（石油与天然气工程专业论文）徐深气田气集输处理工程研究.pdf

摘要 徐深气田是大庆油田的深层气田，包括升深2 1 区块，徐深l 和徐深8 、9 区块， 首先对徐深气田的工艺选择和总体布局进行论证，通过对徐深气田总体建设方案的论 证，能够将徐深气田的总体格局和工艺选择定下来，通过合理的总体建设方案的论证， 能够减少徐深气田的建设投资，并对徐深气田分年的建设具有指导意义和保障向齐齐 哈尔和哈尔滨平稳供气。 通过论证徐深气田工艺选择和总体布局，集气站、采气系统、集气系统和气田净 化厂和外输的论证，采气系统采用简易井口、高压采气、电伴热防冻工艺；集气系统 采用多井集气、集气站内采用加热、节流降压、多井轮换计量、三甘醇脱水处理工艺。 徐深8 、9 区块气井气c 0 2 含量超高，在徐深9 区块建l 套脱c 0 2 装置，负责脱除徐 深8 、9 区块气田气的c 0 2 ，脱c 0 2 工艺采用甲基二乙醇胺( m d e a ) 工艺。 采气管道设计压力按关井压力设计为3 2 m p a ，集气支干线的设计压力为6 3 - 8 0 m p a ( 靠近用户端的升深2 1 区块集气管道设计压力为6 3m p a ，其他区块的集气支干 线设计压力为8 0m p a ) ，集气管线的设计压力为6 3 m p a 。 关键字：徐深气田，工艺选择，总体布局，设计压力 x u s e h ng a sf i e l dg a t h e r i n g e n g i n e e r i n gr e s e a r c h z h o uy i n g ( o i l & g a se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl iz i - l i a b s t r a c t x u s h e ng a sf i e l di sag a sf i e l do fd a q i n go i l f i e l d ，w h i c hh a sg a ss o u r c e si nd e e pg a s f i e l d s t h i sg a sf i l e di sc o m p o s e do f s h e n g s h e n2 - 1b l o c k ，x u s h e n1b l o c ka n dx u s h e n8 9 b l o c k t h i sp a p e ra n a l y z e dp r o c e s sc h o i c ea n do v e r a l ld i s t r i b u t i o nf o rx u s h e ng a sf i e l d t h ea n a l y s i so fo v e r a l lc o n s t r u c t i o np r o j e c tf o rx u s h e ng a sf i e l dc a nf i xi t sg e n e r a lp a t t e r n a n dp r o c e s s ，r e d u c ei t sc o n s t r u c t i o n ，g u i d ei t sa n n u a lc o n s t r n c t i o na n de n s u r eas t a b l e n a t u r a lg a ss u p p l yt oq i q i h a ra n dh a r b i nc i t e s t h ec o n c l u s i o nf r o ma n a l y s i so f p r o c e s sc h o i c ea n do v e r a l ld i s t r i b u t i o nf o rx u s h e n g a sf i l e di n c l u d ea d o p t i o ns i m p l ew e l l h e a di nd r a i n i n gg a ss y s t e m ，d r a i n i n gg a si nh i g h p r e s s u r e ，a n t i f r e e z e 谢t 1 1e l e c t r i ct r a c i n g ，m u l t i - w e l lg a sg a t h e r i n gs y s t e m ，a n dh e a t i n g ， t h r o t t l e ，m u l t i w e l la l t e r n a t em e t e r i n g ，t e gd e h y d r a t i o ni ng a sg a t h e r i n gs t a t i o n s t ot r e a t n a t u r a lg a sw i t hh i g hc a r b o nd i o x i d ec o n t e n t ，ac a r b o nd i o x i d er e m