?????? 塔里木盆地具有豐富的天然氣資源,截至 2011年底,塔里木油田先后建成投產(chǎn)了克拉 2、迪那 2、英買 7、羊塔克、玉東 2、牙哈、桑南東、吉拉克、塔中 6、柯克亞等 10 個氣田,已建成集氣站 21 座,氣田集輸能力達到 277×108m3/a;天然氣處理廠 12座,處理能力達到 297×108m3/a,基本形成了以輪南集氣總站為天然氣總外輸口的總體流向。多年來塔里木油田堅持應(yīng)用和集成新工藝、新技術(shù),相繼建成了牙哈、克拉 2、英買力、迪那等大型高壓氣田,攻克了一系列難題,形成了塔里木盆地大型復(fù)雜高壓氣田地面工程技術(shù),為西部能源基地的建設(shè)提供了強有力的支撐。
1、地面工程特點
?????? 1.1?? 天然氣快速上產(chǎn),地面建設(shè)節(jié)奏加快
?????? 塔里木油田自 2000 年以來,實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展,天然氣產(chǎn)量從 7.5×108m3/a,增長到 2011 年170.5×108m3/a。伴隨天然氣產(chǎn)量的快速發(fā)展,地面建設(shè)任務(wù)重、節(jié)奏快。大型高壓氣田建設(shè)時間平均需要約 14 個月,而國外類似氣田的建設(shè)周期普遍超過 2 年,加上前期論證時間,一般要超過 3 年。
?????? 1.2?? 高壓高產(chǎn)氣田比重大,地面工藝技術(shù)復(fù)雜
在塔里木油田已開發(fā)的氣田中,高壓氣田的比例越來越多,高壓氣田的地質(zhì)儲量占氣田總儲量的97.3%。氣田的類型復(fù)雜,有蠟含量高、凝固點高的凝析氣田、特高凝析油含量凝析氣田、異常高壓氣田、異常高溫氣田等。
???? 克拉 2 氣田單井產(chǎn)量 300×104~400×104m3/d,井口壓力 54~58MPa;迪那 2 氣田屬于高壓高溫凝析氣田,井口壓力達到 65~82MPa、井口溫度達到62~110℃。這些氣田不僅壓力高、溫度高,同時原料氣中含有 CO2、Cl-,使得地面工藝技術(shù)復(fù)雜,集輸、處理工藝、設(shè)備材料選擇差異大。
1.3?? 安全環(huán)保責(zé)任大,安全設(shè)施要求更高
在高壓高產(chǎn)氣田中,由于在集輸和處理過程中天然氣壓力高、氣流量大,一旦設(shè)備和管線發(fā)生爆破,瞬間釋放出來的破壞能量極大,將會對周圍環(huán)境形成很強的沖擊破壞作用,其影響范圍廣。基于高壓高產(chǎn)氣田同時含有的 CO2、Cl-的特性,在管材和設(shè)備選型、防腐蝕泄漏、凈化工藝的選擇、安全防護等方面的投資要遠遠高于常規(guī)氣田。
1.4?? 氣候惡劣,環(huán)境復(fù)雜,地面建設(shè)難度增大
塔里木油田高壓氣田均處于沙漠戈壁和山區(qū),地形起伏大,管道線路經(jīng)過地區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有崩塌、滑坡、高地下水位和軟弱地基等。惡劣的氣候和復(fù)雜的地理環(huán)境,使地面工程的建設(shè)難度增大。
2、取得的技術(shù)成果
????? 2.1?? 形成滿足不同類型高壓氣田開發(fā)的工藝
????? 塔里木油田已投產(chǎn)的高壓氣田具有高溫、高壓、高產(chǎn)、高腐蝕性等特點,經(jīng)過十幾年的跨越式發(fā)展,塔里木油田攻克了一系列技術(shù)難題,逐漸摸索出適應(yīng)高壓氣田、凝析氣田特點的地面集輸及處理工藝技術(shù),形成了 3 種主體工藝模式:
一是,超高壓特高產(chǎn)氣田工藝模式——高壓常溫集氣、單井計量、簡化井口、濕氣輸送、集中處理、J-T 節(jié)流制冷。
二是,超高壓凝析氣田工藝模式——高壓集氣、氣液混輸、集中處理、J-T 節(jié)流制冷。
三是,高壓循環(huán)注氣工藝模式——高壓常溫集氣、高壓注醇、密相輸送、集中處理、高壓循環(huán)注氣。
??????? 2.2?? 形成地面工程主體技術(shù)
??????? 2.2.1? 應(yīng)用優(yōu)化的高壓集氣處理工藝
?????? 塔里木油田的高壓氣田為充分利用氣藏壓力能,簡化后續(xù)工藝,克拉 2 氣田、英買力氣田、牙哈氣田、迪那 2 氣田全部應(yīng)用了高壓集氣技術(shù),集氣壓力超過了 10MPa,優(yōu)化了集輸處理工藝,節(jié)省了工程建設(shè)投資,降低了能耗。
