枯竭油气藏地下储气库地面工程技术研究.pdf

第 4 2卷第 8期 2 0 1 3年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 2， N o ． 8 A u g u s t ， 2 01 3 枯竭油气藏地下储气库地面工程技术研究 刘人玮，程 涛，万宇飞 中国石油大学 北京 ， 北京 1 0 2 2 4 9 摘 要 枯竭油气藏储气库是 目前最常用、最经济的一种地下储气形式。 大庆喇嘛甸储气库和天津大张坨 储气库根据各自特点， 采用了先进 、 可靠的工艺和运行方法， 使储气库地面工程技术上了一个新台阶。对上述 两大气库的基本情况、 采取的主要工艺流程以及技术特点进行了沦述， 进而提出储气库地面工程建设的几点认 识 设备标准化及撬装化成发展趋势； S C A D A系统和现代测量技术广泛应用；地下储气库建设相关标准、规 范滞后 ；储气库防冻任务具有特殊性。 关键词 储气库 ；地面工程；枯竭油气藏；防冻技术 中图分类号 T E 8 2 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 一 o 4 6 o 2 0 1 3 O 8 一 l 1 3 1 0 3 S t u d y o n S u r f a c e En g i n e e r i n g o f Un d e r g r o u n d Ga s S t o r a g e i n De p l e t e d Hy d r o c a r b o n Re s e r v o i r s L I UR e n we i ，C HE NG T a o ，W A NY u -f e i C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m Be ij i n g ， Be ij i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e d e p l e t e d h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r i s t h e mo s t c o mmo n a n d e c o n o mi c a l me an s f o r u n d e r g r o u n d g a s s t o r a g e D a q i n g L a ma d i a n g a s s t o rag e a n d T i anj i n Da z h ang t u o g a s s t o rag e a d o p t e d a d v anc e d and r e l i a b l e t e c h n o l o g y a c c o r d i n g t 0 i t s o wn c h a r a c t e r i s t i c s ． I n thi s P a D e r , b a s i c s i t u a t i o n ， p r o c e s s fl o w a n d t e c hn i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f the t wo s t o rag e s we r e d i s c u s s e d ．