第三章 天然气集输工艺流程

储运工程系曹学文12020/1/25第三章天然气集输工艺流程一、气井产物二、气田集输系统的工作范围和工作内容三、气田井场流程四、气田集输站场工艺流程五、气田集输流程的制定储运工程系曹学文22020/1/25一、气井产物一、气井产物从气井产出的物质，除天然气外一般含有液体和固体物质。液体包括液烃和气田水。气田水又包含游离水和凝结水两种。气田开采初期，一般不出现游离水，但少数气田在开采初期也有游离水随着天然气从气井采出。凝结水是天然气在高压、高温的地层中所含有的饱和水汽，当天然气被采出后，由于压力和温度降低，在天然气中的饱和水汽，随着温度和压力的变化而凝结为液体被游离出来。液烃也是由于天然气被采出后，随着气一液相态平衡条件的变化，一部分较重的烃也凝结为液体被析出。但对组成属于干气范围的天然气，从气井采出后不析出液烃。储运工程系曹学文32020/1/25一、气井产物机械杂质:固体物质包括岩屑、砂、酸化处理后的残存物等天然气的性质和气田水的有无，以及气田水的性质，对气田集输流程的制定有密切关系。气田水分为底水(或边水)和束缚水两类。气藏里与天然气同时存在的水称为气田水。存在于气藏边缘和衬托在天然气底部的气层水称为边水或底水；一部分水因受气层岩粒的附着力或超毛细孔隙作用力的作用，在采气过程中不随气流流动的水称为束缚水。气田水通常有较高的矿化度，一般在10g／L以上储运工程系曹学文42020/1/25一、气井产物二、气田集输系统的工作范围和工作内容天然气从气井采出，经过降压并进行分离除尘除液处理之后，再由集气支线、集气干线输送至天然气处理厂或长输管道首站，称为气田集输系统。当天然气中含有H2S、H2O时，即需经过天然气处理厂进行脱硫、脱水处理，然后输至长输管道首站。气田集输系统的工作是：收集天然气，并经过降压、分离、净化使天然气达到符合管输要求的条件，然后输往长输管道。储运工程系曹学文52020/1/25三、气田井场流程三、气田井场流程气田集输流程是表达天然气的流向和处理天然气的工艺方法。气田集输流程分为井场流程和气田集气站流程。气田集气站工艺流程分为单井集输流程和多井集输流程。按其天然气分离时的温度条件，可分为常温分离工艺流程和低温分离工艺流程。储气构造、地形地物条件、自然条件、气井压力温度、天然气组成以及含油含水情况等因素是千变万化的，而适应这些因素的气田天然气集输流程也是多种多样的。这里仅对较为典型和常见的流程加以描述。储运工程系曹学文62020/1/25三、气田井场流程在井场里，最主要的装置是采气树，它是由闸阀、四通（或三通）等部件构成的一套管汇。还有节流阀，压力、温度检测仪表及加热或注醇设备等。井场装置具有三种功能：(1)调控气井的产量；(2)调控天然气的输送压力；(3)防止天然气生成水合物。储运工程系曹学文72020/1/25三、气田井场流程比较典型的井场装置流程，也是目前现场通常采用的有两种类型。一种是加热天然气防止生成水合物的流程；另一种是向天然气中注入抑制剂防止生成水合物的流程，如图3—1和3—2所示。图3—1加热防冻的井场装置原理流程图1——气井；2——采气树针形阀；3——加热炉；4——气井产量调控节流阀；5——加热炉；6——气体输压调控节流阀储运工程系曹学文92020/1/25三、气田井场流程图3—1所示，天然气从针形阀出来后进入井场装置，首先通过加热炉3进行加热升温，然后经过第一级节流阀(气井产量调控节流阀)4进行气量调控和降压，天然气再次通过加热器5进行加热升温，和第二级节流阀(气体输压调控节流阀)6进行降压以满足采气管线起点压力的要求。图3—2注抑制剂防冻的井场装置原理流程图1——抑制剂注入器；储运工程系曹学文112020/1/25三、气田井场流程图3—2所示，流程图中的抑制剂注入器1替换了图3—1中的加热炉3和5，流经注入器的天然气与抑制剂相混合，一部分饱和水汽被吸收下来，天然气的水露点随之降低。经过第一级节流阀(气井产量调控阀)进行气量控制和降压。