o v a lu n i tw a sb u i l tt o r e m o v ec a r b o nd i o x i d et oa na c c e p t a b l ec o n t e n tf r o mn a t u r a lg a so fx u s h e n8 9b l o c k ，w h i c h a d o p t sm d e ap r o c e s s t h ed e s i g ns h u t i np r e s s u r eo fg a sd r a i n i n gp i p e l i n e si s3 2 m p a ；t h ed e s i g np r e s s u r eo f g a sg a t h e r i n gt r u n kp i p e l i n e sa n db r a n c h e si s6 3 8 0 m p a ( w i t had e s i g np r e s s u r eo f6 3 m p af o rg a sg a t h e r i n gp i p e l i n e sn e a rc o n s u m e ri ns h e n g s h e n2 - 1b l o c ka n dad e s i g n p r e s s u r eo f8 0 m p ai nt h eo t h e rg a sg a t h e r i n gt r u n kp i p e l i n e sa n db r a n c h e s ) ；t h ed e s i g n p r e s s u r eo fg a sg a t h e r i n gp i p e l i n ei s6 3 m p a k e y w o r d s ：x u s h e ng a sf i e l d ，p r o c e s sc h o i c e , o v e r a l ld i s t r i b u t i o n ，d e s i g np r e s s u r e 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 圜莲 日期j 7 年，月切日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不 限于其印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定 向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学 位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论 文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：叩年j 7 月矽日 日期：研年夕月矽日 中国石油大学( 华东) 工程硕l 学位论文 1 1 论文目的意义 第一章绪论 徐深气田是大庆油田的深层气田，徐深气田包括升平开发区的升深2 1 区块、兴城 开发区的徐深1 、徐深8 9 区块。徐深气田气集输处理工程研究，包括单井集气和多井集 气的选择、采气管道防冻工艺选择、集气站预处理工艺选择、脱水工艺选择、集气管网 布局、采气与集气管网压力级制、脱碳工艺选择、脱碳装置布局八个部分，通过对徐深 气田总体建设方案的论证，能够将徐深气田的总体格局和工艺选择定下来，通过合理的 总体建设方案的论证，能够减少徐深气田的建设投资，并对徐深气田分年的建设具有指 导意义和保障向齐齐哈尔和哈尔滨平稳供气。 1 2 徐深气田气集输处理工程研究结论 徐深气田在2 0 0 7 年前，将建设投产3 个区块，分别为升深2 一l 区块、徐深l 区块、 徐深8 9 区块，建成产能1 5 2 5 4 1 0 8 m 3 a ，建设1 1 7 口气井，1 6 座多井集气站，1 座净 化处理厂，采气管道d n 5 0 一d n l 0 0 - - 1 8 3 9 k m ，集气支线d n l 5 0 - - d n 2 5 0 - - 1 2 6 k m ， 建成红岗调压计量站徐深1 徐深9 集气干线d n 5 0 0 - - - 9 0 k m ，徐深9 双合配气站集 气干线d n 7 0 0 - - - 3 4 k m 。 采气系统采用简易井口、高压采气、电伴热防冻工艺；集气系统采用多井集气、集 气站内采用加热、节流降压、多井轮换计量、三甘醇脱水处理工艺。徐深8 、9 区块气 井气c 0 2 含量超高，在徐深9 区块建1 套脱c 0 2 装置，负责脱除徐深8 、9 区块气田气 的c 0 2 ，脱c 0 2 工艺采用甲基二乙醇胺( m d e a ) 工艺。 采气管道设计压力按关井压力设计为3 2 m p a ，集气支干线的设计压力为6 3 - - 8 0 m p a ( 靠近用户端的升深2 1 区块集气管道设计压力为6 3 m p a ，其他区块的集气支干线 设计压力为8 0m p a ) ，集气管线的设计压力为6 3 m p a 。 