B y c o mp r e h e n s i v e an a l y s i s o n s u r f a c e e n g i n e e r i n g o f the s e g a s s t o r a g e s ，i t C an b e c o n c l u d e d tha t s t a n d a r d i z a t i o n and s k i d ． mo un t e d d e s i g n are i n e v i t a b l e缸 le f I d o f d e v e l o p me n t ；Mo r e o v e t h e d e p l e t e d h y d r o c arb o n r e s e r v o i r h a s i t s un i q u e c h a r a c t e ris t i c s i n an ti f r e e z e t a s k ． Ke y wo r d s Ga s s t o r a g e ； S u r f a c e e n g i n e e r i n g ； De p l e t e d h y dro c arb o n r e s e rvo i r ； An tif r e e z e t e c hn i q u e 2 0 1 2 年 1 O 月 3 1 日， 国家发改委发布 天然气 利用政策 ， 提出要加大地下储气库等调峰设施的建 设。枯竭油气藏储气库作为 目 前最常用、最经济的 一 种地下储气形式，是储气库建设的重点。大庆喇 嘛甸地下储气库为气顶油藏地下储气库，是国内投 产最早的地下储气库 ，自 1 9 7 5年建成运行至今 。 天津大张坨地下储气库为凝析气藏地下储气库 ，为 国内第一座大型的、 具有季节调峰功能的储气库嘲 。 这些储气库根据各自的特点，采用了不同的工艺技 术，为类似储气库建设提供了一种模式，整套工艺 技术对今后其他储气库建设具有较大的参考价值， 是国内枯竭油气藏天然气地下储气库的代表。 1 大庆喇嘛甸地下储气库 1 ． 1 储气库概况 喇嘛甸储气库构造位于喇嘛甸气顶北部，4条 断距为 l ～ 2 m， 长度 0 ．5 k m的小断层分布在构造的 北侧和西部， 一个 6 0 m长未经开发的纯油过渡带将 其包围，紧邻过渡带的是采用注水开采的油环，整 个储库被封闭带包围唧 。储气库储气层位于喇嘛甸 油藏上部气顶的一部分，受构造控制，为非均质层 状砂岩气顶油藏，具有统一的水动力系统。构造顶 部形成气顶，储气库垫底气完全为气顶气，在注气 前， 储层孔隙已被气顶气饱和过， 不会产生 “ 死气” 即注入后采不出的气 ， 因此在不发生油气互窜和 内部泄漏 的情况下 ，注人气 的采收率 可达到 1 0 0 ％ 。 大庆喇嘛甸储气库于 1 9 7 5 年建造的， 其 日 注气能力为 1 0 0 X 1 0 4 m ，年注气能力 1 ．5 X 1 0 8 m 3 ， 库容量 动用地质储量 3 5 ． 7 X 1 0 。 m [ 1 1 。 1 ． 2主要工艺流程 由喇二压气站来的浅冷天然气 3 0 o C， 0 ． 7 ～ 0 ． 9 M P a ， 首先进行计量， 然后经过分离缓冲罐， 经脱 硫后在压缩机组 中增压 5 O ℃，l 1 1 2 MP a ，过 滤分离器脱除气体液滴后，送至分配器，随后进行 计量，送到注气井井场。 井场设有甲醇注入和过滤分离设备，配气间装 有采气油嘴。 一级分离器将回采气的凝液分离出来 ， 计量后通过油嘴降压至 1 ．6 M P a 。单井气降压后进 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 2 1 作者简介 刘人玮 1 9 8 9 - ，男，辽宁锦州人 ，中国石油大学 北京 在读研究生，从事石油天然气储运方面研究。E - m a i l I r w 0 9 2 5 1 6 3 ． c o m 。 1 1 3 2 当 代 化 工 入混合器，经二级分离后压力降至 1 ．3 M P a ，随后 配出至喇二压气站站外 阀组。两级分离器分离出的 富甲醇溶液由甲醇富液储罐，输至回收橇再生，处 理后的贫液可以循环使用嘲 。 1 ． 3 主要技术特点 1 大庆天然气为含硫天然气，H z s含量为 2 8 ．4 ～ 2 4 5 m g ／ m 。 该工程中选用活性炭 干法 脱硫 技术， 并采用 3 0 1 8 改性活性炭脱硫剂， 脱硫 目 标为， H 2 S含量小于 2 0 m g ／ m ’。 