提高渤海某油田輕烴回收率

米思丞，張紹廣，李 政

[中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450]

油田燃料氣處理系統主要為透平發電機提供燃料，燃料氣來源為本平臺產出的伴生氣，伴生氣經天然氣壓縮機加壓至 3 600kPaG、冷卻至 40℃后，進入燃氣儲罐除去液滴，天然氣在壓縮、冷卻處理過程中由于壓力、溫度的變化會有液烴析出，原有設計流程為排放至平臺閉排罐，通過火炬系統燃燒放空。通過調取分析閉排罐液位變化曲線，計算得出油田在產氣量約為 11×104m3/d 工況下，每月產生液態輕烴總量約為 850m3，折合為經濟效益約為 312 萬元。由于輕烴是寶貴的化工原料，在我國有著巨大的市場空間，本著節能降耗，增產增效的思路，計劃增加輕烴回收流程，以實現對這部分輕烴的有效回收利用，同時降低輕烴對于原油流程的干擾，提高油田燃氣系統輕烴回收利用率。

1 流程現狀

油田燃料氣系統投用運行過程中，發現天然氣壓縮后會有液烴析出排向閉排，通過持續跟蹤閉排罐液位變化曲線，計算出油田液態輕烴數據，如表1所示。

表1 油田液態輕烴效益

為進一步確定液烴來源，通過查閱各烷烴的臨界溫度及臨界壓力（如表2、表3所示），確定在燃氣洗滌器（操作壓力/溫度：250kPaG/40℃）中會有戊烷及以上液態烷烴存在，燃氣儲罐（操作壓力/溫度：3 700kPaG/40℃）中會有丙烷及以上液烴脫出，在天然氣壓縮機二級分液罐（操作壓力/ 溫度：1 020kPaG/40℃）等小型設備中會有丁烷及以上液烴存在。

表2 烷烴臨界溫度及臨界壓力數據表

表3 丙烷及以上烷烴 40℃時臨界壓力數據表

因為任何氣體在一點溫度和壓力下都可以液化，溫度越高，液化所需要的壓力也越高，但是當溫度超過某一數值時，即使在增加多大的壓力也不能液化，這個溫度叫臨界溫度，在這一溫度下最低的壓力就叫做臨界壓力，故甲烷和乙烷在程操作壓力下不會液化。

在油田日產氣量約為11×104m3/d 工況下，通過持續觀察天然氣系統各罐體液位變化曲線，燃氣洗滌器中戊烷以上液烴總量約為82m3/月（折合3m3/d），燃氣儲罐丙烷以上液烴總量約為830m3/月（折合30m3/d），其他設備總量約為 59m3/月（折合 2m3/d），燃氣儲罐中輕烴產量占比達到 85.71%，得出燃氣儲罐輕烴回收利用率低確定為問題癥結所在。

2 燃氣儲罐輕烴回收利用率低的原因分析

如表4，表5所示，確認癥結為燃氣儲罐輕烴回收利用率低，綜合分析了燃氣儲罐輕烴回收利用率低的原因：天然氣重組分含量偏高、燃氣儲罐壓力運行偏高、燃氣儲罐溫度運行偏低、燃氣儲罐缺少輕烴回收流程，下面針對這幾點進行分析。

表4 油田天然氣組分表

表5 油田天然氣組分表

2.1 天然氣重組分含量偏高

通過對天然氣組分取樣化驗和對油田地質資料和油藏方案等資料進行查閱，發現兩者中丙烷及以上烷烴含量偏差值為 0.86%，小于 1%。

2.2 燃氣儲罐壓力運行偏高

通過對 2018年11月—2019年3月燃氣儲罐實際運行壓力與設計值進行對比，發現兩者偏差均小于30kPaG，如表6所示。

表6 燃氣儲罐實際運行壓力與設計值對標表

2.3 燃氣儲罐溫度運行偏低

通過對 2018年 11 月—2019 年 3 月燃氣儲罐實際運行溫度與設計值進行對比發現兩者中偏差均小于1℃，如表7所示。

表7 燃氣儲罐實際運行溫度與設計值對標表

2.4 燃氣儲罐缺少輕烴回收流程

通過現場調查，發現燃氣儲罐液相出口管線全部去往閉排，當液相調節閥打開時，液烴快速流向閉排，由于閉排處于常溫、常壓狀態，液態丙烷和丁烷迅速氣化進入火炬系統燃燒放空，放空氣量瞬時值增加 1 200m3/h，是造成輕烴浪費的主要因素。