集气站的设计压力为6 3 - - - 8 0m p a ( 靠近集气干线的徐深1 、徐深9 ，和靠近用户 端的升深2 1 区块集气站设计压力为6 3m p a ，其他区块的集气站设计压力为8 0m p a ) ， 净化处理厂设计压力为6 3m p a 。 第二章工艺选择和总体布局 第二章工艺选择和总体布局 徐深气田气集输处理工程研究，包括单井集气和多井集气的选择、采气管道防冻工 艺选择、集气站预处理工艺选择、脱水工艺选择、集气管网布局、采气与集气管网压力 机制、脱碳工艺选择、脱碳装置布局八个部分。 2 1 单井集气和多井集气的选择 徐深气田2 0 0 7 年前共建设3 个区块，分别为升深2 1 区块、徐深1 区块、徐深8 、 9 区块，气井共1l7 口，集气工艺有两个方案可供选择，一是生产设施分散一单井集气 工艺；二是生产设施集中一多井集气工艺。 方案：生产设施分散一单井集气工艺，在井场有着较为完善的预处理设备，如加 热炉、分离设备、计量设旋等，处理后的井口气，可直接进入集气支线或干线，适用于 地处偏远且产量高的零散气井建设。 方案二：生产设施集中一多井集气工艺，是将各井口气输往集气站集中处理，适用 于气井比较集中的气井建设。 徐深气用共有3 个区块，分别为升深2 1 区块、徐深1 区块、徐深8 、9 区块，分 别对应的井数为1 2 口气井、3 8 口气井、6 7 口气井，徐深气田升深2 1 区块单井集气和 多井集气对比见表2 1 1 ，徐深1 区块单井集气和多井集气对比见表2 1 2 。 表2 1 1升深2 - 1 区块单井集气和多井集气对比表 t a b l e 2 1 - 1t h ec o n t r a s t i n gt a b l eo fs i n g l e - w e bg a sg a t h e r i n ga n dm u l t i - w e l lg a sg a t h e r i n gi n s h e n g s h e n 2 - 1b l o c k 对比内容单井集气方案多井集气方案：建2 个多井集气站 1 2 口气井，分别在进行井场加热、节 各单井在井口节流降压剑不形成水化物的温 方案概述流降压、分离、计量外输到集中脱水 度后，经过电伴热伴热，分别进入3 摩集气站， 在集气站内加热、节流、分离，轮流计量后集 站脱水 中脱水外输 井口设置预处理措施，在6 - 7 m p a 压井口简化，无人值守，气井气在1 8 m p a 压力 工艺特点 力下进入脱水站集中脱水下，进入集气站进行预处理剑6 7 m p a ，脱水。 l 、工艺部分l 、t 艺部分 1 ) 单井集气站1 4 座1 ) 单井井场1 4 座 2 ) 集中脱水站( 1 5 0 x 1 0 4 m 3 d 一1 座)2 ) 多井集气脱水站( 规模：7 0 x 1 0 4 m 3 d 、 主要建设 3 ) 采气管道 5 0 x 1 0 4 m 3 d 各1 座) 内容及工 1 2 1 1 5 9 x 8 3 7 k m3 ) 采气管道 程费用、 1 2 1 1 1 4 6 1 1 4 k m 1 2 1 1 1 4 1 3 1 3 0 k m o8 9 5 4 o k m 08 9 x 1 0 一0 2 0 k m 操作费用 i z i7 6 5 4 o k m l z i7 6 9 一1 1 1 0 k m 合计 2 3 1 k m 1 2 i6 0 7 6 1 0 k m 2 、通信部分：通井8 芯通讯光缆2 0 0合计 1 8 7 k m k m 2 、通信部分：8 芯通井通讯光缆3 1k m 2 中国石油人学( 华东) 工程硕上学位论文 对比内容 单井集气方案 多井集气方案：建2 个多井集气站 3 、电气部分：6 k v 通片电力线2 1 53 、电气部分：6 k v 通井电力线路8 5 k m k m 4 、道路部分 4 、道路部分 1 ) 4 m 宽沥青混凝十道路一2 5 k m 1 ) 4 m 宽沥青混凝土道路一1 6 k m 2 ) 4 m 宽砂石道路一1 0 7 k m 2 ) 4 m 宽砂彳i 道路11 5 k m 工程费用：1 2 0 7 2 万元 工程费用：1 6 4 7 3 万元 年操作费用：4 2 0 万元 年操作费用：3 7 5 万元 总定员9 3 人3 0 人 优点： 1 、采气管道运行压力低，使c 0 2 腐 优点： 蚀影响程度相对低 l 、建设投资相对低； 缺点： 2 、集气站数量相对少、生产和管理人员相对 1 、岗位多、设备、生产人员多、操作 少： 优缺点 3 、集气站的布局最合理 复杂 2 、地面建设费用最高，生产成本最高 缺点： 3 、单井集气管道加注甲醇，环保效果 1 、采气管道运行压力高，使c 0 2 腐蚀影响程 差 度相对高； 4 、集气站的布局过丁密集，不合理 对比结论不推荐推荐 表2 1 1 2 徐深1 区块单井集气和多井集气对比表 t a b l e 2 1 - 2t h ec o n t r a s t i n gt a b l eo fs i n g l e - w e l lg