泡沫排水采氣對三甘醇脫水裝置的影響
返回列表發布日期：2019-10-14 17:06:46 |
四川油氣田一般將天然氣脫水裝置設置于氣井與集氣干線之間，實現含硫天然氣的干氣輸送，從而達到保護天然氣輸送管線的目的。
近年來由于地層壓力下降，舉升能量不足，帶水能力減弱，使氣井產出的凝析水和地層水不能被及時帶到地面，導致氣井積液，氣井產量大幅度下滑，部分氣井甚至水淹停產。為了減少氣井積液對天然氣開采的影響，排水采氣是有效措施之一。常用的排水采氣方式有優選管柱、泡沫排水、氣舉排水、機抽排水等。與其他排水采氣方式相比，泡沫排水采氣具有設備簡單、應用條件需求低、效果明顯等特點，因而得以大量應用。
由于脫水裝置建成之初，未充分考慮后期開采的工藝特點，加之部分管理等原因，泡沫排水工藝采用后對三甘醇脫水裝置運行產生了一定影響。下面就后期開采中泡沫排水采氣對脫水裝置的影響作一些探討。
一、三甘醇脫水原理及流程簡介
剛從井里采出來的天然氣充滿了飽和水蒸氣。天然氣被壓縮或冷卻時，水蒸氣會轉變成液態或固態冰。液態水的存在會加速設備的腐蝕，降低輸氣效率；固態冰則會堵塞閥門、管件甚至輸氣管線。為延長管線使用壽命，減少管線事故發生，天然氣進入集輸管網前必須除掉部分水蒸氣。目前四川油氣田廣泛使用的脫水方法是三甘醇脫水（TEG）工藝。
（一）三甘醇脫水原理
天然氣三甘醇脫水工藝屬于溶劑吸收法，是目前天然氣工業中應用最普遍的方法之一。其利用吸收原理，將甘醇類物質作為吸收劑，與天然氣充分接觸，使水被溶劑吸收，從而達到脫水的目的。
（二）三甘醇脫水工藝流程簡介
天然氣脫水裝置按功能分為天然氣脫水系統、甘醇再生系統、儀表風系統、燃料氣系統、供電系統。下面主要對天然氣脫水系統、甘醇再生系統作流程簡述。
1. 天然氣脫水系統
原料氣（簡稱“濕氣”）通過入口過濾分離器，除去液態、固態雜質后進入吸收塔；在吸收塔內通過塔盤或填料與甘醇貧液逆流接觸，被甘醇脫水后的天然氣（簡稱“干氣”）經吸收塔頂捕霧網后，經過甘醇—干氣換熱器換熱，然后經過計量、調壓進入干氣輸送管線（圖1）。
2. 甘醇再生系統
甘醇貧液（簡稱“貧甘醇”）被甘醇泵泵入吸收塔頂部，在塔內經溢流管向下依次經過每一層塔盤（或填料），與天然氣充分逆流接觸，將天然氣中水分吸收。吸滿了水的甘醇（簡稱“富甘醇”）從塔底排出，經精餾柱頂、緩沖罐中的換熱盤管換熱后，通過閃蒸、過濾后進入重沸器完成甘醇的再生，再生氣排至灼燒爐燃燒。
二、泡沫排水采氣實施后氣田水進入脫
水裝置的原因
泡沫排水采氣工藝是往井里加入表面活性劑的一種助排工藝。表面活性劑又稱發泡劑。向井內注入一定數量的發泡劑，井底積水與發泡劑接觸以后，借助天然氣流的攪動，生成大量低密度的含水泡沫，隨氣流從井底攜帶到地面，達到清除井底積液的目的。含水泡沫帶出井口后，必須加注適量消泡劑與起泡劑發生化學反應，將攜水泡沫液化。經過分離后，氣體送入集氣或輸氣管線，液體排出到污水池。但消泡不徹底會使含水泡沫通過下游管線進入脫水裝置。消泡不徹底是由多種原因造成的。
