巴璽立* 楊莉娜 劉燁 金紹輝 趙滿萍

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國(guó)石油天然氣管道局設(shè)計(jì)院；3.中國(guó)石油煤層氣有限責(zé)任公司）

不同類型氣田凝液回收工藝的選擇

巴璽立*1楊莉娜1劉燁1金紹輝2趙滿萍3

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國(guó)石油天然氣管道局設(shè)計(jì)院；3.中國(guó)石油煤層氣有限責(zé)任公司）

不同類型氣田的工況條件、介質(zhì)和環(huán)境條件差異較大，導(dǎo)致凝液回收工藝種類繁多，能耗、投資水平相差懸殊。針對(duì)不同類型氣田的氣質(zhì)特點(diǎn)和處理要求，分析了多種凝液回收工藝和應(yīng)用情況，根據(jù)氣質(zhì)條件和產(chǎn)品要求的不同，提出了凝液回收工藝選擇的原則；針對(duì)不同類型氣田的不同組成、壓力、回收價(jià)值等條件，提出了凝液回收工藝的具體選擇方法。

凝析氣田；高壓氣田；中低壓氣田；凝液回收；工藝選擇

1 凝液回收工藝選擇原則

凝液回收工藝選擇的核心是經(jīng)濟(jì)效益，確定凝液精餾分離的任務(wù)和產(chǎn)品必須以市場(chǎng)為導(dǎo)向。只有在進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上，才能對(duì)其流程方案做出正確的判斷，使整個(gè)工程投資小、運(yùn)行成本低、輕烴收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，這是工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的。

凝液回收工藝方法的選擇需要考慮原料氣的壓力和組成、廠址條件、產(chǎn)品質(zhì)量、回收率及其他經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素。

天然氣的氣質(zhì)條件是必須首先考慮的，其組成是影響輕烴回收的經(jīng)濟(jì)性和工藝過(guò)程選擇的主要因素。氣體越富，回收的輕烴越多。但是，對(duì)于富氣要達(dá)到給定的回收率，就需要更多的制冷負(fù)荷、熱交換面積和固定投資。貧氣需要較苛刻的處理?xiàng)l件（低溫）。凝液回收要在滿足烴露點(diǎn)要求的前提下盡可能多地回收輕烴。

在工藝設(shè)計(jì)中，從整個(gè)工藝流程出發(fā)，綜合考慮各單元的能量利用，從而確定合理的冷凝溫度和壓力。以回收 C3+烴類為目的的淺冷裝置在一般情況下50%～80%的C3+收率是比較合適的；深冷裝置的C2回收率一般在60%～85%比較合適，但應(yīng)進(jìn)行工藝計(jì)算、方案對(duì)比，確定最佳產(chǎn)品收率。若確定適宜的冷凝溫度介于-35～-20℃，采用丙烷冷劑、壓縮循環(huán)制冷，提供工藝所需的冷量；若冷凝溫度低于-35℃，為了達(dá)到較為經(jīng)濟(jì)的輕烴回收率，可適當(dāng)提高冷凝壓力或采用膨脹制冷，以達(dá)到要求的低溫［1］。

制冷工藝的選擇主要考慮原料氣的壓力和組成、液烴回收率等因素。當(dāng)處理量小、原料氣組成較富時(shí)，為了回收C3+烴類，可采用淺冷回收工藝，制冷方法主要采用冷劑制冷或冷劑制冷+節(jié)流膨脹制冷；當(dāng)處理量較大、原料氣組成比較貧、回收較多乙烷時(shí)，應(yīng)采用深冷回收工藝，制冷方法主要采用復(fù)疊式制冷、混合冷劑制冷、膨脹機(jī)制冷、冷劑制冷與膨脹機(jī)制冷相結(jié)合的混合制冷［1］。