a sg a t h e r i n ga n dm u l t i - w e l lg a sg a t h e r i n gi n x u s h e n lb l o c k 单井集气：建1 7 摩单井站，2 个脱水 名称 多井集气：建1 7 座井场，3 个集中处理站 站 1 7 口气井，分别在井场进行加热、节 各单井在井口节流降压到不形成水化物的温 方案概述流降压、分离、计量外输剑集中脱水 度后，经过电伴热伴热，分别进入5 座集气站， 在集气站内加热、节流、分离，轮流计量后集 站脱水 中脱水外输 井口设置预处理措施，在6 - 7 m p a 压井口简化，无人值守，气井气在1 8 m p a 压力 工艺特点 力下进入脱水站集中脱水下，进入集气站预处理到6 7 m p a ，脱水。 1 、单井集气站1 7 座1 、单井井场1 7 座 建设内容 2 、集中脱水站( 1 0 0 x 1 0 4 m 3 d ) 一2 座 2 、多井集气脱水站一3 座 不同部分 3 、采气管道o l1 4 x 6 9 5 k m 3 、采气管道0 8 9 l1 9 5 k r n 工程费采气管道1 2 i8 9 5 1 9 6 k m采气管道0 7 6 9 1 9 6 k m 用、总 合计2 9 i k m 合计 2 9 1 k m 运行费用工程费用：1 0 0 9 5 万元工程费用：6 6 3 5 万元 运行费用：5 4 0 万元运行费用：6 1 0 万元 1 、集气管道0 1 5 9 8 8 2 k ml 、集气管道q 1 5 9 8 8 2 k m 0 2 1 9 x8 1 5 0 k m0 2 1 9 x8 一1 5 0 k m 0 2 7 3 8 5 2 k m0 2 7 3 8 5 2 k m 2 、通信部分：8 芯通讯光缆9 8k m2 、通信部分：8 芯通讯光缆9 8k m 建设内容 4 芯通讯光缆1 9 6k m4 ：卷通讯光缆1 9 6 k m 3 、电气部分：6 k v 进站电力线7 5k m3 、电气部分：6 k v 迸站电力线7 5k m 相同部分 6 k v 通井电力线1 2 0k m6 k v 通井电力线1 2 0k m 4 、道路部分4 、道路部分 1 ) 进站路：4 m 7 m 宽沥青混凝土道路1 ) 进站路：4 m 7 m 宽沥青混凝士道路一5 6 k i n - - 5 6 k m进站路：4 m 7 m 宽表处改沥混道路一7 0 k m 进站路：4 m 7 m 宽表处改沥混道路2 ) 通井路：3 5 m 6 m 宽砂( i 道路一1 3 2 k m 3 第二章工艺选择和总体布局 单井集气：建1 7 座单井站，2 个脱水 名称多井集气：建1 7 座_ = f = 场，3 个集中处理站 站 一7 o k m 2 ) 通井路：3 5 m 6 m 宽砂石道路一 1 3 2 k m 总定员2 0 0 5 年：1 3 6 人2 0 0 5 年：2 4 人 优点： l 、采气管道运行压力低，使c 0 2 腐蚀 优点： 影响程度相对低 j 、建设投资相对低； 缺点： 2 、集气站数萤相对少、生产和管理人员少； 优缺点 l 、岗位多、设备、人员多、操作复杂 3 、集气站的布局最合理 2 、地面建设费用最高，生产成本最高 缺点： 3 、单井集气管道加注甲醇，环保效果 1 、采气管道运行压力高，使c 0 2 腐蚀影响程 不好 度相对高； 4 、集气站的布局过于密集，不合理 结论不推荐推荐 从表2 1 1 、表2 1 2 的对比可以看出，多井集气，建设投资低、运行费用低，方便 管理，所以推荐采用多井集气工艺。 2 2 采气管道防冻工艺的选择 徐深气田大部分气井的关井压力为2 6 3 1m p a ，井口流动温度为3 5 - - 一5 5 ，利用 采气井口的水合物形成温度的富裕值在井口节流降压后，采气管道的运行压力在1 5 - - 一2 0 m p a ，此压力下的水化物的形成温度在2 0 - - - 2 2 ，采气管道埋地敷设深度的地温在冬季 为1 ，必须采取措施以防止形成水化物冻堵采气管道。 根据徐深气田地处严寒地区、井口气压力高、井网密度大的特点，并参考大庆外围 气田和国内其它气田的应用经验，可供选择的防冻措施主要有电伴热和加注甲醇防冻剂 两种方式。 井口气加注防冻工艺，是向采气井口连续加注防冻剂甲醇，在集气站内将含有甲醇 的凝结水统一收集后，进入甲醇回收装置集中处理、统一回收。 甲醇的消耗量有三部分组成，一是用于井口气游离水部分的防冻；二是用于井口气 在采气管道输送过程中由于温度降低所新产生的游离水的防冻；三是用于挥发到采气管 道气相空间内的损失量。 根据已投产气井的生产情况和试气气井的试气情况，徐深气田的气井普遍含有游离 水，游离水含量在2 , - 一3 t d 3 ，个别气井的游离水产量达到了10 3 0t d 。按理论计算，在 1 5 m p 运行压力下的采气管道，每管输1 o m 3 d 的游离水，如果采用加注防冻剂甲醇， 需要加注的甲醇量为0 6 8 t d ，年消耗甲醇量为2 5 0t ，甲醇加注量过大，所以加注防冻 剂不适合于含有游离较水的气田气防冻。 