（1）消泡劑加注量和藥劑配置有偏差。一是由于對氣井出水量監控不到位，未及時根據出水量調整消泡劑加注量。二是在中心站管理模式下，部分無人值守井站加注裝置故障未及時修理。三是井站人員責任心不夠，未按要求加注消泡劑。
（2）消泡劑霧化效果不好，消泡劑不能與天然氣充分反應。一是由于霧化器與分離器距離短，起泡劑與消泡劑之間的反應還未完全進行，天然氣已經攜帶部分泡沫進入下游。霧化器與分離器距離一般要求在10~20m，現場很多不滿足要求。二是霧化器使用一段時間后，被消泡劑堵塞部分通道，消泡劑呈液態進入管道，接觸面不夠，反應不充分。
（3）消泡劑注入一般采用的是單柱塞泵，在吸液和排液間存在時間差，不能保證消泡劑實現完全的連續注入。
（4）脫水裝置前設置的過濾分離器、原料氣分離器等對攜水泡沫分離效果差。
過濾分離器的工作原理是：天然氣首先進入進料布氣腔，撞擊在支撐濾芯的支撐管上，較大的顆粒被初步分離，并沉降到容器底部。接著氣體從外向里通過過濾聚結濾芯，固體顆粒被過濾介質截留，液體顆粒則因過濾介質聚結功能而在濾芯的內表面逐漸聚結長大。當液滴到達一定尺寸時，會因氣流的沖擊作用從內表面脫落出來，進入濾芯內部流道，而后流入出料腔。在出料腔內，較大的液珠重力沉降分離出來。在匯料出料腔，還設有分離元件，它能有效地捕集液滴，以防出口液滴被夾帶。
從以上過濾分離器原理可以看出，其主要用于脫除天然氣中的固體雜質和液態水，而對攜水泡沫分離效果較差。
三、泡沫排水采氣對脫水裝置的影響實施泡沫排水采氣后，因消泡不徹底使泡沫進入脫水裝置，對脫水裝置造成了一定的影響。
（一）鹽污染
氣田水中的無機鹽原先存在于富甘醇的液態水中，在重沸器加熱過程中，甘醇中的水（作為溶劑）被蒸發，無機鹽（作為溶質）逐漸形成固態結晶體，從甘醇中析出。無機鹽結構致密且堅硬，逐漸存積在甘醇再生循環管路中，影響脫水裝置運行。
一是無機鹽在重沸器底部形成沉淀，時間較長，大量沉淀物擠壓火管，造成火管變形。
二是細小的鹽分隨甘醇進入貧液管路，造成入泵前精細過濾器的堵塞，更為細小的鹽分顆粒進入過濾器下游，使甘醇泵柱塞磨損加快，嚴重時堆積在貧液管路的內壁，使管徑不斷縮小，甚至造成堵塞，使甘醇循環中斷（圖2）。
三是鹽垢在火管表面堆積，使火管傳熱性能下降，造成火管局部高溫，嚴重時造成火管穿孔（圖3）。
（二）三甘醇循環系統中、低壓竄壓起泡劑直接引起甘醇發泡，使甘醇的損失量加大。特別是冬季，因氣溫較低，甘醇發泡乳化，流動速度低，甘醇損耗更為明顯。風險更大的是安裝有雷達液位計的吸收塔，雷達探測在泡沫表面，顯示虛假的高液位，其下端自動控制的液位調節閥將會迅速打開，導致中壓竄低壓，有引起低壓設備超壓爆炸的可能性。
（三）大量游離水進入裝置，精餾柱翻塔在進行清管作業時，由于含水泡沫密度較低，脫水裝置前過濾分離器和原料氣分離器即使排污也不能很好地清除含水泡沫，于是大量游離水在短時間內進入脫水裝置。游離水進入裝置造成甘醇濃度降低，干氣露點不合格。同時游離水進入吸收塔后，甘醇迅速吸收液態水，濃度必然降低，甘醇濃度降低后，干氣露點必然會大幅上升。濃度低的甘醇循環進入重沸器后，必然打破原有的水量和熱平衡，在重沸器加熱過程中，必須提供更多的熱量用于蒸發富甘醇中的水，因此會造成重沸器內蒸氣壓上升，精餾柱內的甘醇下降受阻，大量甘醇從精餾柱翻入灼燒爐燃燒，引起灼燒爐著火。