2 不同類型氣田處理工藝的選擇

2.1 含少量凝析油的高壓氣田

高壓氣田主要有克拉2氣田?？死?氣田甲烷含量占97.8%以上，具有氣藏氣田的明顯特征；同時(shí)又含有C7＋以上組分，C7

＋含量明顯高于氣藏氣，又具有凝析氣田特性。克拉2氣田中央處理廠原料氣組成見(jiàn)表1。

表1 克拉2氣田中央處理廠原料氣摩爾組成

由表1可以看出，克拉2氣田原料氣具有氣藏氣和凝析氣的雙重特性。C7以上重組分雖然少，但對(duì)烴露點(diǎn)影響很大。但由于C3以上重組分含量少，回收液化氣和輕烴的意義不大，因此，只需要進(jìn)行脫水和烴露點(diǎn)控制。

因?yàn)槊撍蜔N露點(diǎn)控制需要同時(shí)進(jìn)行，因此，可選擇的方案有J-T閥制冷、膨脹機(jī)膨脹制冷和外加冷劑制冷。選擇不同的壓力和溫度條件，對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬。圖 1是 6.6MPa下節(jié)流至-33℃；7.74MPa下制冷至-20℃；充分利用壓力能在9.2MPa下加冷源制冷至-20℃和-35℃的幾種工況條件下的產(chǎn)品氣相包絡(luò)曲線。

圖1 不同工藝條件下克拉2氣田產(chǎn)品氣相包絡(luò)曲線

由圖1可以看出，克拉2氣田具有凝析氣田的反凝析特征，在一定的壓力下，即使制冷溫度再低，對(duì)烴露點(diǎn)曲線影響并不大，在9.2MPa下冷卻至-20℃和-35℃，相包絡(luò)曲線變化不大。因此，此時(shí)分離出來(lái)的干氣仍具有反凝析現(xiàn)象，隨著壓力的降低其烴露點(diǎn)反而升高，并且這種反凝析現(xiàn)象正好出現(xiàn)在輸氣管道的壓力范圍內(nèi)，在管道中會(huì)有液烴析出，無(wú)法滿足商品氣的烴露點(diǎn)要求。

只有壓力降至一定程度下，烴露點(diǎn)才會(huì)發(fā)生較大的變化。因此，對(duì)于克拉2氣田，這樣的含少量凝析液的高壓氣田，應(yīng)采用J-T閥節(jié)流至一定壓力和溫度下進(jìn)行烴露點(diǎn)控制。

2.2 含有少量凝析油的中低壓氣田

含有少量凝析油的中低壓氣田主要集中在長(zhǎng)慶蘇里格、榆林、米脂等氣田。蘇里格、榆林、米脂等氣田天然氣中含有凝析油較少，C5+以上組分占0.25%～0.35%。H2S和CO2含量少，不需進(jìn)行脫H2S和脫 CO2處理。進(jìn)天然氣處理廠的原料氣中含有飽和水及凝析油，水、烴露點(diǎn)不能滿足商品氣的要求。因此，需要進(jìn)行脫重?zé)N、脫水處理。

由于氣質(zhì)較貧，處理深度只需滿足外輸要求即可。在選擇脫水工藝時(shí)，低溫分離、三甘醇、分子篩脫水都可滿足水露點(diǎn)要求，但因?yàn)樾枰摮鲇?，采用何種脫水工藝方法應(yīng)與脫油工藝相結(jié)合。

凝液回收多采用低溫分離法，其中J-T閥節(jié)流制冷和膨脹機(jī)制冷多用于高壓氣田。由于長(zhǎng)慶氣田壓力較低，并且蘇里格氣田還需要進(jìn)行增壓，沒(méi)有足夠的壓力能可供利用。因此，采用丙烷制冷低溫分離工藝，同時(shí)進(jìn)行脫水、脫烴。

2.3 凝析氣田

通常，天然氣中凝析油含量在50g/m3以上者屬于凝析氣藏。凝析氣藏的特點(diǎn)是C5以上重?zé)N含量高；地層壓力較高，高于凝析氣臨界凝析壓力；流體以氣相存在，開(kāi)采出來(lái)后，隨著壓力的降低，在地面設(shè)施中會(huì)有凝析油析出，因此，稱之為凝析氣藏。