。 2 气体本身携带一定的油蒸气、 水蒸气等杂 质 ，气体经压缩机后因压缩机密封不严又混入机油 和有机碳 。压缩机出口的两台捕雾器仅能捕捉 1 0 1 0 0 m的雾滴， 加之捕雾器陈旧， 处理效果不 佳。目 前采用气体过滤分离器取代两台捕雾器，该 过滤分离器具有除尘效率高，阻力小、耐高温、耐 腐蚀等优点 。过滤效率在直径大于 3 m的颗粒 脱除率在 1 0 0 ％，0 ． 5 ～ 3 m的颗粒为 9 9 ． 5 ％嘲 。 3 为防止管道冻堵， ①分别由高压柱塞泵和 甲醇雾化器按一定比例向采气管道中注入甲醇，以 降低天然气露点；②气井管道采用电伴热带对管道 加热嘲 ；③采用清管器清理管道污物，防止管经过 小造成的节流 。 2 大张坨凝析气藏改造地下储气库 2 ． 1 储气库概况 大张坨地下储气库位于大港油田板桥油气田， 是大张坨凝析气田改造建成。其构造形态为一鼻状 构造，其上半部分由断层遮挡， 并与砂岩尖灭形成 断层岩性复合圈闭。圈闭面积为 1 2 k m 。储气库设 计运行压力为 2 9 1 5 M P a ，设计工作气量为 6 X 10 m 。 ，最大 日 采气量 7 0 0 l 0 4 m ， 2 0 0 0 年底建成投产。 实际运营中，最高压力达到 3 1 ．5 M P a 2 0 0 5年 l 1 月 2 0日测压 ， 最低压力达到 1 1 ． 8 5 MP a 2 0 0 5年 3 月 1 5日测压 ，最高紧急 日调峰量 9 8 4 X 1 0 4 m [ 8 1 o 2 ． 2主要工艺流程 陕京线来气压力为 2 ．2 M P a ，经旋风分离器和 高效过滤设备，除去陕京气中夹带的粉尘和杂质； 通过调整燃气发动机驱动的往复式注气压缩机组运 行台数和运行方式 ，将天然气工况调整至注气工况 注气压力范围 1 8 ． 5～2 6 ． 1 MP a ，注气量范围 1 8 0 10 4 ～ 3 5 0 1 0 4 m ／ d ；经压缩机自带润滑油过滤分 离设备 ，空冷器冷却后注入地下。 工程中， 井 口工艺采用节流流程注防冻剂工艺 。 井口间歇地、 适时地、 短时间地在单井井口注甲醇， 天然气经油嘴一次降压至集气管道汇合处 3 8 ．5 ℃，7 ． 2 MP a ；经生产分离器分离出天然气中的凝 析油后，天然气进人集注站处理，凝析油进联合站 处理。 天然气注醇 乙二醇 后 ， 经预冷器冷却 2 5 ℃ ，板翅式换热器换热 6 ． 6℃ ，7 ． 1 MP a ，节流 后进入低温分离器 一 4 ． 2℃，4 ． 8 MP a ；低温分离 器分离出气相经换热器复热后 2 0℃，4 ． 8 M P a 由双向输气管道输至大港外输首站，进入陕京输气 管道； 分离后由凝液加热器对凝液进行复热 1 0 cI ， 4 ． 8 M P a ，然后通过富乙二醇分离器进行乙二醇水 溶液、凝液和气三相分离，将分离出的凝液和气混 合，最后进入联合站进行处理，乙二醇水溶液去乙 二醇再生系统再生口 】 。 2 ． 3 主要技术特点 1 储气库采出气中含水、 含烃量不高且逐年 递减 ，并且露点装置天然气有充足的压力 ，工程采 用注乙二醇和 J T阀节流制冷的方法控制天然气露 点以满足外输要求。 2 集注站脱水装置有两部分组成 ，包括 1 套大型装置 5 0 01 0 m ／ d l l 1 套小型装置 1 2 0 l 0 4 m ， 采气初期和末期由于用气量较低， 投运小 型装置，采气中期用气量高，投运前者，用气高峰 时两个装置同时投运 。 3 集注站采用的是高效换热 州 节流工艺， 集输管线则采用高压不保温工艺。采气末期压能较 低时，为满足采气中期 、末期外输天然气气质的要 求 ，用丙烷制冷压缩机辅助制冷 ，天然气外输烃露 点能够控制在一 5℃以下 】 。 4 为了保证安全供气 ， 露点控制装置还设计 了事故流程 ，即在露点控制事故状态下 ，为保证正 常供气，集气站来气注入甲醇后直接越站外输 。 