（四）管理難度和風險增加
氣田水進入脫水裝置后，大大增加了脫水裝置的管理難度和風險。
一是在管線，泡沫會攜帶部分小顆粒的腐蝕產物和固體雜質，在進入脫水裝置前的過濾分離器時，這部分腐蝕產物不會形成自然沉降，而會黏附在過濾棒上，造成過濾分離器濾芯堵塞，濾芯更換周期縮短。
二是假液位引起中、低壓竄壓的風險。
三是鹽和各類固體雜質堵塞管路和各級過濾器濾芯，鹽垢引起的重沸器火管穿孔等，使設備故障率增加，設備檢修周期縮短。
四是甘醇損失，增加裝置的運行成本。
五是氣田水使甘醇品質降低，縮短甘醇的更換周期。
四、結論及建議
經過以上分析可以看出，泡沫排水消泡效果不好、氣田水進入脫水裝置是造成脫水裝置運行異常的主要原因。為保持穩定生產，建議如下：
（1）摸索合理的泡沫排水制度，消泡劑加注量與起泡劑加注量應匹配。
（2）消泡劑加注采取多點加注的方式；在集輸氣站、增壓站、脫水站前安裝消泡裝置，根據氣質情況進行調整，確保消泡的有效性。
（3）調整現場分離器與霧化器距離，定期清洗霧化器，提高霧化效果。
（4）現場的液位變送器采用機械式或差壓式變送器，降低假液位引起的風險。
（5）加強各級排污，制定切實可行的排污制度。上游單井及脫水站針對污水情況制定出詳細的排污制度，并嚴格執行。
（6）脫水裝置生產參數監控細節化，重點對重沸器溫度變化周期、pH值、各級過濾裝置壓差變化、懸浮物（周期化驗）等幾項參數進行監控，發現異常及時查找原因和制定措施。
（7）機械過濾器、活性炭過濾器、精細過濾器定期進行檢查和更換，不允許開啟這些設備的旁通進行生產。
相關內容 磁翻柱液位計
近年來由于地層壓力下降，舉升能量不足，帶水能力減弱，使氣井產出的凝析水和地層水不能被及時帶到地面，導致氣井積液，氣井產量大幅度下滑，部分氣井甚至水淹停產。為了減少氣井積液對天然氣開采的影響，排水采氣是有效措施之一。常用的排水采氣方式有優選管柱、泡沫排水、氣舉排水、機抽排水等。與其他排水采氣方式相比，泡沫排水采氣具有設備簡單、應用條件需求低、效果明顯等特點，因而得以大量應用。
由于脫水裝置建成之初，未充分考慮后期開采的工藝特點，加之部分管理等原因，泡沫排水工藝采用后對三甘醇脫水裝置運行產生了一定影響。下面就后期開采中泡沫排水采氣對脫水裝置的影響作一些探討。
一、三甘醇脫水原理及流程簡介
剛從井里采出來的天然氣充滿了飽和水蒸氣。天然氣被壓縮或冷卻時，水蒸氣會轉變成液態或固態冰。液態水的存在會加速設備的腐蝕，降低輸氣效率；固態冰則會堵塞閥門、管件甚至輸氣管線。為延長管線使用壽命，減少管線事故發生，天然氣進入集輸管網前必須除掉部分水蒸氣。目前四川油氣田廣泛使用的脫水方法是三甘醇脫水（TEG）工藝。
（一）三甘醇脫水原理
