蘇中氣田天然氣集輸干線合理注醇量計(jì)算

屈文濤，段航波，史嬋媛，李曉娟，閆 皓

（1.西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西西安 710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017300）

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地的毛烏素沙漠腹地，冬季環(huán)境溫度低，最低氣溫在-20 ℃以下。在冬季低溫、高壓的工況環(huán)境下，天然氣集輸管道內(nèi)生成的水合物會(huì)降低管道輸送能力，為抑制其生成，通常將甲醇注入到集輸管道之中[1，2]。合理注醇量是天然氣集輸管道急需解決的問(wèn)題，而現(xiàn)有的注醇量多是根據(jù)環(huán)境溫度、集輸管道運(yùn)行壓力和生產(chǎn)運(yùn)行狀況結(jié)合公式或軟件計(jì)算。齊寶軍等對(duì)注醇預(yù)測(cè)Hammersehmidt 公式進(jìn)行修正來(lái)滿足實(shí)際生產(chǎn)的計(jì)算[3]。李曉慧等[4]利用Pipesim 軟件建立單井地面輸氣模型來(lái)確定各類井的合理注醇量。除計(jì)算合理注醇量外，喻寧等[5]從注醇工藝的角度把控注醇量，姜國(guó)良等[6]為預(yù)防天然氣水合物的生成，通過(guò)建立公式模型預(yù)測(cè)水合物生成條件和位置。本文從完整模擬蘇中氣田集氣站內(nèi)天然氣集輸工藝流程的角度出發(fā)，搭建了HYSYS 軟件注醇量計(jì)算模型，結(jié)合集輸干線的生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出所需注醇量，降低了現(xiàn)有的注醇量。

1 注醇量計(jì)算模型搭建

隨著天然氣地面工藝技術(shù)的進(jìn)一步提高及對(duì)天然氣需求的逐年增加，經(jīng)過(guò)多年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和理論研究，蘇里格氣田形成了“井下節(jié)流，井口不加熱、不注醇，帶液計(jì)量，井間串接，常溫分離，二級(jí)增壓，集中處理”的中低壓集氣模式[7]。天然氣經(jīng)集輸干管由井場(chǎng)匯集至集氣站后進(jìn)行氣液分離、氣體增壓等工藝處理，集氣站外輸?shù)臍怏w經(jīng)集輸干線匯集至處理廠做進(jìn)一步處理（見(jiàn)圖1）。

圖1 蘇里格氣田集輸模式示意圖

在天然氣集輸過(guò)程中，集輸干線是將集氣站外輸氣體匯集至處理廠的管線。相比其他管線而言，集輸干線運(yùn)行壓力高、輸氣量大，這些因素為水合物的生成提供了有利條件，所以對(duì)于集輸干線內(nèi)的天然氣水合物防治是最為重要的。

分析集氣站對(duì)于集輸干管來(lái)氣的處理工藝流程將有利于后期進(jìn)行計(jì)算軟件模型搭建，首先干管來(lái)氣經(jīng)進(jìn)站總機(jī)關(guān)進(jìn)入分離器進(jìn)行氣、液分離，污液將暫存至污液罐。經(jīng)分離得到的天然氣將進(jìn)行二次增壓，保證氣壓可以將氣體輸送至處理廠。在氣體外輸出站前，除了對(duì)氣體進(jìn)行計(jì)量之外，為防止集輸干線內(nèi)生成天然氣水合物，將進(jìn)行注醇作業(yè)（見(jiàn)圖2）。

由現(xiàn)有HYSYS 天然氣水合物預(yù)測(cè)模型可知，此類模型是通過(guò)調(diào)節(jié)器模擬單元破壞管道內(nèi)水合物生成條件的方式，迭代計(jì)算出注醇量[8，9]。本次HYSYS 軟件模型主要用到混合器、分離器、壓縮機(jī)、換熱器、管線等模擬單元（見(jiàn)圖3）。首先模擬集氣干管中以氣、液共存的狀態(tài)進(jìn)入分離器的過(guò)程，經(jīng)分離后得到天然氣和污液。其次，模擬天然氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓的過(guò)程，并通過(guò)混合器模擬氣體外輸出站前的注醇工藝。最后，模擬進(jìn)入處理廠進(jìn)一步處理的過(guò)程。

增加換熱器模擬單元是為了保證增壓后的氣體溫度與生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表中的參數(shù)一致，提高計(jì)算結(jié)果的精確度?？紤]到集輸干線的氣體溫度會(huì)隨著輸送距離的增加而降低，天然氣中的氣相水會(huì)冷凝為液相水，而液相水的存在將加速水合物的生成[10，11]。所以完整模擬集氣站工藝流程可以計(jì)算出天然氣中的氣相水含量，使得計(jì)算過(guò)程更具有針對(duì)性。

