文96地下储气库注采气工艺技术

石油化工腐蚀与防护 CORROSION& PROTECTIONINPETROCHEMICAL INDUSTRY 2018 年第 35 卷第 4 期

文％地下储气库注采气工艺技术$

腰世哲

(中国石化天然气榆济管道分公司，河南濮阳457001)

摘要：文96地下储气库是榆林到济南输气管道的配套工程，用于满足季节调峰及管网事故应

急。通过深入分析文96地下储气库注采气运行特点及上下游调峰需求，结合气藏气体性质特征、 气库工作参数和榆济管网工艺现状，研究形成适合中原地区枯竭气藏储气库的配套注采气工艺技 术。经过现场实践证实，所形成的注采气工艺技术能够满足文96储气库调峰注采气生产需要；注 气系统运行平稳，为同类型气库建设及生产运行提供参考。

关键词：地下储气库；压缩机；三甘醇脱水；脱烃；管柱；井口安全控制系统

地下储气库具有安全可靠、存储量大及运行 成本低等优势，是干线输气管网重要的配套部

分[13。文96储气库是由原文96气藏改建而成， 主要用于季节调峰及突发事件应急供气，保障榆 济输气管道安全、平稳输气。设计最大库容量 5.88 xl08m3,其中，垫底气量2.93 xl08m3,有效 工作气量2 95 xl08 m3;气库上限工作压力27 0 MPa，下限工作压力13.0 MPa。1

地面工艺流程

输气压力计算，文96储气库注采站进站压力为 5.91 ~6. 05 MPa，压缩机进气压力设计点为6.0 MPa，允许波动范围5.0 ~ 7.0 MPa。储气库的实 际工作状况要求配套压缩机进口压力及排量范围 要宽，以满足调峰量的要求，保证输气管线高效运 行。同时，考虑到储气库周期运行的特点，合理设

计分配压缩机的1级和2级压缩比，满足在进气压 力低时2级出口温度不超规定，在进气压力高时一 级负载不超过要求，在设计点时运行效率最高。

在注气期间，榆济线来气由清丰分输站输送至

文96储气库注采站，经计量、分离、过滤和增压后， 通过注采阀组、单井管线及采气树注人气井[4]。在 采气期间，气井来气经单井管线、注采阀组、生产分 离器、三甘醇脱水、丙烷脱烃、气体性质分析及超声 波计量，再经输气管道，自清丰分输站进人榆济线。22.1

注气工艺 注气工艺流程

文96储气库注气初期压力较低，随注气量的 增加压力持续升高，注气期末注采井井口压力为 24.0 MPa，地层压力达到上限工作压力[]。注气 量随着时间不同而变化，季节调峰期目标市场的 最大注气量是8月，为167 x 104 m3/d，最小注气 量是4月，为92 x 104 m3/d，因此注气系统设计规 模为200 xl04 m3/d，注气工艺流程见图1。2.2压缩机组参数

注气压缩机是地下储气库的最关键设备，而 压缩机工作参数选择的是否合理，关系到储气库 的长期运行效率[6]。根据榆林一济南输气管道

26

图1注气工艺流程

33.1

采气工艺 采气工艺流程

榆林一济南管道各月的采气调峰天然气需求

量为117 x 104 ~ 342 x 104 m3/d，因此采气系统设 计规模为350 x 104 m3/d，采气工艺流程见图2。

图2采气工艺流程

收稿日期：2018-04-25;修回日期：2018-06-08。

作者简介:腰世哲,工程师，主要从事天然气地下储气库运行 技术管理工作。E-mail: yaoshizhe@163. com

基金项目：中国石化“中原文96枯竭气藏储气库注采技术研 究”项目（310013)