?????? 2.2.2? 應(yīng)用了長距離氣液混輸技術(shù)
克拉 2、英買力、牙哈、迪那 2 等高壓氣田均采用氣液混輸?shù)妮斔凸に嚕喕说孛婀に嚵鞒?、減少了管線投資,降低了運行管理費用。英買力氣田西、東集氣干線管道公稱直徑為 350mm,長度分別為 75km 和 65km,是目前我國最長的氣液混輸管道,與氣液分輸方案相比可節(jié)約投資約 9 500 萬元。
2.2.3? 應(yīng)用高壓注氣循環(huán)技術(shù)
為提高凝析油收率,增加穩(wěn)產(chǎn)年限,牙哈凝析氣田采用循環(huán)注氣部分保壓采氣工藝,注氣能力300×104m3/d,注氣壓力高達 52MPa。牙哈氣田已實現(xiàn)凝析油穩(wěn)產(chǎn) 50×104t/a 約 12 年,地層壓力保持在原始壓力的 80%以上。
?????? 2.2.4? 采用多種高壓天然氣處理技術(shù)
????? 塔里木油田的高壓氣田氣質(zhì)組分差別較大,為滿足產(chǎn)品外輸要求和經(jīng)濟效益最大化,針對不同氣田的氣質(zhì)特點和產(chǎn)品需求,采用多種天然氣處理技術(shù),以滿足產(chǎn)品要求??死?2 氣田屬純天然氣氣藏,C3+以上重?zé)N含量少(但含微量 C3+~C14+重?zé)N),液化氣和輕烴回收價值小,主要采用 J-T 閥節(jié)流制冷工藝進行處理,以控制外輸天然氣的烴、水露點為主。牙哈、英買力、迪那 2 凝析氣田,C3+以上重?zé)N含量高,具有回收液化氣和輕烴的經(jīng)濟價值。
為了更好地回收液化氣和輕烴等產(chǎn)品,牙哈、英買力、迪那2 凝析氣田開發(fā)先后采用了 J-T 閥+溴化鋰制冷、3S工藝、J-T 閥+丙烷制冷、多級閃蒸+提餾凝析油穩(wěn)定工藝等技術(shù)手段,一方面控制烴、水露點;另一方面對凝析油進行穩(wěn)定,同時,盡可能多的回收液化氣和輕烴,創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。
?????? 2.2.5? 采用先進的自控技術(shù)
????? 塔里木油田高壓氣田形成了集輸系統(tǒng)和處理廠相對獨立,自成一體的氣田建設(shè)、管理模式,各氣田的調(diào)控中心均設(shè)置在處理廠中央控制室。利用先進網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和信息管理軟件,采用 SCADA 系統(tǒng)操作方式實現(xiàn)氣田井場、站、廠、線生產(chǎn)控制、管理的網(wǎng)絡(luò)自動化,以及科學(xué)調(diào)度管理和優(yōu)化運行。
??????? 2.3?? 推廣應(yīng)用了多項實用技術(shù)
??????? 2.3.1? 應(yīng)用安全評價分析技術(shù)
?????? 在塔里木油田高壓氣田的建設(shè)中,安全評價技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,特別是危險與可操作性分析技術(shù)(HAZOP)在工程設(shè)計中發(fā)揮了越來越重要作用。 例如:迪那 2 處理廠,通過 15 天的 HAZOP 分析,從整體布局、增設(shè)管線腐蝕監(jiān)測、增設(shè)工藝處理流程的壓力和溫度監(jiān)測、在各排污閥門增設(shè)雙閥等方面,提出了 195 項建議。從本質(zhì)上避免各類事故發(fā)生的可能性,提高了迪那 2 凝析氣田運行操作安全的可靠性。
?????? 2.3.2? 推廣防腐與腐蝕監(jiān)測技術(shù)
????? 塔里木油田高壓氣田針對氣田介質(zhì)的不同特點,采用多種防腐措施控制管線和設(shè)備的腐蝕。目前,塔里木油田非酸性高壓氣田的內(nèi)防腐措施:一是,22Cr 雙相不銹鋼管;二是,復(fù)合鋼管;三是,鋼+緩蝕劑方案。 為掌握和監(jiān)控防腐技術(shù)的使用效果,對管道和設(shè)備實行在線腐蝕監(jiān)測,以確保腐蝕得到較好的控制。常用的腐蝕監(jiān)測方法有:管道腐蝕監(jiān)測、腐蝕探針、超聲波定點檢查管道/設(shè)備壁厚。
