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第：２４卷第５期 ２００６年１０月 天 然 气 与 石 油 Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ａｎｄ Ｏｉｌ Ｖｏ１．２４，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２００６ 高含硫气田地面集输工艺技术的新发展 边云燕，郭成华 （中国石油工程设计有限公司西南分公司，四川成都６１００１７） 摘要：回顾了国内外高含硫天然气集气工艺的成熟技术的应用，阐述了近年来国内新技 术的推广和应用情况，主要包括分子筛脱水工艺技术，气液混输技术，高含硫气田集输技术，特 种材质选择技术等。对我国高含硫集气工艺发展方向、重点技术进行了展望。 关键词：高含硫气田；集输工艺；脱水工艺；材料选择；防止水合物技术 文章编号：１００６—５５３９（２００６）０５—００２８—０４ 文献标识码：Ａ 着各自特色的集输工艺技术。主要表现在：含硫天 １含硫气田地面开发现状及前景展望 目前世界上己成功开发的高含硫天然气田主要 然气脱水技术、气液混输技术、系统防腐技术、系统 防硫堵技术、防止水合物技术等等。 ２、１．１高含硫分子筛脱水技术 因分子筛脱水在整个脱水和再生工艺过程中不 分布于加拿大、俄罗斯、美国、法国、德国等，各国气 田含硫量差异较大，｝｛２Ｓ含量大致在１０％～９０％不 等ｌ卜 。我国现已成功开发的多个含硫天然气田， 主要集中于四川地区，如威远、卧龙河、中坝、磨溪、 大天池等气田，其中以卧龙河和中坝气田为代表， ｝｛２Ｓ含量约为１０％。 会造成大量含硫气体排放，从而被广泛应用于高含 硫脱水工艺中。以加拿大Ｈｕｓｋｇ公司和ＢＰ Ｃａｎａｄａ 公司为例，其建成的两塔湿气再生脱水装置运行情 况良好。该工艺中湿天然气从顶部进入酸气脱水 塔，由上至下通过分子筛床层，进行脱水吸附成为干 气。再生气从进装置天然气管线压力调节阀前接 出，流人再生气加热炉，热的再生气进入脱水塔，从 随着我国现代化建设的发展，国家对天然气资 源需求的扩大，加速了天然气勘探步伐，相继在高含 硫气田勘探方面取得了丰硕的成果，如华北赵兰庄 气田硫化氢含量为９２％、川东北罗家寨、渡口河、铁 山坡气田硫化氢含量约为１０％～１ ５％以上等，成为 我国天然气的重要后备资源，高含硫气田的开发被 放在重要的战略位置。 上至下流经分子筛床层，以再生分子筛。湿热的湿 再生气进入再生气冷却器、两相分离器后与流人分 子筛脱水塔的湿原料气混合，其工艺流程如图１所 示。 ２．１、２防止硫沉积和防腐技术 在高含硫气田地面开发过程中，从井口输出的 含硫天然气，通过井场管线、气体处理设备以及集输 系统，易在管道内产生元素硫沉积腐蚀，同时ｃｏ２、 Ｈ２Ｓ和油气田生成水的混合物对管线也具有强烈的 ２ 高含硫气田地面集输系统工艺技术 现状 ２、１国外工艺技术现状 腐蚀。因此，防止硫沉积和防止腐蚀是高含硫气田 开发中两个关键的技术问题。目前，国外解决硫沉 积的方法主要有化学除硫法和物理除硫法，包括井 下热油循环法、采用清管器等配套方法，常用的硫溶 剂主要有：ＤＭＢＳ（含催化剂）、胺类、ｃｓ、轻汽油及柴 ２０世纪５０年代以来，随着高含硫气田的开发 建设，世界各国高含硫地面集输系统工艺技术也不 断发展，形成了不同区域环境、不同气质条件的、有 收稿日期：２００６—０９—０１ 作者简介：边云燕（１９７０一），女，四川成都人，高级工程师，学士，毕业于西南石油大学油气储运专业，主要从事天然气 储运设计及管理工作。