第4期腰世哲.文96地下储气库注采气工艺技术

应用技术

3.2脱水系统

采气系统设计采用三甘醇吸收法脱出天然气

中的饱和水气，主要设备包括三甘醇脱水装置及三 甘醇再生装置 r7 。脱水系i统的工艺流程见图3。

再

生塔

图3脱水系统工艺流程

3.2.1天然气流程

湿天然气经人口过滤分离器，去除游离态液 滴及固体杂质后进人吸收塔下部的气液分离部 分，分离掉因过滤分离器处于故障状态而可能进 人吸收塔的游离液体[8]。湿天然气在吸收塔内 与贫三甘醇液逆流充分接触，脱除水汽，经塔顶捕 雾丝网除去大于5 pm的甘醇液滴后由塔顶部出 塔。干天然气出塔后，由出口分离器分出携带的 三甘醇凝液后进人外输气管网。3.2.2贫三甘醇流程

贫三甘醇由循环泵增压后经塔上部进入吸收 塔，由上而下流经塔板层，吸收天然气中的水汽， 变为三甘醇富液。3.2.3富三甘醇流程

吸收水分的三甘醇富液由塔下部出口流出经 三甘醇低压过滤器进人再生塔精馏柱换热盘管， 被精馏柱顶蒸汽加热，温度为40〜60 C，通过节 流阀降压进人闪蒸罐，闪蒸分离出溶解在富液中 的烃类气体。富三甘醇由闪蒸罐下部流出进人贫 富液换热器，与由再生重沸器下部三甘醇缓冲罐 流出的贫甘醇换热后进人精馏柱。在精馏柱 中，通过提馏段、精馏段、塔顶回流及塔底重沸 的综合过程，使富甘醇中的水分及很小部分烃 分离出塔。

重沸器中的贫甘醇经贫液汽提柱，溢流至重 沸器下部三甘醇缓冲罐，在贫液汽提柱中可由引 人汽提柱下部的热干气对贫液进行汽提，经过汽 提后的贫甘醇质量分数可达99.5% [9]。贫液在

缓冲罐中通过换热盘管与富甘醇换热，并经过缓

冲罐外壁的冷却，温度降至160 °C左右出缓冲罐， 进人列管式液换热器，与富甘醇换热，温度为 55〜65 C进甘醇泵，增压后进吸收塔。3.2.4

辅助流程(1) 燃料气流程

从吸收塔出口干气主管上引出一部分干气， 经自力式压力调节阀节流并稳压，压力在0. 3〜 0.4 MPa，进入燃料气缓冲罐。从燃料气缓冲罐 引出一部分气，经单流阀后与闪蒸罐罐顶闪蒸气 汇合并经自力式压力调节阀稳定阀后压力为 0.15 MPa，进人三甘醇再生重沸器燃烧器作燃 料气。

(2) 汽提气流程

从燃料气缓冲罐引出另一部分气，经流量计 进人三甘醇再生重沸器，加热后引伸至贫液汽提 柱下部，作为贫液汽提气。

(3) 放空流程

在闪蒸气管线上设置放空管线，该管线经设 定控制阀前压力的自力式压力调节阀及单流阀后 连接站内放空系统。从精馏柱塔顶排出的气体中 大部分为水蒸气，经过排出管线及外部空气的冷 却，形成气液混合物，进人凝液回收罐，凝液进站 内排污系统。3.3脱烃系统

文96气藏原为凝析气藏，天然气注进去再开 采出来会含有一定量轻烃，在一定的条件下，轻烃 从气流中析出形成液态轻烃。在天然气输送条件

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应用技术石油化工腐蚀与防护2018年第35卷

下，液态烃的存在会增大输气压力降，严重时会堵 塞阀门和管道，影响正常供气，因此天然气要经过 脱烃处理后，进人输气管线。

脱烃系统采用丙烷辅助制冷加低温分离脱烃 工艺，利用丙烷压缩机组制造低温对天然气进行

降温，利用冷箱对天然气和低温丙烷换热，在低温 分离器对天然气进行分离。脱过轻烃的天然气达 到管输标准后，天然气利用管道外输，低温轻烃经 套管换热器换热，进人轻烃缓冲罐，进行调压、计

