长庆气区榆林气田南区地下储气库建设地面工艺_工程实践

摘要

摘要：为了满足天然气调峰、事故应急和战略储备的需要，中国石油天然气股份有限公司拟在长庆气区建设我国最大规模的地下储气库(120×108m3)，包括靖边气田陕45井区和榆林气

摘要：为了满足天然气调峰、事故应急和战略储备的需要，中国石油天然气股份有限公司拟在长庆气区建设我国最大规模的地下储气库(120×10⁸m³)，包括靖边气田陕45井区和榆林气田南区等。为此，针对长庆气区榆林气田南区特点，提出了“分散增压、井丛布置，双向输送、多级节流，中压采气，开工注醇，低温分离，分散净化、干气输送”的地下储气库建设地面工艺，并提出2点建议：①在注气过程中，压缩机出口压力随地层压力升高而升高，变化幅度很大，建议工艺设计要充分适应这种变化；②采出气的压力和组分在不断变化，将对净化工艺产生影响，建议进行分期建设，初期建设规模不宜过大，以提高净化装置的适应性。

关键词：长庆气田；地下储气库；地面工艺；增压；节流；注醇；低温分离；净化

我国地下储气库建设起步较晚，真正开始研究地下储气库是在20世纪90年代初，目前正在使用中的地下储气库只有大庆喇嘛甸地下储气库和大张坨地下储气库。喇嘛甸地下储气库是2000年我国建成的第1座正规地下储气库，之后为保证北京和天津两大城市的季节性调峰需求，在天津市附近的大港油田利用枯竭凝析气藏建成了大张坨地下储气库，总的调峰气量为20×10⁸m³左右^[1～7]。2010年1月21日，中国石油天然气股份有限公司规划了总工作气量为244×10⁸m³的储气库建设目标，要求立即启动长庆气区靖边气田陕45井区和榆林气田南区等地下储气库前期研究工作，长庆气区总储气规模为120×10⁸m³。为此，对长庆气区榆林南区地下储气库地面工艺进行了初步探讨。

1 榆林南区地下储气库建设地面工艺

1.1 地下储气库总体工艺描述

经过多方案的比较和经济技术的对比，长庆气区榆林南区地下储气库初步拟采用的总体工艺如图1所示。

1.2 注气增压工艺

对井口增压、分散增压、集中增压和两级增压进行了分析对比，分散增压工艺具有高压管线数量少、便于注采管线合一设置、运行风险低、投资低等优点，故采用分散增压工艺，将增压站与集注站合建。

注气压缩机选用往复式压缩机。与离心式压缩机相比，往复式压缩机出口压力高、压比大，出口压力、流量变化范围大，其适应性、运行上的调配性都更能适应注气压缩机的操作工况条件，且往复式压缩机在注气效率、操作灵活性、能耗等方面也比离心式压缩机具有更多的优势。压缩机驱动方式选用电机驱动，具有投资及运行费用低，单台机组功率大，设备投资较低等优点。

1.3 采出气净化工艺

榆林气田天然气中不含H₂S，且C0₂含量低，仅需脱油脱水进行水烃露点控制。目前水烃露点控制工艺最成熟、应用最广的是低温分离工艺，即将天然气冷凝至水烃露点以下某一温度，得到一部分凝析水及富含较重烃类的液烃(天然气凝液或凝析油等液体)，并在此温度下使其与气体分离^[8～9]。

与集中净化工艺相比，分散净化工艺可以降低管理难度和风险，并且可以充分利用集注站的公用设施和辅助系统，降低投资。因此，采用分散净化、干气输送工艺，分散设置多座天然气处理厂，与集注站合建，净化工艺如图2所示。

采气初期，利用地层压力，采用节流制冷低温分离工艺；采气后期，地层压力不足以满足节流制冷要求时，采用丙烷制冷，集注站外输天然气气质满足国家商品气的要求。

1.4 天然气水合物抑制工艺

当湿天然气压力较高或温度较低时，都易形成天然气水合物，必须加入天然气水合物抑制剂。在开工初期，虽然井口温度较高，但管线温度场未建立，也有生成天然气水合物的可能。采用注入甲醇不回收工艺，采用移动注醇车以节省投资；在净化工艺的低温分离段，采用注入乙二醇并回收的工艺，与注甲醇工艺相比，具有占地面积小、投资低、环境污染小、能耗小、运行费用低等优点。

1.5 多级节流工艺

综合考虑了控制采气压力、降低C0₂分压、净化工艺、天然气水合物抑制工艺及外输压力的要求，采用中压采气、三级节流工艺。采气初期，井口一级节流后压力控制为14MPa，优点是只需在井口开工初期临时注醇，一旦温度场建立就可以不用注醇，减少注醇量；进站后经过第二级节流后，压力降为9MPa，优点是水烃露点控制装置运行压力变化幅度小、设计压力低，可以提高装置的安全性和可靠性；第三级节流通过J-T阀节流后压力降为5.8MPa，以获得低温，达到外输的要求。采气系统初期节点压力示意图见图3。

采气后期井口最低压力为6.4MPa，集注站进站压力为5.8MPa。采气系统后期节点压力示意图见图4。

1.6 双向集输工艺

1.6.1注采干线

注采干线是由集配气总站至各集注站间的输气干线(图5)。注气时，气源来气在集配气总站根据集注站注气能力进行分配和计量，通过注采干线进入集注站；采气时，各集注站来净化气通过注采干线输往集配气总站汇集，经外输管线统一外输。注采干线采用注采合一工艺，满足双向输送。

1.6.2气井注采管线

气井注采管线是由集注站至井场的管线。注气时，集注站增压后的天然气经注采管线输送至井口，经计量后注入地下储气库；采气时，天然气经井口节流阀并计量后通过气井注采管线反向输送至集注站。由于榆林气田不含H₂S，且CO₂含量不高，不产水，注采管线可以采用一条管线，具有流程简单、投资低、管线建设工程量少、建设周期短等优点。

1.6.3双向节流工艺

节流阀采用轴套式结构，可实现双向流动和密封。采气期节流时，通过活塞移动堵塞笼套上的通气孔进行流量调节；反向输送时，笼套上的通气孔可全开实现通气，压力损失仅0.1MPa，也可实现0.3MPa的压力调节。

1.6.4双向计量工艺

计量工艺采用靶式流量计，可以实现双向连续计量。

采用双向集输工艺，注采管线数量少，可以简化流程，降低投资。

1.7 气井进站工艺

榆林南区地下储气库注采井为水平井，采用1～5口单井和丛式井相结合的部署方案，地下储气库气井进站采取串接进站工艺，可以避免单井或2口井直接进站，减少管线数量、缩短施工周期和降低工程投资等优点。但为了控制管线壁厚不超过30mm，串接井数原则上不超过5口。气井进站工艺示意图如图6。

2 结论与建议

长庆气区榆林南地下储气库地面总体工艺可初步概括为“分散增压、井丛布置，双向输送、多级节流，中压采气，开工注醇，低温分离，分散净化、干气输送”的总体工艺。

在注气过程中，压缩机出口压力随地层压力升高而升高，变化幅度很大，建议在工艺设计中要充分考虑适应这种变化；采出气的压力和组分在不断变化，将对净化工艺产生影响。建议进行分期建设，初期建设规模不宜过大，以提高净化装置的适应性。

参考文献

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[9] 郭揆常.矿场油气集输与处理[M].北京：中国石化出版社，2007

(本文作者：刘子兵张文超林亮薛岗中国石油西安长庆科技工程有限责任公司)