复热外输技术在大牛地气田应用时机预测

季永强 王海琴

1中国石化华北分公司勘探开发研究院；2长江大学石油工程学院 3中国石油大学（华东）储建学院

复热外输技术在大牛地气田应用时机预测

季永强1；2 王海琴3

1中国石化华北分公司勘探开发研究院；2长江大学石油工程学院 3中国石油大学（华东）储建学院

大牛地气田采用单井高压进站，站内加热二级节流，低温制冷脱水的地面集气工艺。为解决气井压力逐渐降低导致外输气水露点不达标的问题，采用小压差复热外输技术使原料气经换热产生足够大的温降，以保证外输气的水露点指标。经过比较各集气站的外输气实际水露点与要求水露点的差异，根据气田天然气节流的压降温降规律，以及集气站压力降低速率趋势，预测了冬、夏两季换热器的应用时机。

天然气；复热外输；水露点；换热器；时机预测

大牛地气田地面集输采用单井高压进站，站内加热，二级节流，低温制冷脱水工艺。一级节流后压力控制在4.9～5.4MPa之间。随着气田气井压力的逐步降低，集气站内可用的节流压差逐渐变小。当气井压力下降到一定程度时，将不再有足够的可利用的压力进行节流制冷脱水，外输气水露点将逐渐上升至不达标。针对这一变化趋势，气田采用小压差复热外输技术[1-2]来解决这一问题。

1 复热外输工艺流程

复热外输工艺是指通过小压差节流使天然气产生一个小温降，以此温降作为换热器冷端温差。通过利用高效换热器，选取足够大的换热器面积，使原料气在此小冷端温差下经换热产生足够大的温降，以解决随着气井压力的逐渐降低带来的天然气脱水深度不足的问题，保证气田生产一定阶段内外输天然气水露点的指标要求。

大牛地气田集气站内天然气复热外输工艺流程如图1所示。

图1 复热外输工艺原理流程

与传统的二级节流工艺相比，大牛地气田集气站内换热器增设于二级节流前，利用二级节流小压差（二级节流压差控制为0.4～0.5MPa）产生的温降实现复热外输，即将二级节流前的天然气与二级节流降温后的天然气进行换热，回收外输天然气携带的冷量对二级节流前天然气进行预冷，弥补了由于气井压力下降导致的一级节流冷量的不足，降低了二级节流的压差，延缓气田增压的实施。

2 集气站出站天然气的水露点

大牛地气田的天然气经陕京二线转输榆济管线，交气压力要求均为4MPa，集气站外输压力需保持在4.53～5.45 MPa；气田管线埋于冻土层以下，环境温度冬季按0℃考虑，夏季按5℃考虑。因此，根据《输气管道工程设计规范（GB 50251—2003：13）》规范要求，冬季和夏季外输气水露点要求分别为-5℃和0℃。

大牛地气田集气站二级旋流分离器至出站计量管线均设有保温措施，因此可近似取旋流分离器温度作为天然气出站水露点温度。在冬、夏两季分别对比各集气站天然气出站水露点与要求水露点。对比结果分别见图2、图3。从图2、图3可以看出，冬季各集气站天然气实际出站水露点均不能达到外输露点要求，而夏季除34站以外均达不到外输露点要求。

图2 冬季天然气实际出站水露点与要求水露点的比较

图3 夏季天然气实际出站水露点与要求水露点的比较

3 天然气节流温降趋势

大牛地气田采用节流膨胀脱水工艺，节流后天然气水露点取决于天然气的节流压降和节流前的温度。随着压力的降低，温降系数逐渐增大。天然气为5～10MPa时的平均节流温降系数为4～5℃/MPa。复热外输技术在10#集气站的先导试验表明，换热器实施后将二级节流入口温度降低了12～15℃左右。按二级节流压差0.5MPa计算，可以将节流温降系数增加为29～35℃/MPa左右。可见，换热器实施后，利用较小的节流压差便可解决天然气外输水露点的问题，同时节约了相当一部分的地层能量。

4 换热器的极限应用时机

根据各集气站出站水露点与外输要求水露点偏差以及节流温降的变化趋势，可以计算出集气站欠缺的压力，结合各集气站压降速率，便可以预测在气田实际生产中实施换热器的时机。

表1为冬、夏两季换热器应用时机的实际预测情况。

由表1中可以看出，33个集气站中，除1#、3#、4#、7#、10#、15#、16#、28#、34#共9个集气站外，其余集气站夏季换热器应用时机均早于冬季。结合站内操作流程可知，这是由于夏季因来气温度较高（夏季平均进站温度16℃），站内加热炉普遍停用，导致节流后温度相对较高，无法满足脱水深度要求。而冬季来气温度虽然较低（冬季平均进站温度5℃），但加热炉出口处无温度计插槽，依靠一级节流后温度计无法精确控制加热程度，出现加热炉使用过度也会导致节流后温度相对较高，也将无法满足脱水深度要求。因此，复热外输技术的应用，可保证一定时期内集气站外输气水露点满足要求。

5 结语

对大牛地气田各集气站复热外输技术的应用时机预测分析表明：①大牛地气田集气站换热器的应用时机夏季普遍早于冬季；②安装换热器这一辅助生产工艺，能够在一定时期满足低压条件下的低温分离生产需求，延缓增压设备或其他辅助设施的安装时间；③建议进行加热炉停用极限条件研究，冬季在保证一定注醇量的情况下再结合进站温度与井口压力情况停用加热炉。

表1 换热器实际应用时机预测

[1]李时宣，冯凯生．天然气小压差节流制冷脱烃工艺技术[J]．油气田地面工程，2005，24（7）：17-18.

[2]李莲明，于浩杰．小压差大温降工艺在榆林气田的应用[J]．天然气工业，2006，26（6）：137-138.

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.035