摘要储气库的调峰能力对保证冬季用气和输气管网平稳、高效运行起着关键作用。近年来,在吸收国外储气库成熟建设经验的基础上,我国储气库地面工程建设技术取得了巨大发展。根据我国已建储气库的注采气周期运行特点和规律,初步划分了储气库类型,确定了合理的设计规模;提出了注采井口标准化流程,并给出注采管网优化设置和材质选择建议;初选了采出气高效处理技术;提出了储气库关键设备选型与配置方案;同时,提出了全新的“先关断后放空”理念,可有效降低放空规模。提出的建议对今后我国储气库地面工程建设具有指导作用。
关键词储气库;地面工程;设计技术;发展建议
储气库的调峰能力对保证冬季用气和输气管网平稳、高效运行起着关键作用。近年来,在吸收国外储气库成熟建设经验的基础上,我国储气库地面工程建设技术取得了巨大发展。截至2015年底,我国已建和在建储气库共21座,总设计库容497.43×108m3,总设计工作气量220.88×108m3。其中,中国石油下属储气库17座,总设计库容384.96×108m3,总设计工作气量173.82×108m3,工作气量占全国的78.7%,对提高我国的储气库调峰能力起到了决定性作用。
1储气库地面工程特点
与气田建设相比,储气库具有大进大出、注采循环、气量波动大、运行压力高、使用寿命长、投资高等特点。产能10×108m3/a的气田与工作气量10×108m3的储气库地面工程特点对比见表1。储气库地面工程的设计和建设应紧紧围绕储气库特点,优选地面配套工艺及性能可靠的材料和高效设备。
2储气库地面工艺技术发展建议
2.1储气库分类与设计规模的确定
为了便于储气库的建设和管理,根据储气库的特点,建议按照储气库工作气量将储气库分为四类:工作气量≤5×108m3,为小型储气库;5×108m3<工作气量≤10×108m3,为中型储气库;10×108m3<工作气量≤30×108m3,为大型储气库;工作气量>30×108m3,为超大型储气库。为了充分发挥储气库的调峰能力,储气库设计规模应留有余地,应考虑适当的设计系数,即“设计日处理能力/平均日处理能力”,该系数应根据上下游供气能力及调峰需求综合分析确定。一般情况下,对于中、小型调峰储气库,注气系统设计系数宜取1.2~1.5,采气系统设计系数宜取1.5~2.0;对于大型、超大型调峰储气库及战略储气库,注气系统设计系数宜取1.1~1.2,采气系统设计系数宜取1.2~1.5。不同类型的储气库,应在注采管网设置、注气压缩机组配置、采出气处理技术等方面,分类进行优化。
2.2井口标准化流程
国外储气库注入气气质组分基本等同于采出气,其井口设置简单[1],多采用单管注采合一、不分离双向计量工艺,同时,设置大曲率弯头防冲蚀和降噪音。我国已建储气库注采井口流程差别较大,存在一些需要改进之处[2]。注采井口流程应尽可能简单实用,注气、采气都要具备调节流量的功能,建议井口标准化流程如下:(1)对于干气藏型储气库,井口工艺流程建议采用注采合一、双向计量。可采用轴流式双向调节阀和超声波双向流量计(或靶式双向流量计)实现精准注采功能。(2)对于油藏、凝析气藏型储气库,井口工艺流程建议采用注采分开。为实现精准注采,注气计量采用调节球阀+流量计,采气采用多井轮换、角式节流阀+两相分离计量方式。建议进一步开展带液计量研究,以进一步优化计量流程。
2.3注采管网设置与选材
2.3.1注采管网设置通过对不同注气、采气规模,不同集输距离下的注采管道投资对比,对注采管网的设置建议如下:对于中、小型储气库,且集输距离20km以内,注气规模小于1000×104m3/d或采气规模小于1500×104m3/d,注采管道宜合一设置;对于大型、超大型储气库,注采管道宜分开设置。2.3.2注采管网管材优选若注采管道分开设置,注气管道因输送常温干气,具有腐蚀性低、操作压力高的特点,可选用L415、L450等调质高强度无缝钢管,以有效降低管道壁厚,可节省投资约8%。采气管道操作压力一般不小于10MPa,当CO2含量3%时,CO2分压大于0.3MPa,有水时即为强腐蚀环境,且开井初期温度小于-30℃,管材选择需要考虑耐腐蚀和耐低温,可选用316L双金属复合管或L415、L450等调质高强度无缝钢管+缓蚀剂方式。若注采管道合一设置,则管材选择遵循采气管道工况需求。