2 模擬參數(shù)設(shè)置

在軟件計(jì)算過(guò)程中，輸入真實(shí)的參數(shù)是保證計(jì)算結(jié)果精確的前提。以S1-2 集輸干線為例，該集輸干線天然氣全組分（見(jiàn)表1）。

圖2 集氣站工藝流程

圖3 HYSYS 軟件注醇量計(jì)算模型

表1 天然氣全組分

收集該集輸干線起點(diǎn)集氣站生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表中的真實(shí)數(shù)據(jù)，將輸氣量、分離器入口壓力和溫度等數(shù)據(jù)輸入至各個(gè)模擬設(shè)備和物流的參數(shù)欄之中，通過(guò)調(diào)節(jié)器模擬單元可控制管道出口處的天然氣水合物生成臨界溫度在管線環(huán)境溫度以下3～5 ℃，進(jìn)而迭代計(jì)算出所需最低注醇量。

3 天然氣水合物影響因素分析

以蘇中氣田的S1-2 集輸干線為例，收集其2020年1 月上旬的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行注醇量計(jì)算。其中為了探究影響集氣干線內(nèi)天然氣水合物生成的主要影響因素，分別針對(duì)氣相含水量、外輸壓力、氣體流量等方面進(jìn)行分析，逐漸遞增各個(gè)因素的變量并計(jì)算所需注醇量，繪制曲線圖（見(jiàn)圖4，圖5）。

由圖4、圖5 可知，隨著各個(gè)因素的變量增加，所需注醇量也隨之增加。氣相含水量?jī)H增加0.1%時(shí)，對(duì)應(yīng)所需注醇量增加10%左右，從注醇的目的性角度可以推斷出氣相水含量是促進(jìn)天然氣水合物的最主要影響因素，外輸壓力的影響程度次之，氣體流量的影響程度最小。

圖4 氣相水含量對(duì)天然氣水合物生成的影響

圖5 不同影響因素對(duì)天然氣水合物生成的影響

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及評(píng)價(jià)

2020 年1 月上旬是寒冷的冬季，管線內(nèi)容易生成水合物。在蘇中氣田的S1-2 集輸干線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，根據(jù)該干線每天的運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出所需注醇量（見(jiàn)表2）。

為了保證應(yīng)用期間集輸干線的正常運(yùn)行，將實(shí)際注醇量逐漸降低至計(jì)算量。分析應(yīng)用期間數(shù)據(jù)可知，該集輸干線的起點(diǎn)站外輸壓力、處理廠入口壓力分別穩(wěn)定在2.6 MPa、2.45 MPa 左右，起點(diǎn)集氣站的外輸氣量穩(wěn)定在132×104m3/d 左右，所有數(shù)據(jù)均沒(méi)有大幅度變化。因此判斷在表格建議的注醇量下，管線內(nèi)沒(méi)有水合物堵塞管道導(dǎo)致外輸壓力上升或外輸氣量下降的趨勢(shì)，從而驗(yàn)證了軟件模型的合理性與計(jì)算結(jié)果的正確性。

表2 S1-2 集輸干線運(yùn)行日?qǐng)?bào)

表3 注醇量對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比同季12 月和往年同期的日均注醇量可知，注醇量分別降低15.6%、12.3%，可較為直觀的反映甲醇節(jié)省程度，降低采氣成本（見(jiàn)表3）。

5 結(jié)論

本文從完整模擬蘇中氣田集氣站內(nèi)天然氣集輸工藝流程的角度出發(fā)，搭建了HYSYS 軟件注醇量計(jì)算模型。結(jié)合蘇里格氣田某集輸干線的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算該集氣干線所需注醇量，分析了影響集輸干線天然氣水合物生成的影響因素，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證了模型計(jì)算結(jié)果的正確性并得出以下結(jié)論:

（1）結(jié)合蘇中氣田集輸干線的工藝流程現(xiàn)狀，利用HYSYS 軟件進(jìn)行注醇量計(jì)算，使得計(jì)算結(jié)果更具有適用性。

（2）對(duì)于蘇中氣田的集輸干線而言，其管道內(nèi)氣相水含量是影響天然氣水合物生成的主要因素，外輸壓力的影響程度次之。

（3）運(yùn)用該軟件模型進(jìn)行注醇量計(jì)算可降低甲醇使用量，提高經(jīng)濟(jì)效益。