4 中国石油大学( 华东) t 程硕上学位论文 采气管道电伴热工艺，是将采气管道采用电热带伴热保温，根据井口气在运行压力 下的水化物形成温度在2 0 2 2 。c ，确定采气管道的维持温度在2 3 2 5 。 采气管道两种防冻工艺的对比见表2 2 1 。 表2 2 1 集气管道防冻工艺方案对比表 t a b l e 2 2 - 1t h ec o n t r a s t i n gt a b l eo f a n t i f r e e z ep r o c e s so fg a t h e r i n gl i n e 方案名 称 集气管道电伴热工艺集气管道甲醇防冻工艺 适应于人庆外围气田井网密度大、 适应于井网密度小，采气管道长度大的 井距小、地处严寒的情况，适应于气田 适应性试开发初期，含水量不确定、总井数和 情况。 分析总气量不确定的情况。 不适应于气田试开发初期的总井数、总 不适应于井网密度小，采气管道长 气量和产水量不确定的情况( 甲醇回收装 度大的情况。 置规模无法确定) 。 建设费建设费用低，以徐深l 区块3 4 口气建设费用低，以徐深1 区块3 4 口气井 用井为例，电伴热的建设费用：9 6 0 万元为例，甲醇回收的建设费片j ：1 1 5 0 万元 运行费 运行费用低，以徐深1 区块3 4 口气 运行费用低，以徐深1 区块3 4 口气井 井为例，电伴热的运行费：3 3 5 万元， 用为例，加注甲醇的运行费用：4 1 8 万元年 年 1 ) 井口气含水量大时，适虑性强； 2 ) 气田试开发初期，适应性强； 对于气井分布零散、采气管道距离长的 优点3 ) 操作过程中无有害气体排放，外 输商晶气不含有毒介质； 气田，地面建设投资低 4 ) 建设投资和操作费用低； 1 ) 井口气游离水含量大时，需要在井 口增设高压分离器将游离水分离，投资增 当气井分布零散、采气管道长度大 加，操作复杂； 于5 k m 时，电热带用量大，建设投资高： 2 ) 气田在试开发初期，整体开发气井 缺点数量、分布和含水龟无法确定，致使甲醇 并需要采用两端供电，增加供电线路和 回收装置的规模难以确定； 变压器。 3 ) 操作过程中有害气体排放，外输商 品气含有毒介质； 4 ) 建设投资和操作费用高； 对比结 推荐不推荐 论 根据采气管道防冻工艺采用电伴热建设费用和操作费用低的结论，和大庆外围中浅 层气田采气系统的生产运行经验，推荐采用电热带防冻工艺。 2 3 集气站预处理工艺选择 集气站预处理的目的，是将各个采气井口来的含有游离水的高压气，通过减压分离， 达到满足脱水装置进料的气质和压力要求，同时，应保证整个降压过程不产生水化物。 处理过程中所采用的工艺流程及配备的必要设施，都是围绕降压和防冻来进行的。 目前，在国内气田建设中，无论是单井集气站或是多井集气站，站内节流降压绝大 多数都是采用加热节流工艺。此工艺由于热源的存在，对天然气的压力、温度、含水量 5 第二章丁艺选择和总体布局 变化有很大的灵活性，适应性强。 目前国内也有部分气田的预处理是采用注入甲醇等防冻剂来实现降压过程中的防 冻问题，对于徐深气田的绝大部分气井没有经过试气和试采，各气井的实际产水量、甲 醇消耗量不确定，甲醇回收装置的规模也无法确定，不适合于采用注入甲醇防冻剂的方 式，所以推荐的预处理工艺采用对含水量实用性强的加热、节流、分离工艺。 2 4 脱水工艺选择 目前国内用于气田气的脱水工艺主要有三甘醇脱水和分子筛脱水两种。三甘醇脱水 工艺建设费用低，脱水深度小( 水露点可达到一1 5 一2 0 ) ，一般适用于防止天然 气在输送过程中产生冻堵的情况，分子筛脱水工艺建设费用高、脱水深度大( 水露点可 达到一8 0 一1 0 0 。c ) ，一般用于丙烷以上轻烃组分含量高、需要进行回收轻烃的天然 气中深冷处理装置，徐深气田的天然气，丙烷以上含量仅为0 5 4 9 ，属于典型的干气 特征，不需要进行脱烃，所以推荐采用设备费用低、在国内各气田普遍采用的三甘醇脱 水工艺。 c 0 2 在集气管道中的分压值达到0 1 4 m p a ，不脱水的天然气中的水溶液对管道有强 腐蚀性。为保证集气管道的安全运行和防止c 0 2 的腐蚀，同时兼顾脱水装置占地小、运 行简便的特点，将脱水装置设在集气站。 2 5 集气管网布局 集气管网布局取决于气田分布情况、用户分布和外输气的去向。 2 5 1 外输气的去向 徐深气田位于大庆油田长垣的东南部，目前的气田中心是徐深1 区块，距离大庆油 田约6 0 k m ，距离哈尔滨市约15 0k m 。 天然气用户分布，主要是北侧的大庆油田以及东南侧的哈尔滨市。 兼顾徐深气田各区块的分布，徐深气田气的去向主要有两个，一是北侧的大庆油田 老区，二是东南侧的哈尔滨。 2 5 2 气田内部集气干线总体布局 气田内部集气干线，作用是联络气田内部主要产气区块、实现区块间调气功能、并 与外输管道连通，最终实现产气区块和用户的连通。 根据徐深气田现有产气区块分布，气田内部集气干线为联络汪深1 、升深2 一l 、徐 深1 、徐深8 9 四个主要产气区块的集气干线，总长度为6 0 k m ( 其中汪深1 徐深1 段 6 中国_ = f i 油大学( 华东) t 程硕上学位论文 - - 3 0k m ，徐深1 徐深9 段- - 3 0k m ) 。 