天然氣集輸系統(tǒng)水平衡模型及指標(biāo)計(jì)算研究

何靜 帕爾哈提 葛蘇鞍 包江 孫彥峰（新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院）

目前，GB/T 12452—2008《企業(yè)水平衡測試通則》和SY/T 6721—2008《油田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡測試和計(jì)算方法》是實(shí)際生產(chǎn)中開展水平衡測試工作的主要理論依據(jù)和技術(shù)導(dǎo)則，但對(duì)于氣田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡測試的有關(guān)方法和計(jì)算仍沒有明確的依據(jù)可循。因此，通過對(duì)油氣田企業(yè)在天然氣集輸方面的實(shí)際生產(chǎn)狀況的分析，利用水平衡原理，建立能夠反映天然氣集輸系統(tǒng)的用水情況的水平衡模型，并給出相應(yīng)的指標(biāo)及其計(jì)算方法，以實(shí)現(xiàn)油氣田企業(yè)水平衡測試工作的統(tǒng)一部署及國家對(duì)用水管理的要求。

1 天然氣集輸系統(tǒng)概述[1]

氣田生產(chǎn)系統(tǒng)由天然氣礦場集輸系統(tǒng)和天然氣凈化處理廠（或裝置）組成，常稱為天然氣集輸系統(tǒng)。

天然氣礦場集輸系統(tǒng)由井場（不包括氣井）、集輸管網(wǎng)（采氣管線、集氣支線和集氣干線）、各種用途的站場（集氣站、脫水站、增壓站、清管站和閥室等）組成。

從氣井采出的天然氣經(jīng)節(jié)流調(diào)壓后，經(jīng)分離計(jì)量或不經(jīng)分離直接進(jìn)入集氣站，在集氣站內(nèi)經(jīng)節(jié)流、調(diào)壓、分離計(jì)量后輸入集氣總站或天然氣凈化處理廠，在凈化處理廠內(nèi)脫除硫化氫、二氧化碳、凝析油和水分，使天然氣達(dá)到國家規(guī)定的天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)并外輸。

天然氣集輸系統(tǒng)用水關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要為集氣及天然氣凈化處理過程。因此，對(duì)于天然氣集輸系統(tǒng)的水平衡研究主要進(jìn)行集氣站及天然氣凈化處理廠的水平衡分析，包括水平衡模型的建立及相應(yīng)的水平衡指標(biāo)及其計(jì)算方法的研究。

2 水平衡模型建立

天然氣集輸系統(tǒng)水平衡模型的建立主要是通過對(duì)企業(yè)水平衡基本模型的分析研究，同時(shí)結(jié)合集輸系統(tǒng)的用水情況，確定相應(yīng)的水平衡模型。

2.1 水平衡基本模型

水平衡模型圖（也稱水平衡框圖）是用以科學(xué)形象地反映水平衡基本原理的重要手段，水平衡的標(biāo)準(zhǔn)模型見圖1[2]。

圖1 水平衡的標(biāo)準(zhǔn)模型

圖1 中方框表示水平衡的體系，方框的邊線表示體系的邊界線。其中，QB為體系的補(bǔ)充水量，QP為體系的排出水量，QH為體系的耗水量，QC為經(jīng)過回收而重復(fù)利用的水量。

目前，企業(yè)的用水模式一般分為直排式、耗水型、重水型3 種基本模式。

1）直排式：直排式的用水模式在企業(yè)中是最常見的。目前，企業(yè)中有相當(dāng)多的生產(chǎn)和生活用水設(shè)施都是直排式的。這種用水方式浪費(fèi)最大，它是節(jié)水工作者們重點(diǎn)研究的對(duì)象，是企業(yè)節(jié)水的潛力所在，其用水平衡框圖見圖2。

圖2 直排式的用水模式

在直排式的用水模式中，對(duì)應(yīng)的水量的平衡QY=QB=QP。

2）耗水型：耗水型的用水模式在企業(yè)中也是比較常見的一種用水方式，特別是在化工、醫(yī)藥、造紙、釀酒、飲食等行業(yè)更為常見，其用水平衡框圖見圖3。

圖3 耗水型的用水模式

在耗水型的用水模式中，對(duì)應(yīng)的水量的平衡QY=QB=QP+QH。

3）重水型：重復(fù)用水模式的簡稱，在企業(yè)中是普遍采用的一種用水方式。其用水平衡框圖見圖4。

圖4 重水型的用水模式

在重水型的供水模式中，循環(huán)用水方式是主要的，也是最為理想的。循環(huán)用水方式的水量平衡QY=QB+QC，QY=QB+QP+QC。

在企業(yè)內(nèi)部設(shè)備之間、車間和部門之間回收水互相串用的情況也很普遍。在這種重復(fù)用水方式中，體系所回收的水量不是體系的重復(fù)用水量。其水量的平衡QY=QB+QC，QY=QP+QH+QS。