再经第二级节流阀(气体输压调控阀)进行降压以满足采气管线起点压力的要求。储运工程系曹学文122020/1/25四、气田集输站场工艺流程四、气田集输站场工艺流程气田集输站场工艺流程是表达各种站场的工艺方法和工艺过程。所表达的内容包括物料平衡量、设备种类和生产能力、操作参数，以及控制操作条件的方法和仪表设备等。1、常温分离集气站常温分离集气站的功能是收集气井的天然气；对收集的天然气在站内进行气液分离处理；对处理后的天然气进行压力控制，使之满足集气管线输压要求；计量。我国目前常用的常温分离集气站流程有以下几种：(1)常温分离单井集气站流程图3—3常温分离单井集气站原理流程图(一)1——从井场装置来的采气管线；2—天然气进站截断阀；3—天然气加热炉；4——分离器压力调控节流阀;5——气、油、水三相分离器；6——天然气孔板计量装置；7——天然气出站截断阀;8——集气管线；9——液烃(或水)液位控制自动放液阀；10——液烃(或水)的流量计;11——液烃(或水)出站截断阀；12——放液烃管线；13——水液位控制自动放液阀；14——水流量计；15——水出站截断阀；16——放水管线。图3—4常温分离单井集气站原理流程图(二)1——从井场装置来的采气管线；2——天然气进站截断阀；3——天然气加热炉；4——分离器压力调控节流阀;5——气、油、水三相分离器；6——天然气孔板计量装置；7——天然气出站截断阀;8——集气管线；9——液烃或水的液位控制自动排放阀；10——液烃或水的流量计；11——液烃或水出站截断阀；12——放液烃或放水管线。储运工程系曹学文152020/1/25四、气田集输站场工艺流程常温分离单井集气站分离出来的液烃或水，根据量的多少，采用车运或管输方式，送至液烃加工厂或气田水处理厂进行统一处理。常温分离单井集气站通常是设置在气井井场。两种流程不同之处在于分离设备的选型不同，前者为三相分离器，后者为气液分离器，因此其使用条件各不相同。前者适用于天然气中液烃和水含量均较高的气井，后者适用于天然气中只含水或液烃较多和微量水的气井。(2)常温分离多井集气站流程图3—5常温分离多井集气站原理流程图(一)图3—6常温分离多井集气站原理流程图(二)储运工程系曹学文182020/1/25四、气田集输站场工艺流程常温分离多井集气站一般有两种类型，如图3—5和图3—6所示。两种流程的不同点在于前者的分离设备是三相分离器，后者的分离设备是气液分离器。两者的适用条件不同。前者适用于天然气中油和水的含量均较高的气田，后者适用于天然气中只有较多的水或较多的液烃的气田。图3—5和图3—6所示仅为两口气井的常温分离多井集气站。多井集气站的井数取决于气田井网布置的密度，一般采气管线的长度不超过5km，井数不受限制。以集气站为中心，5km为半径的面积内，所有气井的天然气处理均可集于集气站内。图3—5中管线和设备与图3—3相同，图3—6中管线和设备与图3—4相同。储运工程系曹学文192020/1/25四、气田集输站场工艺流程2、低温分离集气站流程低温分离集气站的功能有四个：(1)收集气井的天然气；(2)对收集的天然气在站内进行低温分离以回收液烃；(3)对处理后的天然气进行压力调控以满足集气管线输压要求；(4)计量。储运工程系曹学文202020/1/25四、气田集输站场工艺流程所谓低温分离，即分离器的操作温度在0℃以下，通常为-4～-20℃。天然气通过低温分离可回收更多的液烃。为了要取得分离器的低温操作条件，同时又要防止在大差压节流降压过程中天然气生成水合物，因此不能采用加热防冻法，而必须采用注抑制剂防冻法以防止生成水合物。天然气在进入抑制剂注入器之前，先使其通过一个脱液分离器(因在高压条件下操作，又称高压分离器)，使存在于天然气中的游离水先行分离出去。储运工程系曹学文212020/1/25四、气田集输站场工艺流程为了使分离器的操作温度达到更低的程度，故使天然气在大差压节流降压前进行预冷，预冷的方法是将低温分离器顶部出来的低温天然气通过换热器，与分离器的进料天然气换热，使进料天然气的温度先行下降。