2.4注气压缩机组配置
目前,我国储气库注气压缩机全部采用往复式压缩机组,而国外储气库基本采用离心式压缩机配置。与往复式压缩机相比,离心式压缩机具有投资低和运行维护简单等优点,二者主要技术参数对比见表2。注气压缩机组配置应大小搭配,兼顾采气增压工况,并应具有灵活的串联、并联流程。对于不同规模的储气库,注气压缩机组配置建议:小型储气库压缩机功率小于12MW,可配置2~3台往复式压缩机;中型储气库压缩机功率为12~25MW,可配置1~2台离心式压缩机和1台往复式压缩机;大型储气库压缩机功率为25~100MW,可配置2~4台离心式压缩机和1台往复式压缩机;超大型储气库压缩机功率大于100MW,可配置多台离心式压缩机,分期建设。
2.5采出气高效处理技术
国外储气库通过地下地上一体化控制采出物中不含重烃组分,其采出气处理只考虑脱水[3]。脱水工艺一般采用三甘醇脱水和硅胶脱水。脱水装置处理能力普遍较大,一般设多套处理装置,单套处理规模大小搭配设置。我国已建储气库采用的处理装置往往单套装置建设规模小、装置数量多,给生产运行和管理带来较多不便与困难[4]。天然气烃露点、水露点控制主要采用J-T阀(一种节流阀)+注防冻剂法、三甘醇吸收法和硅胶吸附法等。对于不同类型及规模的储气库采气处理工艺,其烃、水露点控制工艺推荐做法具体见表3。
2.6放空系统设置
国外储气库一般井场无放空立管,集注站采用分区延时泄放,以减少放空量。和国外相比,我国储气库放空系统按照全量放空设计,存在设计规模偏大、放空量偏大、火炬安全区域占地面积较大等问题[5]。应摒弃“全量放空”的设计理念,秉持“先关断后放空”的全新放空理念来计算放空规模,以有效降低放空系统设计规模。在保证储气库安全的前提下,应加强管理,尽量减少放空次数和放空量,放空系统设计应遵循以下原则:一是,对于大型储气库可采用分区延时泄放,以降低最大放空速率和设计规模;二是,井场不设放空立管,集注站可分别设置高、低压放空系统;三是,放空系统计算应包括最大瞬时放空速率、放空管道直径、各节点背压、关键设备规格尺寸和防火间距。
3结论与建议
经过近20年的发展与研究,我国储气库地面工程建设总体技术路线、集输处理工艺与国外基本一致,但在运行安全性、稳定性、可靠性和经济性等细节技术上仍有提升空间。建议如下:一是,建议持续进行储气库集输系统优化研究,尤其针对采出气计量流程的复杂性,建议开展带液计量装置的研究与发明,进一步优化集输流程。二是,建议开展储气库专用注气压缩机系列研究,提高注气压缩系统的运行水平。三是,对于已建储气库,建议做好放空系统工况统计和分析工作,包括投运以来的放空次数,每次放空原因、放空位置、放空压力和放空气量等,以积累运行管理经验。四是,储气库的平稳运行与用户、上游气田、输气管道的具体情况息息相关,直接受到自然条件、偶然事件的影响,生产上接受油田公司、管道公司、调控中心的调度指挥,运营指标受制于国家气价政策。因此,为了提高运营效率,取得经济效益,建议开展多方联动综合运营管理机制研究。
参考文献:
[1]刘人玮,程涛,万宇飞.枯竭油气藏地下储气库地面工程技术研究[J].当代化工,2013,42(8):1131-1133.
[2]周学深,孟凡彬.大张坨地下储气库地面工程设计[J].天然气工业,2003,23(增刊):139-142.
[3]李铁,张永强,刘广文.地下储气库的建设与发展[J].油气储运,2000,19(3):1-8.
[4]阳小平,王凤田,邵颖丽,等.大张坨地下储气库国际管理论文地面工程配套技术[J].油气储运,2008,27(9):15-19.
[5]张旭.储气库放空系统优化技术研究[J].天然气与石油,2014,32(3):5-7.
作者:王春燕 单位:中国石油天然气股份有限公司规划总院