3 流程改造

3.1 方案確認

依托燃氣儲罐本身緩存能力，在罐內實現輕烴和水的重力分異，對液相出口管線進行改造，在排液調節閥 下游新增至天然氣海管管線，當燃氣儲罐液位上漲高于調節閥設定值后，調節閥打開，儲罐內液烴進入天然氣海管外輸，在儲罐底部出口與正常排液出口之間加裝油水界面液位計，手動排水控制油水界面，實現對燃氣儲罐的輕烴回收。

3.2 方案調研

為了能夠更好地開展項目實施，充分利用現有設備和空間，同時為了優化施工方案，降低施工難度，減少施工費用，根據選定的改造方案開展了現場調研，具體如下：①排液調節閥下游新增至天然氣海管流程。②在儲罐底部出口球閥前端與正常排液出口球閥之間加裝油水界面液位計。③油水界面液位計浮子密度的選擇。2019 年 5 月 5 日—5 月 11 日對燃氣儲罐內輕烴密度進行跟蹤取樣化驗，結果如表8所示，根據測量結果，采購的浮子密度為 800kg/m3，以保證正常顯示燃氣儲罐內油水界面。

表8 燃氣儲罐輕烴和底水密度化驗結果

4 效果檢驗

工藝流程改造完成后，進行了投用，新增流程的控制操作正常，能實現輕烴的自動回收，回收輕烴量約29m3，實現了對策目標。油水界面液位計能實現監測油水界面的功能，輕烴進入天然氣海管后，海管運行狀態正常，滿足日常生產需求。

4.1 檢查效果

4.1.1 輕烴回收率分析

改造流程投運后，連續觀察 3 個月，油田每天回收輕烴約 29m3（折合每月 871m3/月），油田輕烴回收率達到 82%，如表9所示。

表9 改造前后數據對比表

4.1.2 經濟效益分析

據油田統計，改造后油田每日外輸輕烴量約為29m3，每天經濟效益為 13 萬元；自 2019 年7月 1日投入使用，截至 2019年 9 月 30 日，已實現經濟效益1 270萬元；在保持產量不變的情況下，預計每年的經濟效益為5 080萬元，因此，該改造項目具有很高的經濟效益。

4.1.3 節能減排分析

據油田統計，改造后油田每天可減少天然氣放空 4 000m3，自 投入使用，已累計減少天然氣放空36×104m3，減少二氧化碳排放：36×104×3.30/1 000=1 188 t。（注：1m3丙烷產生3m3二氧化碳，1m3丁烷產生4m3二氧化碳，根據天然氣組分化驗結果，增加放空氣中丙烷和丁烷占比為 65%和 35%，經計算產生二氧化碳 3.30kg。

每年可減少二氧化碳排放量約為 4 752t。

每年節約標準煤：29×365×0.6×1.71=10 860.21 t。

注：按輕烴密度為 0.6 t/m3，1t 輕烴折合標準煤1.71 t 計算。

5 結論與建議

為進一步鞏固流程改造效果，提高輕烴回收利用率，制定了相應的鞏固措施，一方面更新了燃氣儲罐及天然氣海管標準化操作程序，加強流程改造后的巡檢及維護工作。另一方面對天然氣組分及輕烴密度繼續跟蹤化驗，跟蹤油水界面液位計運行狀態，防止外輸輕烴含水增高。