大张坨地下储气库地面工程设计

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1、大张蛇地下储气库地面工程设计周学深 。 2 孟凡彬 ( 1 . 中油集团公司大港油田石油工程公司2 . 西南石油学院)周学深霉. 大张蛇地下储气库地面工程设计. 天然气工业， 2 0 0 3 ; 2 3 ( 增刊) : 1 3 9 - 1 4 2摘要大张蛇地下储气库是中国第一座城市调峰储气库， 于2 0 0 。 年 1 2月建成投产， 是由正在开发的大张龙凝析气田改建而成， 作为陕京物气管线的配套工程， 该地下储气库的建成既保证了陕京输气管线满负荷高效运行， 又部分解决了首都北京市用气调峰和事故应急供气问题。该地下储气库总有效工作气量 6X 1 0 m ， 设 1 2口可注可采井， 年采气期

2、1 2 。天， 年注气期2 2 0天。介绍了该地下储气库的采气、 注气、 塞点控制设计等工艺， 并结合该气库运行效果介绍了地下储气库地面工程设计中需重点注意的问题， 对国内其他类似地下储气库的设计具有指导性作用。主顺词*张1 F . 气田茹下储存储气库娥 市调膝她而工程份计架气体汽霞 古大张沱地下储气库作为陕京输气管线配套工 程， 是中国建成的第一座城市调峰用地下储气库， 于 2 0 0 。 年 1 2月建成投产， 有效工作库容为 6 X 1 0 1 . 1 。其主要功能是在城市用气淡季将陕京输气管线富余的天然气经注气压缩机组增压后注人地下储气库， 等到城市用气旺季从地下储气库采气， 采出 的

3、天然气经双向输气管线输至北京和天津各用户。大张沱地下储气库的建成既保证了陕京输气管线满 负荷高效运行， 又部分解决了首都北京用气调峰和事故应急供气问题。储气库地面工程简介地下储气库按其地质条件或地层特点可分为枯竭气田储气库 包括枯竭凝析气田和干气田) 、 枯竭 油田储气库、 含水层储气库、 盐穴/ 盐洞储气库等， 其 中利用枯竭气田改建的地下储气库经济可靠、 优势明显。首先枯竭气藏具备良好的封闭条件， 密闭性 好， 储气不易散溢漏失， 安全可靠性高; 其次气田有 较多已有采气井可供选择利用， 有完善的天然气地 面集输和水、 电、 讯、 路等配套附属工程设施可供选择 ， 因此建库周期短， 试注试

4、采运行把握性大， 工程风险小; 此外在气田开发过程中， 已经掌握了气藏构造、 储层、 气藏有效容积及气藏生产动态特征等资 料， 有利于储气库描述和数值模拟; 另外枯竭气田所 需垫底气少， 注人气利用率高。大张佗地下储气库地处大港油田板桥油气田， 是由正在开发的大张佗凝析气田改建而成， 地层运行压力为 1 5. 2 9 MP a ， 设计年采气期 1 2 0 d ， 年注气 期 2 2 0 d ， 采气脱水装置处理能力 6 2 0 X 1 0 m / d ， 注气能力 3 2 0 X1 0 4 m / d ， 干气外输露点不超过一5 0C. 气库设 1 2口可注可采井， 采气期井口压力1 8 .

5、 ,5 6 . 2 MP a ， 井口温度6 7 C， 单井采气能力 3 7 X.1 0 - 6 5 X1 0 “ m / d ; 注气期井口压力 1 8 . 5 - 2 6 . 1 MP a ， 井 口 温度7 0 0C， 单井注气能力4 1 X1 0 - 6 2 X1 0 m /d 。大张佗地下储气库地面工程建设主要包括集注站、 管理站、 A / B井组和站外系统等， 集注站的功能 是集气与注气; 管理站的功能是为生产人员提供办公住宿条件并监测储气库的生产情况; A / B井组是 地下储气库的采气起点和注气终点， 包括 1 2口可注可采井和井口注/ 采气计量阀组; 站外系统包括集注 站 至