5 调峰采气初期， 压力高、 温度低， 而干气 外输压力低 ， 造成脱水装置和井 口压降 、 温降较大 ， 因此井 口、露点装置和集输管线短时间内运行温度 较低。另外，由于应县增压站的投用使输气管道末 端储气日调峰能力下降，大张坨储气库不仅要承担 季节调峰任务，还承担部分日调峰任务，频繁开关 井 ，会造成井 口温度低于预测温度 ，井流节流后存 在油嘴和管线冻堵的可能p 。采用分阶段、分单元 注醇的办法防止单井集输管道冻堵问题的发生。对 于露点控制装置 ，采用注入乙二醇防冻剂 ，控制烃 露点，保证低温流程不冻堵，同时为了控制水露点 吸收析出游离水，乙二醇经再生后可循环使用翻 。 3 结 论 1 设备标准化及撬装化成发展趋势。 通过对 第4 2 卷第 8 期 刘人玮， 等 枯竭油气藏地下储气库地面工程技术研究 1 1 3 3 地下储气库地面配套设备橇装化、标准化，可以缩 的需要，为今后储气库地面工程建设提供了借鉴。 短储气库的建设周期，降低成本，减小工人劳动强 度。在大张坨储气库建设中，露点控制装置实现了 撬装化， 系列化了天然气旋风分离设备和过滤设备。 2 S C A D A系统和现代测量技术广泛运用。 通过 自 控技术的运用，能及时掌握气源、单井的生 产情况以及用气情况 ， 进而完成各工艺参数的检测 、 调节、紧急关断控制等，提高储气库工艺系统的灵 活性 。 3地 下储气库建设相关标准、 规范相对滞后 。 目前国内储气库建设的标准规范主要针对盐穴储气 库 ， 但对于枯竭油气藏型地下储气库的标准、规范 还寥寥无几，储气库建设主要依据油气田建设相关 标准。 4 储气库 防冻任务具有特殊性 。 储气库调峰 初末期压力变化大 、井流物组成差异大、开关井频 繁，造成进 口压力 、温度达不到预测温度 ，井流节 流后管线可能产生冻堵。根据储气库各 自特点，两 大储气库采用了适宜的工艺技术，适应储气库运行 参考文献 [ 1 ] 舒萍，刘玉萍， 丁 13 新 ． 大庆喇嘛甸地下储气库建设与管理[ J 】 ．天然气 勘探与开发， 2 0 0 5 0 1 4 8 5 0 ． [ 2 ] 阳小平， 王凤 田，邵颖丽， 等．大张坨地下储气库地面工程配套技术[ J ] _ 油气储运， 2 0 0 8 ， 2 7 9 1 5 1 9 ． [ 3 ]刘玉萍，舒萍． 喇嘛甸地下储气库地质特征与开发技术分析f J 】 ． 中国 科技信息， 2 0 0 8 ， 1 3 2 0 2 2 ． [ 4 ] 沙宗伦． 喇嘛甸地下储气库开发技术及管理方法研究【 D 】 ． 大庆 大庆 石油学院，2 0 0 6 ． [ 5 ] 崔红霞，纪 良才， 崔涛． 天然气地下储存的地面工艺技术们． 油气田地 面工程， 1 9 9 9 ， 1 8 4 2 5 2 7 ． [ 6]辛礼印．大庆喇嘛甸油田地下储气库地面工艺扩建设计【 J 】 ． 石油规 划设计，2 0 0 1 ， 1 2 3 2 4 - 2 6 ． [ 7] 苏振东，卢东风，辛礼印．喇嘛甸油 田储气库注采系统的工艺改造[J ] ． 油气 田地面工程， 1 9 9 9 ， 1 8 5 1 3 1 5 ． [ 8]马小明， 赵平起． 地下储气库设计实用技术【 M】 ．北京石油工业出版 社， 2 0 1 1 ． [ 9]周学深 ， 盂凡彬．大张坨地下储 气库地面工程设计【 J 】 ． 天 然气工 业， 2 0 0 3 ， 2 3 增刊 1 3 9 1 4 2 ． [ 1 O] 蒲远洋， 罗绍春， 闵刚， 等． 天然气净化工艺设计要点及优化们． 天然 气与石油，2 0 1 1 ， 3 o 1 3 6 - -4 0 ． 上接 第 1 0 7 7页 3 结束语 目前，国内规划中的煤气化工业中有相当部分 采用了干煤粉气化，但相对水煤浆气化，干煤粉气 化运行经验和技术研究毕竟还不是很充分，而且关 注点多集中在水冷壁挂渣，并没有切实意识到煤粉 输送在干煤粉气化中的重要性，宁煤在这方面的经 验教训相当深刻。但是宁煤通过优化粒度级配，控 制水分 ，调整压差 ，优化工艺流程等优化措施 ，减 少了非计划停车次数，提高了生产效益，为日益壮 大的干煤粉气化技术积累了宝贵的经验 。 