电话：（０２８）８６０１４５７４。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２４卷第５期 边云燕，等：高含硫气田地面集输工艺技术的新发展 ２９ 油等。管线和设备的防腐主要采用加注缓蚀剂和建 立一套完整的腐蚀监测体系，其中包括监测点的分 布、监测方法、在线监测仪器及腐蚀探针，计算机数 据处理系统等 ， ⑩ 。 母 原料气预冷器 干气聚结器 低温分离器 ｆ。。Ｉ ● ｃ 至输气干线 ⑩・・・・⑩ 罗家×井 甲醇或乙二醇贫液ｃ 自注入泵来 至乙二醇回收装置 至站场污水 处理系统 注：虚线表示在气田开发的中后期，井口 压力降低后，采用氨制冷冷却原料气。 图１高含硫分于筛脱水工艺流程 ２．２国内工艺技术现状 脱水工艺存在再生工艺中产生的废气和气田水较难 近年来先后建成的一系列高含硫气田和气井， 处理的缺点；而低温分离脱水过程中产生的大量废 气和含醇废水的处理制约该技术应用于高含硫脱 水。通过对分子筛脱水的污水闪蒸、储存方式进行 分析研究，借鉴国外先进作法，认为虽然分子筛脱水 的投资较高，但基于技术、安全、环保等方面的原因， 较适合应用于高酸性天然气脱水中。采用分子筛脱 水技术实现了高含硫天然气干气输送，同时也提高 了输送过程的安全性。 ２．２．３采用先进的集输工艺，保证了系统安全、环 体现了高含硫气田集输工艺、设备材料选择、防腐工 艺的国内技术水平＿３３。随着罗家寨高含硫气田的 Ｊ开发，我国在高含硫气田集输工艺技术方面取得了 较大进步。 罗家寨气田位于四川省宣汉县境内，气田内自 然和人文条件恶劣，地形起伏大，通过多方案对比论 证，提出气田集气干线干气输送、集气支线湿气输 送、气田中部建分子筛脱水装置的集气总工艺流程。 该工程的主要特点有： ２．２．１工程设计借鉴和采用国际先进标准 保、经济运行 采用国外已有成功应用经验的分子筛脱水技 术，实现高酸性天然气集气干线干气输送，提高了输 送过程的安全性；单井站至集气站管线采用气液混 输工艺，可有效解决分离污水难于处理、维护费用 高、环境污染等问题。 ２．２．４采用先进的设备及材料，适应气田开发需要 对于高含硫气田的开发，国内还没有相配套的 规范和技术标准，为了借鉴国外开发同类气田的经 验，开展气田集输工艺设计、材质评选、腐蚀控制等 方面的工作，在项目的设计过程中采用了ＩＳＯ（标 准）、ＡＰＩ（标准）、ＡＳ （标准）等国际标准，同时制 定了一套适合我国国情的高含硫气田开发企业标 准。 集输系统采用符合ＩＳＯ １５１５６（（石油天然气工 业——油气开采中用于含Ｈ２Ｓ环境的材料》和ＩＳＯ ３１８３—３《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第 ３部分：Ｃ级钢管》等国际标准的优质碳钢；分子筛 脱水装置设备采用引进碳钢Ａ５１６Ｇｒ６５钢板，部分 管道采用不锈钢材料，可保证装置安全运行，并节约 ２，２，２采用成熟可靠的分子筛脱水工艺技术 目前国内外应用较广泛的脱水工艺有：低温分 离、固体吸附和溶剂吸收三种方法。三种脱水工艺 方案运用于高含硫天然气脱水中各具特点：三甘醇 维普资讯 http://www.cqvip.com