6、A / B 井组的 集注 管线、 集 注站 凝 液外 输 管线 及配套的水、 电、 路等设施， 本文系大港石油T程公司专有技术项目， 不同意将文章列人相关数据库。作者简介: 周学深, 1 9 7 1 年生， 高级工程师; 1 9 9 3 年学士毕业于原北京化工学院， 2 0 0 2 年硕士毕业于石油大学( 北京) ， 在 读博士研究生; 现任大港油田石油T程公司副总工程师， 获原中国石油天然气总公司优秀设计二等奖 1 项， 获中油集团优秀设 计一等奖、 二等奖各 1 项， 已公开发表多篇论文。地址: ( 3 0 0 2 8 0 ) 天津市大港油田三号院。电话: ( 0 2 2 ) 2 5 9

7、2 3 邸7 ， 1 3 8 2 0 5 8 5 0 9 1 , E - ma i l : z x s 9 9 1 8 9s i m. c o m1 3 9天 然 气 工 业2 0 0 4 年4 月大张沱地下储气库地面工程及工艺流程见图t o集 沈 站 那 分图 1 大张论地下储气库地面工程工艺流穆圈储气库地面工程设计地下储气库的运行受注气和采气的双重影响， 运行工况复杂， 运行参数呈动态变化。大张沱地下 储气库作为我国第一座城市调峰用地下储气库， 由 于缺乏运行经验和可参考的经验数据， 很难确定采 出气的组成、 温度、 压力等操作条件， 地面T - 程设计 中工艺方案确定和设备选择的难点较多

8、， A而储气 库运行后要根据不断掌握的气库运行数据修改并调 整地面工艺流程及运行参数。几夭然气集输系统设计地下储气库集输系统设计包括井日 J l 艺、 集注 站至井组间集输管线优选、 注采气计量等技术。井 日加热节流工艺适用于井口压力高、 温度较低的气 井; 井日节流流程注防冻剂工艺适用于井口 压力和 a度均较高， 井流物含水较少的气井; 井日不加热高 压集输工艺( 即油嘴搬家) 适用于并口压力不太高、 温度较高且井口距集注站距离较近的气井。大张佗地下储气库是由正在开发的凝折气田改 建而成， 其采气周期井口压力从高到低， 井日 温度从 低到高， 井流物由贫到富， 考虑气库运行几个周期后 井流物

9、中凝液和含水量将明显下降， 本工程A / B井 组距集注站距离较远( 分别为1 . 2 k m和2 . 5 k m ) .1 4 0 .储气库并口工艺设计采用节流流程注防冻剂工艺。 集输管线全部采用不保温P E防腐结构， 避免了大港 地区地下水位高， 保温管线腐蚀严重的情况发生。 单井注气高压计量采用了威力巴流量计， 该流量计 具有免维护、 防堵、 无可动部件等优点。集注站注采 气交接计量采用了国际上先进的超声波流量计， 实 现了注气/ 采气的双向计量， 该流量计具有可在线维 护、 量程比高( I ， 1 0 0 ) 、 计量精度高等优点， 尤其适 合本工程双向输送和供气调峰变流量工况条件下应

10、 用。考虑储气库运行几个周期后采出液量将逐年减 少， 且下降明显， 因此单井计量采用油、 气两相计量 配白动含水分析仪对油中含水进行实时分析。结合 注采分期的工艺特点， 本工程利用注气管线作为采 气期选井计量管线， 节省了投资。陕京管线采用进 口X 6 。 材质钢带国内卷管的方法， 而在本工程设计 中， 第一次采用了国产X 6 。 钢带国内卷管的工艺， 节 省了外汇， 缩短了建设3 : 期。2注气系统设计根据来气压力( 2 . 2 M P a ) I 注气压力范围( 1 8 - 2 7MP a ) 和注气量范围( 1 8 0 x 1 0 一3 5 0 x 1 0 m / d ) ， 合理选择天

11、然气注气机组， 适应注人压力和注气 量的波动。本工程设计采用4 台燃气发动机驱动的 高压往复压缩机组( 排凳范围6 0 x 1 0 -9 0 x1 0 m 1第2 3 卷 增刊天然气工1 td ) ， 压缩机型号为 D R E S S E R R A N D 6 H O S 6 , 燃气 发动机型号为C A T A P I L L A R G 3 6 1 6 T A L E ， 单台然 气发动机的功率为 4 4 5 0马力( 1马力一7 3 54 9 9 W) ， 是目前国内最大的燃气发动机驱动的注气压缩 机组， 采用涡轮增压后冷却及内混燃烧技术， 低排 放， 空燃比自动控制， 气缸爆艇监测,