凝析氣田有衰竭式開(kāi)采和循環(huán)注氣開(kāi)采兩種方式。所謂衰竭式開(kāi)采，就是不采取保持地層能量的方式進(jìn)行開(kāi)采，同時(shí)生產(chǎn)天然氣和凝析油，地層壓力將逐年降低，達(dá)到廢棄壓力時(shí)停止開(kāi)采。這種開(kāi)采方式凝析油采出率較低，一般適用于凝析油含量小于 250g/m3的凝析氣藏、儲(chǔ)量小的凝析氣藏和儲(chǔ)層的非均質(zhì)性及砂體的連通性較差的凝析氣田。英買(mǎi)力氣田群、迪那等氣田均采用衰竭式開(kāi)采。循環(huán)注氣開(kāi)采就是通過(guò)回注干氣將地層壓力保持在臨界凝析壓力之上進(jìn)行開(kāi)采，以提高凝析油的采收率。在循環(huán)注氣開(kāi)采末期，采出氣體中提取凝析油的量降到經(jīng)濟(jì)允許的極限值，氣田則轉(zhuǎn)入衰竭式開(kāi)采。牙哈凝析氣田即采用循環(huán)注氣開(kāi)采方案。

2.3.1 高壓凝析氣田

2.3.1.1 分離壓力的確定

高壓凝析氣田主要集中在塔里木氣田，主要有牙哈、英買(mǎi)力、迪那、塔中6等凝析氣田。由于凝析氣田的反凝析特性，當(dāng)壓力高于臨界壓力時(shí)，在一定的壓力條件下，隨著溫度的升高，液體反而凝析的越來(lái)越多；或在一定的溫度條件下，隨著壓力的降低，液體反而凝析的越來(lái)越多，即產(chǎn)生反凝析。要想得到較高的輕烴收率和合格的烴露點(diǎn)，分離壓力應(yīng)低于臨界壓力。

2.3.1.2 處理工藝的選擇

凝析氣田的開(kāi)采有循環(huán)注氣開(kāi)采和衰竭式開(kāi)采兩種方式，兩種開(kāi)采方式下凝析氣處理的目的有所不同，應(yīng)該針對(duì)不同開(kāi)采方式及開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品市場(chǎng)情況，確定合理的處理工藝。

循環(huán)注氣開(kāi)采方式主要目的是開(kāi)采凝析油，氣體回注以保持地層壓力，天然氣處理后指標(biāo)達(dá)到回注要求即可。因此，這種開(kāi)采方式應(yīng)充分合理地利用壓力能，簡(jiǎn)化處理工藝，如牙哈凝析氣田采用的是J-T閥節(jié)流制冷，進(jìn)行淺冷分離，噴注乙二醇脫水。

衰竭式開(kāi)采方式的目的產(chǎn)品為凝析油和天然氣，一般應(yīng)考慮在天然氣烴水露點(diǎn)合格的同時(shí)，多回收天然氣中的輕烴組分，對(duì)提高處理深度是有利的。

輕烴回收多采用低溫分離工藝，為將處理壓力降至臨界壓力以下，主要有膨脹機(jī)膨脹制冷和 J-T閥制冷兩種工藝。膨脹機(jī)制冷較J-T閥制冷有效率高，但在10～12MPa下，膨脹機(jī)制冷相對(duì)于節(jié)流閥制冷效率優(yōu)勢(shì)并不明顯。膨脹機(jī)投資較高，國(guó)內(nèi)無(wú)此壓力等級(jí)的膨脹機(jī)生產(chǎn)廠家，設(shè)備只能進(jìn)口。由于處理廠大多地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，膨脹機(jī)維修較難。膨脹機(jī)應(yīng)變工況能力較差，一般為±20%，因此，大多氣田采用J-T閥制冷工藝。

例如，英買(mǎi)力凝析氣田采用衰竭式開(kāi)采，處理廠采用J-T閥節(jié)流制冷、丙烷輔助制冷、分子篩脫水工藝回收液化氣和輕烴。迪那、塔中6等凝析氣田也采用J-T閥制冷工藝。