参考文献 [ 1] 焦树建．论整体煤气化联合循环 1 G c c 中采用的煤气化炉的方案 [ J 】 ． 燃气轮机技术， 1 9 9 4 ， 7 1 6 2 0 ． [ 2 ] 徐 越， 吴一宁，危师让． 二段式干煤粉气流床气化技术的模拟研 究与分析 [ J ] ．中国电机工程学报， 2 0 0 3 ， 2 3 1 0 1 8 7 - 1 9 0 ． [ 3]S in g e r T ．D e n s e p h a s e p n e u m a t i c c o n v e y i n g A p p l i c a t i o n s ，s y s t e m d e s ig n ， a n d t r o u b l e s h o o t i n g阴． P o w d e r a n d B u l k E n g i n e e r i n g , 2 0 0 3 ， 1 7 3 2 7 3 3 ． [ 4] Os t r o w s k i k ， L u k e S P B e n n e t t M A ， e t a1． R e a l t i m e v i s u a l i z a t i o n and a n a n l y s i s o f d e n s e p h a s e p o w d e r c o n v e y i n g[ J 】 ． P o w d e r T e c h n o l ， 1 9 9 9 ， 1 0 2 1 1 - 1 3 ． [ 5] S o l t P a u l E ． C o mp a ri n g d i l u t e -a n d d e n s e - p h ase c o n v e y i n g IJ ] ． P o w d e r a n d B u l k E n g i n e e r i n g 。 2 0 0 3 ， 1 7 3 6 4 6 8 ． [ 6]熊源泉，赵 兵，沈祥林． 高压煤粉密相气力输送垂直管阻力特性 研究 [J ] ． 中国电机工程学报 ，2 0 0 4 ，2 4 9 2 4 8 2 5 1 ． [ 7]赵艳艳 ， 陈 峰， 龚 新 ， 等． 粉煤浓相气力输送中的固气比 【 J 】 ． 华 东理工大学学报，2 0 0 2 ， 2 8 3 2 3 5 2 3 7 ． [ 8] 谢晓旭 ．煤粉流动特性试验研究【 D 】 ． 南京东南大学 ，2 0 0 7 ． [ 9] 郝晓琳． 气力输送系统 中粉料流动机理及实验研究【 D 】 ．青岛 青岛 科技大学，2 0 0 6 ． [ 1 0] 王川红，郭晓磊，龚 新 ，等． 粒度 、湿含量对神府烟煤煤粉流动 性参数的影响 【J 】 ．华东理工大学学报 ，2 0 0 8 ，3 3 4 3 7 7 - 3 8 2 ． [ ]神华集团有限责任公司 神华宁夏煤业集 团有限责任公司． 一种 G S P 气 化 炉 煤 粉 输 送 管 线 及 投 料 方 法 中 国 ， 2 0 1 1 1 0 1 8 2 6 7 0 ． 6 【 P 】 ． 2 0 1 1 - 0 6 3 0 ． 上接 第 1 0 8 0页 通常开裂是由于周期性的疲劳载荷和应力作 用，在一定使用年限出现出现的。该现场运行不到 一 年时间开裂，而且开裂位置为柔性槽附近的锥体 母材处，而非疲劳裂纹，主要裙座与锥体设计的连 接形式 、裙座翻边处板材的压制情况 、柔性槽的开 设有关。在原有设计的情况下，必须做好焦炭塔裙 座Ⅱ板材进场前的检查与验收工作；焊接过程中必 须严格执行焊接工艺要求，焊后严格按照设计图样 要求的尺寸打磨处理，保证堆焊部位圆滑过渡。 参考文献 [ 1 ] 焦碳塔的设计与制造要点【J 】 ． 压力容器， 2 0 1 0 0 2 ． [ 2] 大型焦碳塔 的设计Ⅱ 】 ．中国新技术新产品， 2 0 1 0 0 7． [ 3]陈祝年．焊接工程师手册【 M 】 ．北京 机械工业出版社， 2 0 1 0