天然氣集輸工藝研究現(xiàn)狀和主要問(wèn)題

王超(大慶油田設(shè)計(jì)院，黑龍江 大慶 163712)

0 引言

天然氣集輸工藝可有效提高天然氣輸送效率，是當(dāng)前較為優(yōu)秀的能源運(yùn)輸解決方案，在天然氣集輸工藝實(shí)施過(guò)程中，技術(shù)工作人員需要對(duì)工藝自身進(jìn)行具體分析與論證，確保工藝所屬各個(gè)環(huán)節(jié)都能得到有效保障，每一個(gè)環(huán)節(jié)都能滿足實(shí)際的需求指標(biāo)，不存在安全隱患。天然氣集輸工藝需以實(shí)際需求為導(dǎo)向，以安全高效運(yùn)輸為目標(biāo)，流程設(shè)置需要充分考量天然氣運(yùn)輸過(guò)程的各項(xiàng)指標(biāo)，做好密封與各項(xiàng)安全保障，并以此建立長(zhǎng)效的天然氣運(yùn)輸機(jī)制。天然氣集輸工藝需要與當(dāng)前天然氣生產(chǎn)工藝完美匹配，滿足能源運(yùn)輸與使用指標(biāo)，并針對(duì)天然氣壓力進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，確保輸送壓力與運(yùn)輸需求之間科學(xué)平衡。在實(shí)際工作中，建立更為科學(xué)有效的集輸監(jiān)督檢測(cè)機(jī)制，可有效提高整體工作安全性與可靠性，確保運(yùn)輸過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都能在實(shí)際監(jiān)控之中，避免出現(xiàn)失控問(wèn)題。

1 天然氣集輸工藝的流程

天然氣集輸工藝是現(xiàn)代能源運(yùn)輸過(guò)程在安全與可靠層面標(biāo)準(zhǔn)不斷抬升的結(jié)果，工藝自身所形成的能源運(yùn)輸解決方案，可有效減少天然氣在運(yùn)輸過(guò)程所可能存在的各類風(fēng)險(xiǎn)，并提高天然氣的利用效率，提高實(shí)際使用過(guò)程的穩(wěn)定性。天然氣集輸工藝在方案與流程設(shè)置過(guò)程中，需要首先考量天然氣井所屬區(qū)域的地質(zhì)與氣候狀況、用戶的實(shí)際使用需求以及天然氣井自身的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，在提高運(yùn)輸質(zhì)量與安全性的前提下，有效控制成本，并最終完成整體運(yùn)輸機(jī)制的構(gòu)建。天然氣技術(shù)工藝需要在密封性以及長(zhǎng)期可靠性層面做出必要的工程處理，在工藝應(yīng)用中，工作人員也要對(duì)天然氣集輸管道內(nèi)部的氣體成分實(shí)施全面分析，精密計(jì)算集輸工藝所屬各類設(shè)備與管道的內(nèi)部壓力。天然氣集輸工藝需要輔以高精度數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備，確保工程人員可實(shí)時(shí)掌握集輸設(shè)備內(nèi)部各項(xiàng)數(shù)據(jù)，避免在集輸過(guò)程中出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

2 天然氣集輸工藝研究現(xiàn)狀

天然氣集輸工藝控制過(guò)程中，需要注重對(duì)天然氣溫度與流量的有效掌控，并使用合理的手段，確保天然氣壓力維持在規(guī)定范圍之內(nèi)。當(dāng)前較為常用的天然氣集輸工藝可分為：井口加熱節(jié)流地面工藝模式、井口注醇高壓集輸模式、井下節(jié)流井口不加熱不注醇集輸模式。

2.1 井口加熱節(jié)流地面工藝模式

天然氣開(kāi)采后，其自身的運(yùn)輸效能較差，如果不能加以良好的處理與控制，將會(huì)給運(yùn)輸環(huán)節(jié)帶來(lái)很大的安全隱患。井口加熱節(jié)流地面工藝模式需要強(qiáng)化對(duì)天然氣溫度與流量的控制，天然氣在開(kāi)采后，需要使用指定設(shè)備對(duì)其進(jìn)行加熱，提高天然氣的整體流動(dòng)效能，隨后配備相對(duì)完善的節(jié)流控制手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣輸送流量的控制，確保天然氣集輸過(guò)程控制效果。井口加熱節(jié)流地面工藝模式中，需要著重強(qiáng)調(diào)對(duì)高壓力天然氣輸送的特殊處理，高壓力天然氣加熱過(guò)程不能一次完成，而是分次進(jìn)行。當(dāng)天然氣從地下開(kāi)采出來(lái)后，利用氣液分離模式，完成對(duì)天然氣實(shí)際流量與壓力的計(jì)算，天然氣井配合使用多井式加熱爐，有效完成對(duì)大壓力天然氣井內(nèi)部天然氣體的加熱與流量控制控制，并提高實(shí)際的輸送效率，確保天然氣集輸過(guò)程的安全可靠。

