差控制到最小也是施工的难点。

（3）回收期间一旦集输站出现异常需要停止进站，怎样及时的将进站天然气进行快速放空，确保集输站的安全运行。

（4）回收期间回收管线一旦发生冻堵等会导致管线和分离器憋压的情况，怎样保证回收流程和分离器等设备的安全。

2、回收期间高压分离器的分压的确定
回收期间高压分离器的分压确定主要取决于单井到集输站的摩阻、进站压力及集输站的回收能力，因此确定好这三个数据可以确定所配备分离器的压力级别及回收期间的分压控制范围。

2.1将天然气在馆内的流动考虑为稳定的一维问题，由质量、动量和能量守恒方程，结合实际流体的比焓梯度方程，就可以得到4个带求未知量为p、T、v和ρ的方程组（见图1）：
式中ρ为流体密度、z 为距离、v为流速、p 为压力、g 为重力加速度、θ为管线与水平方向的夹角、f 为摩阻系数、q为单位长度控制体在单位时间内的热损失，Zg 为气体偏差系数, M 为气体分子量，T 为温度。

由状态方程可求出相应的气体密度及速度，采用四阶龙格—库塔法求解上述常微分方程组，就可以得到地面管线的压力和温度，实际操作中，可用计算机软件完成这个计算过程。

2.2在测试天然气回收的流程中我们选用了惠博普18MPa高压三相分离器和CAMERON喀麦隆9.8MPa分离器进行测试天然气回收，两台分离器分别采用丹尼尔测气装置进行测气，数据采集采用两套精度为0.5‰的Expro有线数采。

两套数采分别计算回收天然气的气产量和放空天然气的气产量，两者相加为该井的天然气产量。

以塔河油田HY区块的某井为例，其生产校核数据见表1:
为了能够安全的完成回收工作，需要制订详细的操作方案和流程：
3.1测试现场和集输站建立通讯联系，保证电话和对讲机两种通讯方式清晰可靠。

若回收管线超压，采油厂流程安全阀打开紧急泄压。

如果回收管网出现异常或接集输站通知暂停进站，则立即打开X2号阀门，关闭X1阀门。

3.2测试现场准备好化学注入泵和足够的乙二醇，当发生流程冻堵时及时加注乙二醇。

测试期间做好门岗，严禁无关人员进入井场，严禁将手机火种进入井场。

3.3开井回收天然气的操作程序
确认进站管网试压合格，安全阀处于工作状态，集输站进口阀门处于关闭状态。

提前将锅炉压力烧至0.6MPa，锅炉处于待命状态；开井前对热交换器盘管预热不少于15分钟。

关闭回收流程X1阀门，打开X2、X3阀门，二级分离器调控到工作状态，进一级分离器求产。

调试一级分离器至少量气进入二级分离器状态，保持两级分离器状态稳定。

打开收流程X1阀门，缓慢关闭X2阀门，管网建压。

管网压力达到
8.5MPa时，与集输站确认管网压力符合进站要求后开启集输站进口阀门。

观察回收管线温度情况，适时泵注乙二醇防冻剂。

4、测试天然气回收的其它安全设置
4.1在进行天然气回收工艺的设计时考虑到整个测试回收流程的安全，将地面安全阀（ESD）、紧急泄压阀（MSRV）、定压释放阀、单流阀及集输站管线安全阀设计在流程中，分段按照压力级别的不同分别保护井口-管汇、管汇-分离器、分离器-集输站、集输站管线安全。

根据不同管线的试压级别的不同，将其压力级别分别设置为105MPa、35MPa、16MPa和14MPa。

保证在全流程实现安全设置，保护流程安全。

4.2考虑到气井测试时极有可能会出现天然气水合物，根据以下公式可以计算出加热天然气所需要的热量, 根据需要的热量可以调整锅炉和热交换器所需的热量：
式中W 为加热天然气所需的热量(kW)、T1 、T2 为天然气加热前后的温度(℃)、Qg 为管线输气量(×104 m3 /d)、Cp 为天然气定压比热(kJ/(kg•℃))、rs 为天然气基准状态下的密度(kg/m3)。

通过以上公式可以选择合适的热交换器进行工作。

4.3除此之外还选择了多级节流的方法进行控压，减少冻堵的发生。

在保证下流压力小于上流压力的0.546倍的情况下使天然气达到临界状态，这样既不会影响测试工作制度，还可以有效的减少冻堵的发生。

除了实现多级节流外，及时加注乙二醇也能够有效的减少冻堵的发生。

在实际的操作中，我们将乙二醇的注入量控制14-16L/h。

4.4惠博普18MPa高压三相分离器和CAMERON喀麦隆9.8MPa分离器都选择先导式安全阀作为分离器的保护装置，经过校验的安全阀能够很好的起到保护分离器的作用，一旦安全阀不工作，两台分离器还配备有破裂盘作为安全屏障，起到保护两台分离器的作用。

5、测试天然气回收工艺在塔河油田的应用及效果评价
测试天然气回收工艺已经在塔河油田胡杨区块、九区、雅克拉凝析气田的多口高压气井开展了应用工作，由于在实际的工作严格按照设计进行了作业，回收过程安全平稳运行。

已经累计回收天然气254×104m³，回收过程中分离器压力最高达到7.8MPa,实际的分离器操作压力及管线温度和前期的设计计算十分的吻合。

经过实际的检验该测试天然气回收流程能够很好的适用于塔河油田对社会经济效益和环境保护的双重要求，值得在今后的工作中进行推广应用。

参考文献：
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[2]周天春,陈世军.高压高产气井新851井测试工艺控制技术[J].天然气工业,2002,22(3):76-77.
[3]丁亮亮，练章华，林铁军，魏臣兴，建军.川东北高压、高产、高含硫气井测试地面流程设计，油气田地面工程 2010.10.002。