天 然 气 与 石 油 ２００６生 工程投资。 会有单质硫析出。通过对国外高含硫气田生产工艺 的调研，结合天东５－１井高含硫试验装置中元素硫 沉积的情况，推测系统中元素硫可能形成的部位，并 采用溶硫剂加注工艺以防止元素硫的沉积。 ２．２．５建立完善的紧急截断系统，减少事故危害 从井口至集气站、干线截断阀室均采用了完善 的紧急截断系统（ＥＳＤ），建立了安全截断和安全放 空的管理模式，减少了系统在事故状况下 Ｓ泄漏 ｅ．为了减少Ｈ２Ｓ排放至大气后，对人身安全造 带来的环境污染和人员伤害。 ３ 高含硫气田地面集输工艺新技术的 推广和应用 ３．１ 气田集输系统工艺优化 高含硫气田在选择合理的集气工艺方案时，首 先应尽可能简化集气工艺，减少站内气体泄漏；还应 综合考虑环境保护因素，减少气田内废气、废水排放 点。从而达到方便生产管理，提高集输工艺经济效 益的目的。 通过对国外高酸性气田开发情况的调研来看， 净化厂靠近气田建设，气田集气采用湿气输送工艺 是较为成熟的、经济的。因此，在气田集气工艺总流 程设计时，应对天然气性质、气井产量、气井压力和 温度、天然气中的含水量等基础资料进行综合分析 和方案对比，确定气田采用于气输送工艺或湿气输 送：［艺、单井是否设置分离器等工艺方案。 ３．２专有技术的推广和应用 通过近几年来对高含硫气田特点的研究，分析 开发面临的技术问题，结合传统含硫气田的开发工 艺，在遵循现有国家规范的前提下，吸收国外开发高 含硫气田的成熟技术和生产实践经验，总结出适合 我国高含硫气田集输工艺的专有技术，其主要内容 如下： ａ．为了避免生产污水排放，简化站场污水处理 工艺，在选择气田集输工艺时应多考虑采用气液混 输工艺流程，以降低工程投资。 ｂ．高温、高压、高Ｈ２Ｓ、高ｃｏ２等强的腐蚀介 质，对系统的材料选择、防腐工艺提出了严峻的考 验，选择优质抗硫低碳钢＋缓蚀剂集气工艺方案时， 采气管线应采用缓蚀剂清管器预膜工艺技术。 Ｃ．因高Ｈ２Ｓ、高ｃｏ２的存在，原料气的水合物形 成温度较高，为了防止水合物形成带来管线堵塞，以 及避免高温条件下ｃｏ２对于管道系统的腐蚀，在水 套加热炉设计中应采取一定的优化应对措施。 ｄ．由于温度和压力的骤然变化，原料气中可能 成的危害，对环境造成的污染，在高含硫气田开发 中，应采用安全泄放的工艺管理模式，即先截断，再 放空或不放空，放空的原料气燃烧后排放。 ｆ．高含硫原料气安全检修置换工艺技术的推广 和应用，可以确保安全生产，达到保护环境的目的。 即站场内应分段设置原料气检修置换系统，该系统 可以保证对检修设备和管段内的高含硫原料气的完 全置换，并将置换气体排人放空火炬系统。 ｇ．高含硫气田开发生产过程中，应对生产污水 输送过程中可能产生Ｈ２Ｓ气体的地点、温度、压力 进行分析，并采用气田水密闭输送工艺技术，尽可能 减少Ｈ２Ｓ气体的排放。 ４ 高含硫气田地面集输工艺技术发展 方向及需求 ４、１防止水合物技术 针对目前国内外高含Ｈ２Ｓ和ｃｏ２气体的天然 气水合物研究现状及水合物抑制剂的发展趋势，开 发高效、低毒、价廉的水合物新型抑制剂及其应用技 术，是高酸性气田水合物防治技术的发展方向之一。 新型动力学抑制剂的研制，将对气田集气工艺技术 产生深远的影响，对优化站场工艺流程、防止开采过 程中Ｈ２Ｓ泄漏，减少工程投资起到关键的作用。 ４．２高含硫天然气开发防腐技术研究 防腐技术研究是开发高含硫气田的一项长期的 艰巨的任务。虽然从材质的选择上，可按相关技术 标准进行选材（如ＩＳＯ ３１８３—３，这是专门为酸性环 境和海底环境用管道制定的国际标准），但对于高 Ｈ２Ｓ分压的输送管、压力容器钢的抗ＳＳＣ、抗ＨＩＣ 性能仍应作进一步的评价研究；对于高含Ｈ２Ｓ、高含 ｃｏ２环境中，如何准确的对管道及设备用碳钢、低合 金钢及其焊缝的腐蚀速率测试，确定合理的腐蚀裕 量还应作更深入的研究。 ４．