2.2 井口注醇高壓集輸模式

井口注醇高壓集輸模式需要在井口位置注醇，完成對(duì)天然氣的壓縮，隨后統(tǒng)一運(yùn)送至指定的天然氣處理地點(diǎn)，再進(jìn)行天然氣的加熱與節(jié)流過(guò)程，最后統(tǒng)一將其輸送至目的地。在這種模式中，天然氣加壓過(guò)程與加熱節(jié)流過(guò)程被分割成兩個(gè)不同的環(huán)節(jié)，其有效利用集氣站所現(xiàn)有的天然氣處理能力，大幅度提高整個(gè)控制工作的實(shí)際能力，降低天然氣井位置的實(shí)際配屬設(shè)備，降低工藝復(fù)雜度。但是，井口注醇高壓集輸模式的核心在于注醇，而這一過(guò)程會(huì)額外產(chǎn)生高昂的注醇費(fèi)用，天然氣集輸過(guò)程成本顯著提升。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，工程技術(shù)人員為了降低此項(xiàng)工藝的實(shí)際成本，往往會(huì)采用多井段同時(shí)注醇的優(yōu)化方式，提高注醇效率，降低注醇消耗，提高了整體工藝的應(yīng)用難度與運(yùn)輸成本。

2.3 井下節(jié)流井口不加熱不注醇技術(shù)模式

井下節(jié)流井口不加熱不注醇技術(shù)模式應(yīng)用過(guò)程中，工作人員需要將節(jié)流器安裝在天然氣井下側(cè)的油管之中，并利用地下溫度，完成對(duì)天然氣的加熱過(guò)程，無(wú)需使用額外的加熱設(shè)備，而天然氣井下側(cè)油管內(nèi)部所安裝的節(jié)流器，亦可有效滿足天然氣集輸過(guò)程在節(jié)流層面的需求。井下節(jié)流井口不加熱不注醇技術(shù)模式充分利用地下熱能，避免因天然氣加熱而需要實(shí)施的額外投入，節(jié)約設(shè)備消耗，并有效提高相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)效益。另外，天然氣井在油氣開(kāi)采過(guò)程中，水合物與液態(tài)烴有著很好的流動(dòng)性，確保了天然氣集輸效率。但是，這種工藝對(duì)天然氣井所處地質(zhì)環(huán)境有著很高要求，只有在一些低孔、低滲透且產(chǎn)能較低的天然氣井井位中有所使用。

3 當(dāng)前天然氣集輸工藝所存在的主要問(wèn)題以及對(duì)應(yīng)的處理手段

當(dāng)前，從實(shí)際應(yīng)用角度分析，天然氣集輸工藝的應(yīng)用依舊存在眾多問(wèn)題，很多工藝并沒(méi)有起到應(yīng)有的工程效果，例如輸入壓力控制不足、流量控制效能低下、溫度控制不好等等，這些問(wèn)題不僅讓天然氣集輸過(guò)程效率變得較為低下，也讓整個(gè)集輸過(guò)程的安全可靠性受到一定威脅?，F(xiàn)代能源企業(yè)以經(jīng)濟(jì)利益為首要目標(biāo)，因此，天然氣集輸過(guò)程需要同時(shí)考慮到工程成本，不能單純?yōu)榱颂岣呒斝Ч鵁o(wú)限制應(yīng)用各類工藝。另外，天然氣自身含有大量有害物質(zhì)，這些物質(zhì)不僅會(huì)造成設(shè)備的腐蝕，也對(duì)整個(gè)集輸過(guò)程帶來(lái)很大的安全威脅，因此需要輔以有害物質(zhì)分離工序，并同時(shí)注重對(duì)天然氣的防爆處理。

3.1 氣層氣地頂集輸工藝

氣層氣地頂集輸工藝主要應(yīng)用于自噴枯竭式天然氣井。自噴枯竭式天然氣井在實(shí)施集輸工藝時(shí)，通常會(huì)選擇利用地底壓力對(duì)天然氣進(jìn)行輸送，而這種輸送方式可有效降低天然氣開(kāi)采與輸送成本。但是，隨著天然氣的不斷開(kāi)采，地底壓力將會(huì)慢慢下滑，地底壓力抵御集氣管壓力時(shí)，天然氣集輸過(guò)程就無(wú)法依靠地底壓力肚子完成。針對(duì)這一狀況，天然氣開(kāi)采企業(yè)可將油氣井分為高壓井與低壓井，其中，高壓井內(nèi)天然氣壓力較高，擁有較好的集輸效率，可將其輸送至較遠(yuǎn)區(qū)域，而低壓井內(nèi)氣體壓力不足，可將其輸送至加工地點(diǎn)附近的生活或工業(yè)生產(chǎn)之中，滿足周邊區(qū)域社會(huì)活動(dòng)與日常生活所需。另外，為了提高天然氣集輸過(guò)程的可靠性，可考慮配合使用注醇高壓集輸工藝以及井口加熱節(jié)流手段，提高天然氣集輸過(guò)程在流量與溫度層面的控制效果，滿足指定區(qū)域在天然氣使用層面的需求。