因闪蒸分离器顶部出来的气体中，带有一部分较重烃类，故使之随低温进料天然气进入低温分离器，使这一部分重烃能得到回收。储运工程系曹学文222020/1/25四、气田集输站场工艺流程比较典型的两种低温分离集气站流程分别如图3—7和图3—8所示。图3—7流程图的特点：是低温分离器底部出来的液烃和抑制剂富液混合物在站内未进行分离。图3—8流程图的特点：是低温分离器底部出来的混合液在站内进行分离。前者是以混合液直接送到液烃稳定装置去处理，后者是将液烃和抑制剂富液分别送到液烃稳定装置和富液再生装置去处理。图3—7低温分离集气站原理流程图(一)1——采气管线2——进站截断阀3——节流阀4——高压分离器5——孔板计量装置6——装置截断阀7—抑制剂注入器8——气一气换热器9——低温分离器10——孔板计量装置11——液位调节阀12——装置截断阀13——闪蒸分离器14——压力调节阀15——液位控制阀16——液位控制阀17——流量计储运工程系曹学文242020/1/25四、气田集输站场工艺流程图3—7流程图所示：井场装置通过采气管线1输来气体经过进站截断阀2进入低温站。天然气经过节流阀3进行压力调节以符合高压分离器4的操作压力要求。脱除液体的天然气经过孔板计量装置5进行计量后，再通过装置截断阀6进入汇气管。各气井的天然气汇集后进人抑制剂注入器7，与注入的雾状抑制剂相混合，部分水汽被吸收，使天然气水露点降低，然后进入气一气换热器8使天然气预冷。降温后的天然气通过节流阀进行大差压节流降压，使其温度降到低温分离器所要求的温度。从分离器顶部出来的冷天然气通过换热器8后温度上升至0℃以上，经过孔板计量装置10计量后进入集气管线。储运工程系曹学文252020/1/25四、气田集输站场工艺流程从高压分离器4的底部出来的游离水和少量液烃通过液位调节阀11进行液位控制，流出的液体混合物计量后经装置截断阀12进入汇液管。汇集的液体进入闪蒸分离器13，闪蒸出来的气体经过压力调节阀14后进入低温分离器9的气相段。闪蒸分离器底部出来的液体再经液位控制阀15，然后进入低温分离器底部液相段。从低温分离器底部出来的液烃和抑制剂富液混合液经液位控制阀16再经流量计17，然后通过出站截断阀进入混合液输送管线送至液烃稳定装置。图3—8低温分离集气站原理流程图(二)1——加热器2——三相分离器3——液位控制阀4——流量计5——气—液换热器6——液位控制阀7——流量计储运工程系曹学文272020/1/25四、气田集输站场工艺流程图3—8流程图与图3—7流程图所不同之处是：从低温分离器底部出来的混合液，不直接送到液烃稳定装置去，而是经过加热器1加热升温后进入三相分离器2进行液烃和抑制剂分离。液烃从三相分离器左端底部出来，经过液位控制阀3再经流量计4然后通过气—液换热器5与低温分离器顶部引来的冷天然气换热被冷却，降温到O℃左右。最后，液烃通过出站截断阀，由管线送至稳定装置。从三相分离器右端底部出来的抑制剂富液经液位控制阀6再经流量计7后，通过出站截断阀送至抑制剂再生装置。储运工程系曹学文282020/1/25四、气田集输站场工艺流程因为低温分离器的低温是由天然气大差压节流降压所产生的节流效应所获得。故高压分离器的操作压力是根据低温分离器的操作温度来确定的。操作温度随气井温度和采气管线的输送温度来决定，通常按常温考虑。闪蒸分离器的操作压力随低温分离器的操作压力而定；操作温度则随高压分离器的操作温度而定。三相分离器的操作压力根据稳定塔的操作压力来确定；操作温度则根据稳定塔的液相沸点和最高进料温度来确定。储运工程系曹学文292020/1/25四、气田集输站场工艺流程图3—7和图3—8两种低温分离流程的选取，取决于天然气的组成、低温分离器的操作温度、稳定装置和提浓再生装置的流程设计要求。低温分离器操作温度越低，轻组分溶入液烃的量越多。此种情况以采用图3—7低温分离流程为宜。储运工程