2.2 天然氣集輸系統(tǒng)水平衡模型

在了解了企業(yè)水平衡標(biāo)準(zhǔn)模型及3 種基本模型的基礎(chǔ)上，對(duì)于天然氣集輸系統(tǒng)而言，主要研究適合反映集氣站及天然氣凈化處理廠用水情況的水平衡模型[3]。

1）集氣站水平衡模型。根據(jù)2.1 的分析研究，同時(shí)結(jié)合氣田集輸系統(tǒng)中集氣站的用水情況，確定了集氣站的用水模式屬于耗水型用水模式，其水平衡模型的邊界為從集氣站各介質(zhì)輸入管線的入口至輸出管線的出口，相對(duì)應(yīng)的水平衡模型見圖5。

圖5 集氣站水平衡圖

由圖5 可知，集氣站水平衡方程式

2）天然氣凈化處理。根據(jù)2.1 的分析研究，同時(shí)結(jié)合氣田集輸系統(tǒng)中天然氣凈化處理廠的用水情況，確定其用水模式屬于重水型用水模型，水平衡模型的邊界為從天然氣凈化處理廠各介質(zhì)輸入管線的入口至輸出管線的出口，相對(duì)應(yīng)的水平衡模型見圖6。

圖6 天然氣凈化處理廠水平衡圖

由圖6 可知，天然氣凈化處理廠水平衡方程式

3 水平衡指標(biāo)及計(jì)算方法

根據(jù)2.2 中建立的天然氣集輸系統(tǒng)的水平衡模型及其平衡方程式，相應(yīng)確定了水平衡指標(biāo)體系，主要包括集氣站、天然氣凈化處理廠2 部分共7 項(xiàng)指標(biāo)，見圖7。

圖7 天然氣集輸系統(tǒng)水平衡指標(biāo)體系

3.1 集氣站水平衡指標(biāo)計(jì)算

集氣站水平衡指標(biāo)計(jì)算包括以下3 項(xiàng)內(nèi)容：

綜合漏損水量（VJQZC,LS）：

綜合漏損率（RJQZ,ZL）：

集輸萬立方米天然氣新水用量（HJQZ,XS）：

3.2 天然氣凈化處理廠水平衡指標(biāo)計(jì)算

天然氣凈化處理廠水平衡指標(biāo)計(jì)算包括以下4項(xiàng)內(nèi)容：

綜合漏損水量（VJHCC,LS）：

綜合漏損率（RJHC,ZL）：

處理萬立方米天然氣新水用量（HCLZ,XS）：

水重復(fù)利用率（XJHC,CF）：

4 應(yīng)用實(shí)例

為了驗(yàn)證研究確定的天然氣集輸系統(tǒng)水平衡模型及指標(biāo)計(jì)算方法的現(xiàn)場適用性，對(duì)川中油氣礦龍崗天然氣凈化廠開展了相應(yīng)的水平衡測試工作，具體的測試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 天然氣凈化廠水平衡測試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果匯總

由表1 中的數(shù)據(jù)分析可知，平衡方程左側(cè)（進(jìn)入體系的水量）與平衡方程右側(cè)（出體系的水量）略有差異，約相差30.43 m3/d，該部分水量實(shí)則為不可計(jì)量的漏損水量。此外，經(jīng)計(jì)算，龍崗天然氣凈化廠綜合漏損率為13.99%，處理萬立方米天然氣新水用量為4.91 m3，水重復(fù)利用率為96.23%。通過測試數(shù)據(jù)及指標(biāo)計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，可以明確地反映該凈化廠的用水情況和整體水平。

5 結(jié)論

研究主要基于目前氣田集輸系統(tǒng)的水平衡測試及計(jì)算工作無依據(jù)可循的現(xiàn)狀，通過對(duì)氣田集輸系統(tǒng)的工藝及用水情況的分析研究，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有油田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡測試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建立了適合天然氣集輸系統(tǒng)的水平衡模型及其指標(biāo)和計(jì)算方法。為了進(jìn)一步驗(yàn)證文中研究的模型及計(jì)算方法可行性，對(duì)川中油氣礦龍崗天然氣凈化廠開展了相應(yīng)的水平衡測試工作。

現(xiàn)場測試情況表明所建立的水平衡模型能夠符合現(xiàn)場實(shí)際，具有實(shí)操性，各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果能夠清晰地反映系統(tǒng)的供用水情況，同時(shí)，對(duì)于準(zhǔn)確分析水資源利用存在的主要問題和差距、減少漏失損耗、提高水資源循環(huán)利用率、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及有效保護(hù)和利用水資源具有重要的意義。

[1]王遇東.天然氣處理原理與工藝[M].北京:中國石化出版社,2007:7-8.

[2]金明紅,楊麗坤.GB/T 12152—2008 企業(yè)水平衡測試通則[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[3]來現(xiàn)林,吳照云,李克強(qiáng),等.SY/T 6721—2008 油田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡測試和計(jì)算方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2008.