量和外输。脱烃系统工艺流程见图4。

3.3.1天然气流程

自脱水系统来的天然气（6. 0 ~ 7. 0 MPa，25 °C )经过轻烃套管换热器与低温的轻烃进行第 一次换冷，换冷后的天然气温度为23 °C，再进人 一级冷箱，与低温天然气进行第二次换冷，换冷后 的天然气温度为-8 C，再进入二级冷箱，与丙烷 进行最后换冷，换冷后天然气（-10 °C)进入低温 分离器分离出轻烃，从顶部出来的低温天然气再 返回到一级冷箱与第一次换冷后的天然气 (23 °C)进行换热，升温后计量及外输。3.3.2轻烃流程

低温分离器底部冷凝出来的轻烃，进人轻烃 套管换热器与脱水系统来的天然气进行换热到 15 C后进人轻烃分离器进行轻烃分离，再降压进 人轻烃缓冲罐，经过计量外输。34 W院流程

二级冷箱气化的丙烷进人丙烷制冷机组橇 块，进人丙烷压缩机气液分离器，从顶部出来的丙 烷气体经过滤器过滤，进人丙烷压缩机，增压至 1.28 MPa，增压后丙烷经空冷器冷却至40 °C，进 人虹吸罐。丙烷液从虹吸罐溢流口至贮液器， 液态丙烷，经节流至压力为0.29 MPa，温度为 -15 C的气液两相丙烷，进入二级冷箱换热，完

成丙烷制冷循环。

3.5集气工艺

文96储气库属于枯竭气藏建库，采出天然气 重烃含量少，不易形成水合物。经计算，气库在冬 季极端气温条件下，节流后温度到注采站内温度 始终保持高于水合物形成温度。文96储气库采 气工艺选择采气井口不加热一级节流低压输送技 术[10]，集气温度不低于24 C，集注站内选用三甘 醇脱水工艺时，采气井口不加热一级节流，由井口 音速喷嘴将压力调节到不大于13 .0 MPa，充分利 用气藏能力，简化流程。3.6注采井筒工艺

储气库注采井具有注采双重功能，注采管柱 及井口装置须承受强注强采、高压、高产的周期变 化，因此管柱及井口装置不仅要满足最大注采能 力的需要，而且要求井下工具及井口设备具有高 气密封性和长期安全可靠[11]。针对储气库注采 过程复杂和系统参数变化范围大的特点，建立 以时间为变量、以流动节点为基础的注采系统 分析方法，结合携液能力和抗冲蚀能力分析，确 定注采管柱尺寸为76 mm。根据注采产能、储层 条件、产出流体性质及不同生产要求[2]，调整优 化注采管柱结构。注采井管柱结构见图5。

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第4期腰世哲.文96地下储气库注采气工艺技术

应用技术

图5注采井管柱结构示意

根据注气、采气不同月份井口及井筒压力温

度模拟结果，依据文96储气库设计指标及自然环 境指标，参照API 6A标准，确定井口装置性能参 数。井口安全控制系统设计采用地面和井下二级 双重安全控制，通过井下和井口安装的压力传感 器和易熔塞，将异常低压和火灾信息传递给控制 面板，

由其发出报警信号，

自动关闭井下和井口安

全阀。系统也可实现就地手动控制，对开井和关 井所需的各种功能和状态进行自动监控，监控信 号可通过远程控制终端系统远传至注采站ESD 系统。4

运行实践

文96地下储气库自2012年9月6日投产以 来，已经过4个完整注采周期，累计注气8.51 xlO8 m3，累计采气4.50 x 108 m3。注气期间3台压缩机 组在设定工况下单机注气能力均能达到62. 5 x 104 m3/d的设计能力；2013年6月11日3台机组联 合试运期间，在压缩机进口压力5.98 MPa、进口 温度1.43 °C工况下，注气量达198.8 xlO4 m3。 采气期间采气工艺运行平稳，最高日采气量达 297.3 xlO4 m3,在6 ~7 MPa压力下，天然气水露 点最低达-18. 76 C，烃露点达到-

13. 25 C，完

全满足外输气体性质要求。5

结论

(1)注气系统压缩机组选型正确、参数合理，

进气零节流，三级3种分离、过滤，系统运行平稳， 满足调峰注气需求。针对高压大排量往复式压缩 机制造难点，联合制造厂家、开展技术攻关，填补 了地下储气库压缩机组国产化空白。