根据气田北侧用户在2 0 1 0 年的总需求气量为2 1 5 x 1 0 8 m 3 a ，2 0 1 5 年的总需求气量 为2 4 3 x 1 0 8 m 3 a ，而徐深l 及其以北区块的总产气能力为1 6 x 1 0 8 m 3 a 左右( 徐深1 9 9 x 1 0 8 m 3 a ，升深2 1 3 1x 1 0 8 m 3 a ，昌德区块一2 0 x 1 0 8 m 3 a ，安达断陷一 1 0 x 1 0 8 m 3 a ) ，如果徐深1 区块以北没有大的勘探发现，将来的调气方向是徐深8 9 区块 向徐深1 区块调气，调气气量为1 0 x 1 0 8 m 3 a 左右( 但是在2 0 0 8 年以前，徐深1 及其北 侧区块基建时间早、徐深8 9 区块建设滞后，调气方向是从徐深l 向徐深8 9 区块，调气 气量大约2 x 1 0 8 m 3 a 左右) ，目前已建的徐深l 徐深9 段的调气能力为1 2 x 1 0 8 m 3 a ， 可以满足调气要求。 从目前得到的开发数据和预测分析，气田集气干线的总体布局汪深l 徐深1 徐 深9 气井的走向。 2 5 3 气田外部集气干线总体布局 气田外部集气干线，是指目前处于主要产气区块以外、将来有可能变成产气区块范 围内的集气干线( 徐深9 双合段) ，以及连通气田气与油田气之间的管道( 汪深1 红 岗段) ，该两段集气干线目前的作用是起n # i - 输管道的作用，汪深l 红岗段，将气田内 部集气干线与北侧用户直接连通；徐深9 双合段，将徐深9 区块与南侧的外输管道连 通。 根据徐深9 区块的东北侧发现了徐深2 1 区块，同时该两条管道与用户的用气方向 一致，所以该两条气田外部集气干线的走向是符合气田勘探形势变化的，徐深9 东部区 块开发后，徐深9 双合段将变为气田内部集气干线。 综上所述，气田集气干线的总体布局是红岗汪深l 徐深1 徐深9 双合，总长 度为1 2 4k m 。 2 6 集气管网、采气管网压力级制 集气管网、采气管网压力级制，取决于气田的压力衰减程度和外输气管道的长度。 2 6 1 集气支干线管网压力级制 徐深气田( 包括升平、兴城、汪家屯、昌德四个开发区) 已发现的气藏以低渗透储 层为主，大部分气井需要大型压裂才能获得较高产能。根据汪深1 、徐深1 、徐深1 1 、 徐深6 、徐深5 井的短期试采资料研究认为，大型压裂井的产能、压力初期下降较快， 其原因是压裂只能改变气井周围储层( 3 0 0 m 范围内) 的渗透性，当压降扩大到压裂改 7 第二章工艺选择和总体布局 造范围以外的储层时，生产压差快速增大，普遍大于5 0 的地层压力，部分气井大于 7 0 0 , 4 的地层压力，大部分产量需要在低压阶段采出。因此为降低生产成本，保障气田开 发具有相对长的非增压稳产期，集气压力应低于地层压力( 2 5 - - - 3 8 m p a ) 的2 0 ，根据 各气田地层压力的差异，以及气田与用户的距离，气田地面集气干线的设计压力，按 6 3 m p a 考虑。 集气站的外输管道为集气管道，而集气管道的终点为集气干线。距离用户较近的区 块，如汪深1 、升深2 1 区块，其集气管道、集气支干线的操作压力为5 3 - 5 7 m p a ，低 于集气干线的起点压力、高于集气干线的终点压力，该区块的集气管道和集气支干线设 计压力确定为6 3 m p a ；而距离用户较远区块，如徐深l 、徐深8 9 区块，其集气支干线 的操作压力，要高于集气干线的起点压力，该区块集气支干线的操作压力为5 7 - - 7 2 m p a 之间，可统一确定为8 0 m p a 。 2 6 2 采气系统压力级制 采气系统，是指井口气到集气站节流前的部分，主要包括井口设施、采气管道两部 分。 井口设施的设计压力：要保证井口关井和开井状态下的安全，设计压力为关井压力； 采气管道的设计压力：根据井口气的温度大多高于井口流动压力下的水合物形成温 度，采气管道的设计压力，有按关井压力和井口节流阀后采气管道最高运行压力两个方 案可供选择。 采气管道的运行压力，是在保证采气管道不形成水合物的前提下，充分利用井口流 动温度高出水化物形成温度的差值( 温度富裕量) ，通过井口节流阀适当地降低井口气 进入采气管道的压力并保证不形成水合物的运行压力。 以徐深l 区块为例，两种设计压力的综合对比，见表2 6 2 1 。 