3.2 井間串聯(lián)工藝

井間串聯(lián)工藝對(duì)天然氣井實(shí)際布局以及區(qū)域內(nèi)的實(shí)際天然氣產(chǎn)能有著很高要求，不同天然氣井之間的距離不能過(guò)大，每一個(gè)井的實(shí)際產(chǎn)量有需要保持在較低水平，此時(shí)，可將這些產(chǎn)能較低的天然氣井通過(guò)合理的工程手段串聯(lián)到一起，最終形成一體式集輸流程，形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而提高天然氣的加工效率。井間串聯(lián)工藝在實(shí)施前，工程技術(shù)人員需要對(duì)每一個(gè)天然氣井的實(shí)際流量與壓力進(jìn)行全面考察，并使用必要的監(jiān)控設(shè)備，實(shí)施掌控區(qū)域內(nèi)所有井的實(shí)際流量，并對(duì)其進(jìn)行有效計(jì)算。井間串聯(lián)管網(wǎng)的最終流量受每一個(gè)井的實(shí)際流量影響，工程人員通常會(huì)采用旋進(jìn)漩渦流量計(jì)，完成整個(gè)區(qū)域的流量監(jiān)控與計(jì)算。

3.3 天然氣集輸脫水工藝

天然氣內(nèi)部含有大量的有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)不僅會(huì)對(duì)人體和環(huán)境帶來(lái)很大的影響，也會(huì)嚴(yán)重削減集輸設(shè)備的使用壽命，因此需要對(duì)其進(jìn)行分離處理，尤其是天然氣內(nèi)部所含有的硫化物的時(shí)候。天然氣集輸脫水工藝實(shí)施過(guò)程中，工程人員需同時(shí)利用分離器、壓縮機(jī)、泵送設(shè)備以及各類安全閥門，精準(zhǔn)計(jì)算每一個(gè)環(huán)節(jié)的具體目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。其中，安全閥需要根據(jù)集輸過(guò)程天然氣內(nèi)部氣體的具體組成成分進(jìn)行選擇，通常情況下，如果天然氣內(nèi)部含水量較低，需要選用全啟式的安全閥，避免脫水過(guò)程出現(xiàn)泄漏。

3.4 集輸過(guò)程的防火防爆

天然氣集輸過(guò)程的防火防爆問(wèn)題始終是困擾工程人員的首要難點(diǎn)，集輸防火防爆的應(yīng)對(duì)重點(diǎn)為輕質(zhì)烴，因?yàn)檩p質(zhì)烴極易燃燒，且有著極高的爆燃效果。如果區(qū)域內(nèi)天氣出現(xiàn)變化，如雷雨天氣等，需要停止輕質(zhì)烴液化氣相關(guān)的處理工作，并同步做好接地防雷處理，避免集輸設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)火花，接地電阻不能大于10Ω，并做好防靜電處理。天然氣集輸現(xiàn)場(chǎng)不能存在任何明火，相關(guān)設(shè)備在控制試運(yùn)、試壓過(guò)程中，也要全面控制管道內(nèi)部的氧氣含量，降低爆燃發(fā)生的可能性。對(duì)于進(jìn)入運(yùn)行使用狀態(tài)的天然氣，如果在集輸設(shè)備維護(hù)過(guò)程中，必須進(jìn)行焊接等為高危險(xiǎn)操作，則需嚴(yán)格按照指定的工程順序來(lái)進(jìn)行。操作前，集輸管道內(nèi)氣體需要徹底排空，并利用高壓水蒸氣對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行清掃，清掃完成后需進(jìn)行取樣檢查，樣本數(shù)量需滿足整體覆蓋，并做好爆炸安全測(cè)試。另外，焊接動(dòng)火設(shè)備需要與整個(gè)集輸管道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行隔離，設(shè)置好隔離盲板，一旦因操作失誤而出現(xiàn)火宅，亦可有效控制火情范圍與危害程度。隔離盲板通常為鋼質(zhì)絕緣板，并需要具備極高的耐火性，其實(shí)際厚度也要滿足應(yīng)用需求，可應(yīng)對(duì)一定時(shí)間的火焰燃燒與高壓沖擊。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，天然氣集輸工藝的發(fā)展是確保天然氣能源高效可靠利用的根本，而不同工藝之間也在應(yīng)用效果和適用場(chǎng)景方面有著很大的不同。因此，工程人員需要根據(jù)實(shí)際的客觀條件，制定更具針對(duì)性的天然氣集輸方案，有效控制天然氣運(yùn)輸流量，提高集輸流程整體安全性，并控制因集輸方案實(shí)施而產(chǎn)生的工程成本，進(jìn)一步提高天然氣技術(shù)工藝在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的工程價(jià)值。