(2) 采气系统主体流程简洁、辅助流程合理， 整体运行效果良好，实现科学节流、单井气量调配 方便，三甘醇脱水方式工艺合理，满足不同时段采 气需要;丙烷脱烃工艺成熟、现场操作简便，外输 气体性质达到设计要求。(3) 针对文96储气库工况特点和钻完井结 构、流体特点和功能要求，进行注采井口结构及性

能参数设计。采用先进技术，优化注采井口及配 套设备，形成适合文96储气库特点的井口、配套 地面和井下二级安全控制系统，满足强注、强采和 长期安全性的性能要求。

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(编辑王菁辉） (下转第41页）

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第4期孟庆武等.加热炉水冷壁炉管爆裂失效分析失效分析

Failure Analysis onWater Wall Tube Burst of Heating FurnaceMENGQingwu，REN Liming，LI Jiaxin，MENGFanqi，YU Hang

{Northeast Petroleum University, Daqing 163318 , China)

Abstract: In order to find out failure causes of water wall tube burst of a steam heating furnace in a chemical plant ,

micro structure of inner and outer tube , corrosion products and metallographic structure were analyzed by

SEM

and other testing

instruments. The results showed that oxidation fatigue crack was the pimary cause , which was caused by long-term hightemperature oxidation environment and alternating load induced by frequent start and stop working conditions , besides , thesecondary causes were

thick

oxide

layer

on

inner and outer

tube

walland

pearlite

spheroidization

in

Key words ： water wall tube ； burst ； failure analysis

(上接第29页）

Technologies of Gas Injection and Production in Wen96 Underground Gas Storage

YAO Shizhe

{SINOPEC Yulin-Ji nan Gas Pipeline Company, Puyaag 457001 , China)

Abstract： Wen96 underground

gas storage is a supporting project

of gas

pipeline from

Yulin

to Ji,

nan ,

which is u

peak adjustment and pipeline emergency. Technologies of gas injection and production which are appropriate for exhausted gasreservoir of central China

were formed

through analyzing

operation characteristics

and

peak

adjustment demand of the

combination with gas reservoir type，working parameter and technology status of Yulin-Ji ’ nan pipeline network. The field practice proved the technology could satisfy

peak

demand , secure

system

running

smoothly and

provide

reference for

constructi

operation of the same type of gas reservoir.

Key words： underground gas storage； compressor； three glycol dehydration； dehydrocarbon； pipe column； wellhead safety

control system

瑞士生物沼气直接甲烷化技术进入实用阶段

据瑞士保罗谢尔研究所介绍,该所开发出一项独有 的生物沼气直接甲烷化技术，将氢气直接加人生物沼气 中进行甲烷化反应，使生物沼气中的C〇2直接转化为甲 烷。经过直接甲烷化处理的生物沼气甲烷含量大大提 高，质量可满足直接输人天然气管网的要求，不再需要经 过提纯净化处理环节。

通过含有生物质的垃圾经过发酵产生沼气是实现资 源循环利用的有效途径，生物沼气经过提纯后获得的人 工天然气可通过天然气管网供应用户使用。目前产生的 初级生物沼气中的甲烷含量约为60%，其余成分主要为

过天然气管网输送到用户的要求。因此沼气直接甲烷化 技术具有重要应用价值。

为在实际应用条件下验证该项技术，瑞士保罗谢尔 研究所与瑞士苏黎世360°能源公司合作开展验证和示 范研究。将该项技术集成在一个集装箱大小的代号为

Coma的示范装置内，接人实际运行的生物沼气站进

行1 000 h验证试验，经过甲烷化后的沼气直接进人天 然气管道，可满足一个家庭住宅的取暖和热水 供应。

试验取得成功，显示了该项技术已经具备进人实际 应用的条件。该项成果日前获得瑞士能源技术奖。

(叶春波摘编）

C〇2,需要进行预先分离，成本较高。而且因生物质垃圾

来源复杂，产生的沼气质量差异很大，一般达不到直接通

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