表2 6 2 1徐深1 区块采气管道设计压力选择综合对比表 t a b l e 2 6 2 - 1t h eg e n e r a lc o n t r a s t i n gt a b l eo ft h ec h o i c ef o rg a sp i p e l i n ed e s i g np r e s e u r ei n x u s h e nlb l o c k 方案一方案二 设计压力 按关井压力作为设计压力按流动压力作为设计压力 采气管道：【 基准 以徐深l 区块3 4 口气井为例，投资降 程费刚差值 低4 3 5 6 万元 井口安全截断阀故障、下游故障井口安全截断阀故障、下游故障时， 安全性 时可满足采气管道安全必须通过安全f i ；i 保证安全 以徐深】区块3 4 口气井为例，投资比 优点安全性最高，使用寿命长 方案一低4 3 5 6 万元 缺点 以徐深l 区块3 4 口气井为例，投 安全性最低、使j j 寿命最短 8 中国石油人学( 华东) 工程硕士学位论文 方案一 方案二 设计压力 按关井压力作为设计压力按流动压力作为设计压力 资比方案二高4 3 5 6 万元 推荐方案推荐不推荐 从表2 6 2 1 可以看出：尽管采气管道按关井压力作为设计压力建设投资略高，但 可以保证在井口节流阀误操作情况下采气管道的设计压力高于介质压力，安全性可以大 大增加，所以推荐按关井压力作为设计压力。徐深气田的关井压力大多在2 7 - - 一3 0 5 m p a 范围内，所以确定采气管道的设计压力为3 2 m p a 。 综上所述，集气干线的设计压力为6 3m p a ，集气支干线的设计压力为8 0m p a ；采 气系统的设计压力为3 2m p a 。 2 7 脱c 0 2 工艺选择和总体布局 2 7 1 脱碳装置工艺选择 徐深气田兴城开发区徐深8 区块的c 0 2 含量在2 3 8 ，徐深9 区块的c 0 2 含量在 5 o ，从目前的初步试气情况看，兴城开发区的南侧区块c 0 2 含量高于北侧区块，c 0 2 含量高的气井气与其它c 0 2 含量不超标区块的气井气混合后，c 0 2 含量超过了3 以上， 不满足商品气质标准，必须进行脱除c 0 2 。 目前用于脱除天然气中c 0 2 的主要工艺有溶剂吸收法、膜分离法、吸附法。 ( 1 ) 溶剂吸收法 溶剂吸收法种类较多，其处理工艺较为相似，技术的关健是吸收剂的选择。目前国 内外应用较多的吸收剂是活化m d e a ( 甲基二乙醇胺溶液+ 活化剂) ，由于活化m d e a 工艺具有吸收效果好、能耗低、操作弹性大、建设投资低等特点，已逐渐替代其他脱碳 方法，成为天然气脱c 0 2 的主流工艺。其主要工艺过程是吸收剂与天然气在吸收塔内逆 流接触，天然气中的酸性组分被胺液吸收，得到净化，净化后天然气进行脱水处理后外 输；活化m d e a 富液经闪蒸塔脱除一部分气体作用燃料气，在再生塔内解吸出c 0 2 ， m d e a 贫液循环使用。 天然气m d e a 法脱除c 0 2 流程见下图2 7 1 1 。 9 第一二章工艺选择和总体布局 原 料 气 体 图2 7 1 1 天然气m d e a 法脱除c 0 2 流程图 f i 9 2 7 1 1t h efl o wc h a r to fn a t u r a lg a sm e d ap r o c e s sr e m o v ec 0 2 ( 2 ) 膜分离法 膜分离法是利用一种高分子聚合物薄膜材料，依靠气体在膜中的溶解度不同和扩散 速率差异，来选择“过滤”进料气组分，达到分离的目的。原料气经分离和精滤，达到 液体含量郢0 1 m g m 3 、颗粒直径郢0 1pm 后，加热后进入1 级膜，渗透气经压缩后进 入2 级膜。1 、2 级产品气汇合后外输，气体膜分离法的工艺原理见图2 7 1 2 。 图2 7 1 - 2 气体膜分离法的工艺原理图 f i g 2 7 1 2t e c h n o l o g ya n dp r i n c i p l ed i a g r a mo fg a sm e m b r a n es e p a r a t i o n ( 3 ) 变压吸附法 变压吸附法是利用吸附剂对二氧化碳的选择性吸附，在吸附剂上二氧化碳对其他组 份有较高的分离系数，来达到对酸性天然气中二氧化碳的脱除的作用。在变压吸附脱碳 的专用吸附剂的选择上，主要根据二氧化碳和甲烷的分离系数来确定，由于甲烷在普通 1 0 中国石油大学( 华东) - 1 2 程硕土学位论文 的活性炭类或分子筛类吸附剂上的吸留能力较强，因此，选择对甲烷具有弱吸附能力的 吸附剂来达到脱除二氧化碳的同时，甲烷的损失被降低到最小的限度。物理吸附的工艺 原理类似于与分子筛脱水。 ( 4 ) 脱碳工艺对比 三种脱碳工艺主要参数对比，见表2 7 1 1 ，综合对比见表2 7 1 。2 。 表2 7 1 1 三种脱碳工艺主要参数对比表 t a b l e 2 7 1 一lt h em a i np a r a m e t e r s sc o n t r a s t i n gt a b l eo f t h r e ed e c a r b o n i z i n gc r a f t 工艺技术湿法m d e a 脱c 0 2膜分离脱c 0 2变压吸附脱c 0 2 化学物理吸收，溶液 利用不同分子对膜的渗透利用特殊结构的分子筛 作用原理 只和c 0 2 有化学反 差异达到分离目的。 物理吸附c 0 2 应。 m d e a5 0 ( w t ) 吸收介质 活化剂4 ( w t )有机中空纤维膜组件。