天然氣三甘醇脫水工藝屬于溶劑吸收法，是目前天然氣工業中應用最普遍的方法之一。其利用吸收原理，將甘醇類物質作為吸收劑，與天然氣充分接觸，使水被溶劑吸收，從而達到脫水的目的。
（二）三甘醇脫水工藝流程簡介
天然氣脫水裝置按功能分為天然氣脫水系統、甘醇再生系統、儀表風系統、燃料氣系統、供電系統。下面主要對天然氣脫水系統、甘醇再生系統作流程簡述。
1. 天然氣脫水系統
原料氣（簡稱“濕氣”）通過入口過濾分離器，除去液態、固態雜質后進入吸收塔；在吸收塔內通過塔盤或填料與甘醇貧液逆流接觸，被甘醇脫水后的天然氣（簡稱“干氣”）經吸收塔頂捕霧網后，經過甘醇—干氣換熱器換熱，然后經過計量、調壓進入干氣輸送管線（圖1）。
甘醇貧液（簡稱“貧甘醇”）被甘醇泵泵入吸收塔頂部，在塔內經溢流管向下依次經過每一層塔盤（或填料），與天然氣充分逆流接觸，將天然氣中水分吸收。吸滿了水的甘醇（簡稱“富甘醇”）從塔底排出，經精餾柱頂、緩沖罐中的換熱盤管換熱后，通過閃蒸、過濾后進入重沸器完成甘醇的再生，再生氣排至灼燒爐燃燒。
二、泡沫排水采氣實施后氣田水進入脫
水裝置的原因
泡沫排水采氣工藝是往井里加入表面活性劑的一種助排工藝。表面活性劑又稱發泡劑。向井內注入一定數量的發泡劑，井底積水與發泡劑接觸以后，借助天然氣流的攪動，生成大量低密度的含水泡沫，隨氣流從井底攜帶到地面，達到清除井底積液的目的。含水泡沫帶出井口后，必須加注適量消泡劑與起泡劑發生化學反應，將攜水泡沫液化。經過分離后，氣體送入集氣或輸氣管線，液體排出到污水池。但消泡不徹底會使含水泡沫通過下游管線進入脫水裝置。消泡不徹底是由多種原因造成的。
（1）消泡劑加注量和藥劑配置有偏差。一是由于對氣井出水量監控不到位，未及時根據出水量調整消泡劑加注量。二是在中心站管理模式下，部分無人值守井站加注裝置故障未及時修理。三是井站人員責任心不夠，未按要求加注消泡劑。
（2）消泡劑霧化效果不好，消泡劑不能與天然氣充分反應。一是由于霧化器與分離器距離短，起泡劑與消泡劑之間的反應還未完全進行，天然氣已經攜帶部分泡沫進入下游。霧化器與分離器距離一般要求在10~20m，現場很多不滿足要求。二是霧化器使用一段時間后，被消泡劑堵塞部分通道，消泡劑呈液態進入管道，接觸面不夠，反應不充分。
（3）消泡劑注入一般采用的是單柱塞泵，在吸液和排液間存在時間差，不能保證消泡劑實現完全的連續注入。
（4）脫水裝置前設置的過濾分離器、原料氣分離器等對攜水泡沫分離效果差。
過濾分離器的工作原理是：天然氣首先進入進料布氣腔，撞擊在支撐濾芯的支撐管上，較大的顆粒被初步分離，并沉降到容器底部。接著氣體從外向里通過過濾聚結濾芯，固體顆粒被過濾介質截留，液體顆粒則因過濾介質聚結功能而在濾芯的內表面逐漸聚結長大。當液滴到達一定尺寸時，會因氣流的沖擊作用從內表面脫落出來，進入濾芯內部流道，而后流入出料腔。在出料腔內，較大的液珠重力沉降分離出來。在匯料出料腔，還設有分離元件，它能有效地捕集液滴，以防出口液滴被夾帶。
從以上過濾分離器原理可以看出，其主要用于脫除天然氣中的固體雜質和液態水，而對攜水泡沫分離效果較差。