12、 E S S全自动控 制系统， 注气压缩机操作实现了自 动控制运行， 可根 据用户用气的情况调节注气 o由于注气初期井口 压力低， 设计采用调整机组运行台数和运行方式来 适应出日压力的波动。压缩机配置中， 1 台压缩机气 缸采用自动外端进气阀卸荷器， 实现该机组气缸的 外端自动卸荷， 从而对压缩机的排量进行调节， 同时 燃气驱动压缩机还可采用调节燃气发动机转速的方 法( 7 0 % - 1 0 0 %) 来调节压缩机排量。3 . 莱出气净化处理系统设计大张沱地下储气库是由正在开发的凝析气田改 建而成， 注气期干天然气的注人势必影响采气期凝 析油产量和采出气的组成， 采出气中含有较高的油 气比和

13、饱和水， 必须经过净化处理才能满足商品天 然气外输露点要求。由于大张蛇地下储气库采出气 中硫和e ( ) : 含量较低， 本工程净化处理系统的主要 任务是控制外输商品天然气的烃露点和水露点。( 1 ) 天然气脱水工艺本工程要求外输天然气的烃水露点低于一5 ,c, 露点降约 3 0 0 C， 故宜采用吸收脱水工艺。目前常用 的吸收脱水剂有二甘醇和三一甘醇， 脱水后天然气的 露点降一般为3 0 -4 0 1C。其优点是能耗小， 操作运 行费用低; 缺点是原料气中含有较多的重组分时吸 收剂易起泡， 当进站天然气温度升高时会造成脱水 后的天然气露点升高， 不易满足外输要求， 另外因为 采用吸收塔进行气

14、液接触， 操作弹性较小( 2 ) 天然气脱烃T艺由于注人地下的为干气， 几个注采周期后采出 气的组分将逐渐变贫， 进一步回收凝液的意义不大， 因此不宜建设较烃回收装置。目 前常规的采出气净 化处理系统是先脱水再脱烃， = L 艺流程复杂， 设备投 资较高。结合本工程天然气外输露点要求和储气库 采出气中含水、 含烃量不高且逐年递减的情况， 考虑 进出露点装置天然气有充足的压力能可利用， 设计 采用J 一T阀节流制冷和注乙二醇防冻工艺同时控 制天然气的烃水露点以满足外输要求。注人的乙二 醇可以回收， 且工艺成熟， 与甘醉吸收法脱水工艺相 比不需吸收塔， 投资低， 同时因不设吸收塔， 当天然 气处理

15、量发生变化时只需改变乙二醇的注入量即可， 操作弹性大， 尤其适用千本工程储气库调峰运行工况 。采出气净化处理系统规模和操作弹性的确定直 接影响到地下储气库运行的可靠性和经济性。在本 设计中， 为满足季节调峰运行需要和降低工程投资， 集注站脱水控制装置采用了1 套大处理量装置( 5 0 0 X1 0 m / d ) Id合 1 套小处理最装-W( 1 2 O Xl 0 m ( d ) 的运行方式， 采气初期和采气末期用气量低时投运 后者， 采气中期用气量高时投运前者， 用气高峰时同 时投运。2 套脱水点装置均采用注乙二醇防冻节流 制冷工艺同时控制外输天然气的烃水露点， 充分利 用了进站压力能，

16、减少了工程投资和运行费。采气 末期井口压力低温度高时， 为保证千气外输群点达 到设计要求， 脱水装置设有空冷器作为采出气预冷 措施， 当采气末期天然气进站温度高于2 5 时投用 空冷器。由于脱水装置在冬季操作时环境温度较 低， 故设计采用干式空冷器。脱水装置气/ 气换热采 用高效板翅式换热器， 显著提高了换热效率。储气库地面工程运行情况该储气库于 2 0 0 。年 1 2月 1 4日开始第一阶段 的调峰 供气， 阶段采出天然气。9 8 X 1 0 “ 耐, 2 0 0 1 年 3 月2 6 月开始注气， 阶段注气4 . 3 6 X 1 0 m ; 2 。 似 年I I 月1 6日 气库开始第二阶段的调峰供气， 阶段 采出天然气 1 . 4 6 X1 0 “ m . 最高采气虽达到5 2 0 X 1 0 m / d , 新增采气能力通过新钻加密并来满足调峰供气需1 4 1天然气工业2 0 0 4 年4 月求根据大张佗地下储气库的运行经验， 对凝析气