分子筛：c n a 4 2 1 水4 6 ( w t ) 一级膜：8 2 3 6 烃同收率 9 9 2 39 0 3 0 二级膜：9 6 2 2 吸收塔l 台一级膜：吸附器1 2 个 再生塔1 台膜组件6 0 组中间罐2 闪蒸塔1 台旋流分离器3 台解吸气缓冲罐1 个 主要工艺设备再生气分离器l 台过滤分离器9 台 解吸气混合罐1 个 贫液冷却器1 台二级膜： 后冷却器1 个 再沸器l 台压缩机2 台程控阀1 0 3 个 膜组件2 0 组 电：4 6 8 k w蒸汽：0 4 t h电6 9 3 k w 蒸汽：1 7 9 t h电：3 0 9 4 k w仪表风：5 2 5n m 3 h 公用工程消耗仪表风：9 4n m 3 h仪表风：15 n m 3 h冷却水：5 0 t h 脱盐水：0 3 7 t l l热耗：2 3 5 9 k w 冷却水：5 0 0 t h 脱碳主体装置投资3 1 9 0 万元1 5 4 0 0 万元5 6 8 5 万元 投资及十年运行费 用 1 2 1 0 3 万元3 9 4 6 6 万元2 9 6 4 5 万元 表2 7 1 - 2 三种脱碳工艺综合对比表 t a b l e 2 7 1 2t h eg e n e r a lc o n t r a s t i n gt a b l eo f t h ed e c a r b o n i z i n gc r a f t 工艺技术湿法m d e a 脱c 0 2膜分离脱c 0 z变压吸附脱c 0 2 烃【f 1 1 收率高，闪蒸气可 r t 艺过程较为简单，便t 艺技术较为成熟，操 用作燃料气；c 0 2 脱除精 于操作。作过程程序化。 度高。 引进国外中宅纤维膜， 采用均压技术，相对 c 0 2 气中甲烷含量低， 对c 0 2 有较好的吸收性。减少了因变压引起的气 优点 回收c 0 2 容易。 可同时脱除天然气的水 体损耗。 j ：艺技术成熟、可靠， 份，降低水露点，便于气 公用工程消耗低，全 操作简单，国内外应用较 体的输送，没必要上三甘 厂缩合能耗低。 多。 醇脱水系统。 综合能耗低，投资低。 缺点 m d e a 循环量较人， 烃损耗大，一级膜过滤解吸气气量较大，解吸 第二章工艺选择和总体布局 需要不断地补充。后烃同收率仅8 2 3 6 ，二气中甲烷含量高，烃类损 m d e a 再生所需热耗 级膜仅达9 6 2 2 。失大。 高，需配备大功率的供热 在国内还没有大规模的装置设备台套数多，程 系统。 工业装置验证。控阀多。 需加压缩机增压，能耗 解吸气需进行二次处 较高。 理或与m d e a 装置联合 对原料气的要求较高，使用回收甲烷。同时需对 原料气过滤精度需达到解吸气进行加压处理才 0 o l ，气体进入膜前需加 能有效利用。 热至8 0 9 0 。 装置投资高。 投资及十年费用现值 高。 对比结论推荐不推荐不推荐 根据表2 7 1 1 的对比，投资和能耗最低，十年费用现值最低，以及m d e a 脱碳工 艺国内技术成熟，目前我国油田上用于天然气脱碳的三套装置，两套国产、一套引进， 采用的均是m d e a 脱碳工艺。而膜分离法能耗高、投资大、国内还没有成熟的技术； 变压吸附法与m d e a 溶剂法相比，投资高、能耗高、天然气损耗大，综合对比，推荐 采用m e d a 吸收法脱碳。 净化处理厂的气体经过m e d a 吸收法脱碳后，气体含有饱和水，为了满足外输气 水露点的要求，需将气体进行脱水，脱水工艺采用三甘醇。 2 7 2 脱碳装置总体布局 徐深8 、9 区块c 0 2 含量在5 - - 2 3 8 ，该部分气量单独外输或与其他c 0 2 含量低 的区块混合后，均超过外输气质标准，需要将徐深8 、9 区块的c 0 2 脱除，建设脱c 0 2 装置，脱碳装置的布局，有两个方案可供选择，方案一：生产设施集中一集中建1 套脱 c 0 2 装置，方案- - 生产设施分散一建两套脱c 0 2 装置。 方案一：生产设施集中，集中建1 套脱c 0 2 装置，根据两个区块产气组份分析情况 来看，徐深8 、9 区块c 0 2 超标需要脱除，集中建脱c 0 2 装置，即在各集气站均设脱水， 在徐深9 集中建l 套脱c 0 2 装置，负责脱除徐深8 和徐深9 区块外输气的c 0 2 。徐深8 、 9 区块的产能为4 3 0 4 x1 0 8 m 3 a ，本次规划集中脱c 0 2 装置规模为4 3 0 4 x1 0 8 r n 3 a ( 1 5 0 x1 0 4 m 3 d ) 。 方案- - 生产设施分散，分站脱c 0 2 装置，即在各集气站均建脱水，在徐深8 和徐 深9 各建l 套脱c 0 2 装置，负责脱除徐深8 和徐深9 区块外输气的c 0 2 。徐深8 区块建 脱c 0 2 装置的规模为1 4 3 x1 0 8 m 3 a ( 4 0 x1 0 4 m 3 d ) ，徐深9 区块建脱c 0 2 装置的规模为 2 8 7 4 1 0 8 m 3 a ( 11 0 x1 0 4 m 3 d ) 。 徐深8 、9 区块集中建脱c 0 2 装置和分散建脱c 0 2 装置的对比见表2 7 2 1 。 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕上学位论文 表2 7 2 1 集中建脱c 0 2 装置和分散建脱c 0 2 装置