三、泡沫排水采氣對脫水裝置的影響實施泡沫排水采氣后，因消泡不徹底使泡沫進入脫水裝置，對脫水裝置造成了一定的影響。
（一）鹽污染
氣田水中的無機鹽原先存在于富甘醇的液態水中，在重沸器加熱過程中，甘醇中的水（作為溶劑）被蒸發，無機鹽（作為溶質）逐漸形成固態結晶體，從甘醇中析出。無機鹽結構致密且堅硬，逐漸存積在甘醇再生循環管路中，影響脫水裝置運行。
一是無機鹽在重沸器底部形成沉淀，時間較長，大量沉淀物擠壓火管，造成火管變形。
二是細小的鹽分隨甘醇進入貧液管路，造成入泵前精細過濾器的堵塞，更為細小的鹽分顆粒進入過濾器下游，使甘醇泵柱塞磨損加快，嚴重時堆積在貧液管路的內壁，使管徑不斷縮小，甚至造成堵塞，使甘醇循環中斷（圖2）。
（三）大量游離水進入裝置，精餾柱翻塔在進行清管作業時，由于含水泡沫密度較低，脫水裝置前過濾分離器和原料氣分離器即使排污也不能很好地清除含水泡沫，于是大量游離水在短時間內進入脫水裝置。游離水進入裝置造成甘醇濃度降低，干氣露點不合格。同時游離水進入吸收塔后，甘醇迅速吸收液態水，濃度必然降低，甘醇濃度降低后，干氣露點必然會大幅上升。濃度低的甘醇循環進入重沸器后，必然打破原有的水量和熱平衡，在重沸器加熱過程中，必須提供更多的熱量用于蒸發富甘醇中的水，因此會造成重沸器內蒸氣壓上升，精餾柱內的甘醇下降受阻，大量甘醇從精餾柱翻入灼燒爐燃燒，引起灼燒爐著火。
（四）管理難度和風險增加
氣田水進入脫水裝置后，大大增加了脫水裝置的管理難度和風險。
一是在管線，泡沫會攜帶部分小顆粒的腐蝕產物和固體雜質，在進入脫水裝置前的過濾分離器時，這部分腐蝕產物不會形成自然沉降，而會黏附在過濾棒上，造成過濾分離器濾芯堵塞，濾芯更換周期縮短。
二是假液位引起中、低壓竄壓的風險。
三是鹽和各類固體雜質堵塞管路和各級過濾器濾芯，鹽垢引起的重沸器火管穿孔等，使設備故障率增加，設備檢修周期縮短。
四是甘醇損失，增加裝置的運行成本。
五是氣田水使甘醇品質降低，縮短甘醇的更換周期。
四、結論及建議
經過以上分析可以看出，泡沫排水消泡效果不好、氣田水進入脫水裝置是造成脫水裝置運行異常的主要原因。為保持穩定生產，建議如下：
（1）摸索合理的泡沫排水制度，消泡劑加注量與起泡劑加注量應匹配。
（2）消泡劑加注采取多點加注的方式；在集輸氣站、增壓站、脫水站前安裝消泡裝置，根據氣質情況進行調整，確保消泡的有效性。
（3）調整現場分離器與霧化器距離，定期清洗霧化器，提高霧化效果。
（4）現場的液位變送器采用機械式或差壓式變送器，降低假液位引起的風險。
（5）加強各級排污，制定切實可行的排污制度。上游單井及脫水站針對污水情況制定出詳細的排污制度，并嚴格執行。
（6）脫水裝置生產參數監控細節化，重點對重沸器溫度變化周期、pH值、各級過濾裝置壓差變化、懸浮物（周期化驗）等幾項參數進行監控，發現異常及時查找原因和制定措施。
（7）機械過濾器、活性炭過濾器、精細過濾器定期進行檢查和更換，不允許開啟這些設備的旁通進行生產。
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