?????? 2.3.3? 應(yīng)用新設(shè)備新材料
????? 在塔里木油田高壓氣田的建設(shè)中,采用大量的新設(shè)備、新材料,保證了氣田的安全、高效開發(fā)。22Cr 雙向不銹鋼、復(fù)合鋼管的應(yīng)用有效控制了管道和設(shè)備的腐蝕;采用音速火炬,降低了火炬高度,縮小火炬筒直徑;采用高效分離設(shè)備提高了分離效率;采用段塞流捕集器有效防止了清管產(chǎn)生的段塞流對下游設(shè)備的影響。
?????? 2.3.4? 采用了信息化管理技術(shù)
?????? 信息化管理技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)了從井口到處理廠的全過程自動監(jiān)控,避免了人為因素造成的誤操作,改變了氣田地面工程建設(shè)和生產(chǎn)運行管理的工作方式,提高了生產(chǎn)管理水平,降低了操作成本、精簡了組織機構(gòu),促進了減員增效。各氣田的調(diào)控中心設(shè)置在處理廠中央控制室,實現(xiàn)了井口、集氣站的無人值守。
?????? 2.3.5? 采用系統(tǒng)優(yōu)化及仿真技術(shù)
?????? 在氣田集輸系統(tǒng)優(yōu)化過程中,設(shè)計人員通過對仿真模擬軟件,如,TGNET、TLNET、HYSYS、ProFES-Transient、PIPEPHASE、OLGA 等的應(yīng)用,有針對性地對大型管網(wǎng)在各種可行的方案下進行快速靜態(tài)和動態(tài)仿真計算分析,全面優(yōu)化氣田地面工藝。借助這一現(xiàn)代化手段,為快速找到最優(yōu)方案設(shè)計和優(yōu)化工藝過程提供了便利。
?????? 2.4?? 取得了多項核心科研成果
?????? 塔里木油田針對氣田快速發(fā)展的業(yè)務(wù)需求,開展了一大批科研項目的研究,科技創(chuàng)新支撐了天然氣地面核心技術(shù)快速發(fā)展??蒲谐晒蔑@了主營業(yè)務(wù)驅(qū)動、目標導(dǎo)向的科技項目研發(fā)理念,有力地支撐了天然氣業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。
例如,國家科技攻關(guān)項目“塔里木盆地高壓凝析氣田開發(fā)技術(shù)研究及應(yīng)用”,采用“先期采油、氣液同采、后期蒸油”的開發(fā)模式,先后指導(dǎo)了柯克亞、牙哈和吉拉克-桑南 3 等類似油氣藏的高效開發(fā)。通過循環(huán)注氣的開采技術(shù),在保持地層壓力的條件下,使牙哈氣田凝析油采收率達到 54.7%,連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)約 13 年,實現(xiàn)了科學(xué)高效的氣田開發(fā)。
??????? 2.5?? 強化地上地下整體優(yōu)化
??????? 氣田的開發(fā)注重多專業(yè)一體化優(yōu)化,以實現(xiàn)氣田的高效開發(fā)。牙哈凝析氣田的開發(fā)實現(xiàn)了凝析氣藏、注氣、采油、地面工程等多專業(yè)融合,真正做到了地上地下整體優(yōu)化,實現(xiàn)了氣田的效益最大化。英買力氣田群、迪那 2 氣田采用衰竭開發(fā)方式,開發(fā)方案中充分體現(xiàn)了利用地層能量、節(jié)約能源的原則,充分利用了氣藏壓力能,減少了工程投入。
?????? 2.6?? 注重前期工作和總體規(guī)劃
?????? 塔里木油田十分重視氣田開發(fā)的前期工作和總體規(guī)劃,通過對氣田總體布局、工藝流程、設(shè)備選擇統(tǒng)籌優(yōu)化,節(jié)省了大量的投資。? 克拉 2 氣田在項目前期進行了充分的論證工作,使氣田總體布局、工藝流程、線路走向、設(shè)備選擇得到統(tǒng)一優(yōu)化,節(jié)省投資近 5 億元。
?????? 2.7?? 先試采后建產(chǎn),實現(xiàn)氣田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)