2.3.2 富含 C3+的中低壓凝析氣田

中低壓凝析氣田處理廠主要有吐哈油田的丘東第一天然氣處理廠和丘東第二天然氣處理廠、塔里木吉拉克三疊系處理裝置、桑南油氣處理廠、塔中6油氣處理廠、新疆克拉美麗氣田處理站等。丘東第一天然氣處理廠、丘東第二天然氣處理廠原料氣中C3含量較高，分別為3.9%和4.35%，液化氣潛含量高，具有很好的回收價(jià)值，并且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)采用中深冷工藝。C3含量較低的吉拉克三疊系處理裝置和克拉美麗處理裝置，只需采用淺冷工藝回收液化氣和輕烴，并進(jìn)行凝析油穩(wěn)定。

丘東第一天然氣處理廠輕烴處理裝置處理丘東—溫八凝析氣田氣、凝析油和各采油廠來(lái)的混合烴。天然氣處理規(guī)模為100×104m3/d±20%。凝析油系統(tǒng)可處理凝析油 200t/d，C5生產(chǎn)系統(tǒng)可處理混合烴200t/d。可生產(chǎn)干氣95×104m3/d、液化氣148t/d、凝析油 166.0t/d。設(shè)計(jì) C3收率為 86.2%。采用分子篩脫水+膨脹壓縮機(jī)（后增壓）+丙烷輔助制冷工藝，天然氣進(jìn)站壓力為 7.2MPa，裝置 C3收率達(dá)到 85%以上。

丘東第二天然氣處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為 120×104m3/d，可生產(chǎn)干氣 105.9×104m3/d、液化石油氣155.9t/d、輕烴40.6t/d，設(shè)計(jì)C3收率≥90%。采用原料氣增壓+分子篩脫水+膨脹壓縮機(jī)（前增壓）+丙烷輔助制冷工藝，裝置C3收率達(dá)到90%以上。

吉拉克三疊系處理裝置采用中壓集氣，凝析氣7.1MPa進(jìn)集中處理站，天然氣經(jīng)分子篩脫水、丙烷外冷、J-T閥節(jié)流制冷后，干氣經(jīng)外輸氣壓縮機(jī)增壓至8.0MPa外輸，凝液分餾生產(chǎn)液化氣及輕烴，凝析油多級(jí)閃蒸微正壓提餾穩(wěn)定。

對(duì)于原料氣中 C3+組分含量較高的低壓凝析氣田，為了充分回收液化氣或輕烴，推薦采用有冷劑預(yù)冷的聯(lián)合制冷法。當(dāng)原料氣先用壓縮機(jī)然后采用聯(lián)合制冷法時(shí)，冷凝分離應(yīng)在不同壓力與溫位下分幾次進(jìn)行，即多級(jí)冷凝分離，多次冷凝分離的級(jí)數(shù)應(yīng)經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。

3 結(jié)語(yǔ)

一是，對(duì)于含有少量凝析油、具有反凝析現(xiàn)象的高壓氣田，應(yīng)采用J-T閥制冷工藝、將操作壓力降至臨界壓力以下的低溫分離工藝。

二是，對(duì)于含有少量凝析油的中低壓氣田，原料氣與產(chǎn)品氣之間無(wú)壓差可利用，并且回收NGL經(jīng)濟(jì)價(jià)值不大，應(yīng)采用丙烷制冷低溫分離工藝。

三是，凝析氣田采用循環(huán)注氣開(kāi)采方式時(shí)，推薦采用J-T閥節(jié)流制冷，進(jìn)行淺冷分離，噴注乙二醇脫水；采用衰竭式開(kāi)采方式的處理工藝時(shí)，推薦采用J-T閥或膨脹機(jī)+丙烷制冷的聯(lián)合制冷法。

[1] 王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京: 中國(guó)石化出版社,2011.

巴璽立等. 不同類型氣田凝液回收工藝的選擇. 石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2011，22（5）：23～25

TE646

A

1004-2970（2011）05-0023-03

* 巴璽立，女，高級(jí)工程師。1990年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油加工專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位；1999年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)在中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，長(zhǎng)期從事油氣集輸與加工工作。地址：北京市海淀區(qū)志新西路3號(hào)，100083。E-mail：baxili@petrochina.com.cn

2011-05-19

谷風(fēng)樺