３耐蚀合金钢、非金属材料的应用前景评价 耐蚀合金钢、非金属材料可从根本上解决含 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２４卷第５期 边云燕，等：高含硫气田地面集输工艺技术的新发展 ３１ Ｈ２Ｓ、ＣＯ２天然气集输的腐蚀问题，但由于耐蚀合金 钢价格昂贵、非金属材料抗破坏能力较差等原因，使 ５ 结束语 高含硫气田地面集输工艺技术相比于低含硫气 田，其特点主要表现在含硫天然气脱水技术、气液混 输技术、系统防腐技术、系统防硫堵技术、防止水合 其在高含硫气田中的应用受到一定。对于以上 材料的性能、技术经济指标的对比、现场安装技术和 现场试验等还需作进一步验证。 ４．４缓蚀剂和硫溶剂加注技术研究 物技术等方面。为保证安全和环保，高含硫气田集 输工艺对脱水 工艺、防止硫沉积、系统腐蚀防护以及 设备、管材的选择提出了更高的要求。 通过对缓蚀剂、硫溶剂性能和加注工艺的进一 步研究，确定ｌ０％～ｌ７％Ｈ２Ｓ，５％～ｌ０％ｃｏ２的气 井和集输管线缓蚀剂和硫溶剂，以及相应的加注工 艺，并提出缓蚀剂的最低保护浓度和加注要求，制订 为降低高含硫天然气集输风险，集输工艺流程 应尽可能简化，并结合传统含硫气田的开发工艺，吸 收国外开发高含硫气田的成熟技术和生产实践经 验，对我国高含硫气田的集输工艺进行优化设计。 参考文献： 缓蚀剂和硫溶剂的现场应用和管理规程。从而为高 酸性气井、地面系统的安全运行提供了技术保障。 ４．５腐蚀监测评价技术研究 ［１］佚名．世界最大含硫气田阿斯特拉罕气田的开发 结合国外腐蚀领域发展的综合技术——在线腐 蚀监测技术，即在管道正常运行的条件下测量管道 内壁腐蚀的技术，开展适应高含硫环境下的在线腐 蚀监测技术研究。 ［Ｊ］．加拿大石油技术杂志，１９８９，５－６． ［２］Ｅｄｗａｒｄ Ｗ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｕｒ Ｇａｓ Ｇａｔｈｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｍ］．Ｃａｎａｄａ，２０００．３． ［３］原青民．四川盆地高含硫天然气田开发中的有关技术 问题［Ｊ］．石油与天然气化工，２００２，３１（增刊）：４４—４６． （上接第２７页） 若采用节流膨胀制冷脱水或脱水脱烃工艺，当 气田压力下降时，为了保障节流温降所需的压力，只 有在脱水或脱水脱烃装置前设置增压装置，将原料 天然气增压至节流温降所需的压力。对采用机械制 冷的低温脱水脱烃工艺，将增压装置布置在脱水脱 烃装置前还是脱水脱烃装置后，需进行技术经济对 比来选择。 总之，对气田天然气进行前增压或后增压，应根 生产工艺是保证天然气顺利输送到气体处理厂的措 施之一，气田集输工艺与下游系统密切相关。气体 处理厂的处理工艺根据上游气井分布、井口压力、产 量、气质条件和下游用户对气质的要求而确定，气体 处理厂的处理工艺对原料气进厂压力要求而影响气 田集输系统的运行压力及集输过程的生产工艺。另 一方面气田集输系统的工艺选用必须与地下开发方 案结合起来考虑，它受配产计划及井口物流、温度、 压力等的制约。 参考文献： ［１］ 中国石油工程设计有限公司西南分公司．克拉２气田 据气量的多少、气质、要求脱水干燥深度及气体综合 处理装置的处理能力而定。 ５ 结束语 气田集输系统不是存在的，它的下游有气 体处理厂、输气管道系统等。气田集输系统采用的 地面建设工程初步设计［ｚ］．成都：中国石油工程设计 有限公司西南分公司，２００３． ［２］冯叔初，郭揆常，王学敏．油气集输［Ｍ］．东营：石油大 学出版社，１９８８．