?????? 試采是開發(fā)前期評價階段獲取氣藏動態(tài)資料,盡早認識氣藏開發(fā)特征,確定開發(fā)規(guī)模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。大北、克深氣田是十二五期間塔里木油田重點開發(fā)的氣田,為保證氣田長期的開發(fā)效益,準確掌握氣藏資料,先期進行試采,獲取準確的流體組分、相態(tài)特征和氣藏動態(tài)資料后再進行規(guī)?;_發(fā)。
??????? 2.8?? 推廣標準化設(shè)計,集成先進技術(shù)
?????? 自 2008 年以來,塔里木油田有效地開展了標準化設(shè)計工作,分析氣藏特性,在特性中找共性,選成熟可靠的技術(shù)進行集成。在標準化設(shè)計過程中,采用動態(tài)管理模式,不斷對標準化成果進行修訂和完善。采用標準設(shè)計工期同比縮短 40%,建設(shè)工期同比縮短 20%。
3、對今后高壓氣田建設(shè)的幾點建議
?????? 3.1?? 進一步重視開發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄取
?????? 地質(zhì)勘探、采油采氣等地下生產(chǎn)數(shù)據(jù)是開展地面工程設(shè)計、建設(shè)的基礎(chǔ)和依據(jù)。地質(zhì)數(shù)據(jù)、采油采氣數(shù)據(jù)的準確性和正確性是確定地面工程建設(shè)規(guī)模、采用何種處理工藝技術(shù)的根本,具有重要的生產(chǎn)實際意義。因此,要重視并取全取準地下基礎(chǔ)數(shù)據(jù),保證足夠的試采時間,給予充足的資金支持和保障。通過試采提供的數(shù)據(jù)評價氣藏性質(zhì)、采氣工藝、材料的適用性,找出存在的問題,為后續(xù)油氣田的正式開發(fā)和地面工程規(guī)劃設(shè)計提供全面準確的技術(shù)資料。
?????? 3.2?? 盡快開展針對氣田氣質(zhì)條件的專用緩蝕劑研制
?????? 對于含 H2S、CO2、Cl-天然氣采用碳鋼+緩蝕劑方案,緩蝕劑決定了防腐效果。緩蝕劑對應(yīng)用環(huán)境的要求很高,針對性很強。不同介質(zhì)或材料要求使用不同的緩蝕劑,甚至同一種情況下,當操作條件改變時,所采用的緩蝕劑也要改變。由于不同氣田開發(fā)所面臨的腐蝕環(huán)境的差異,因此,專用緩蝕劑研制必須提前進行。
?????? 3.3?? 加強管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)力分析,確保系統(tǒng)安全
?????? 應(yīng)對高壓管道、高溫管道、大口徑管道、壓縮機出口管道、放空管道等管網(wǎng)系統(tǒng)進行應(yīng)力分析,采取相應(yīng)的控制措施消除和減小沖擊、位移、氣流脈動以及共振影響,保證高壓氣田的運行安全。
?????? 3.4?? 加強安全評估,合理確定安全距離
?????? 高壓高產(chǎn)氣田的生產(chǎn)建設(shè)要堅持本質(zhì)安全的理念和節(jié)約土地的原則,安全距離只是保證安全的輔助措施。從保證生產(chǎn)人員、生產(chǎn)設(shè)施、周邊居民和重要設(shè)施的安全角度,安全距離主要考慮防火距離。安全距離的確定,應(yīng)采用“基于風(fēng)險”的方法,即,通過評估可能發(fā)生的事故后果和事故發(fā)生的概率,確定風(fēng)險等級,針對不同的風(fēng)險進行風(fēng)險管理。
4、結(jié)語
?????? 塔里木油田地面工程經(jīng)過約 20 年的建設(shè),從無 到有,從簡單到復(fù)雜。特別是近 10 年天然氣跨越式大發(fā)展,高壓氣田在塔里木油田得到了科學(xué)、高效的開發(fā),新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用,使得塔里木油田高壓天然氣田地面工程技術(shù)水平不斷提升,通過實踐和創(chuàng)新,開創(chuàng)了一套適合塔里木油田特點的地面工程建設(shè)、生產(chǎn)、管理體系。同時,進一步加強基礎(chǔ)工作,推廣成熟可靠的工藝技術(shù),走可持續(xù)發(fā)展的綠色之路。(其他作者為:孫鐵民?? 楊莉娜?? 白曉東?? 趙鈺)
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