本發(fā)明屬于致密氣集輸，尤其涉及一種致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、致密砂巖氣是非常規(guī)天然氣的主要類型，在天然氣資源結(jié)構(gòu)中的意義和作用日趨顯著。致密氣井開(kāi)采初期井口壓力很高，但短時(shí)間內(nèi)迅速衰減，此后大部分時(shí)間處于低壓狀態(tài)；由于單井產(chǎn)量較低，致密氣區(qū)塊往往實(shí)施大半徑集輸與集中處理的開(kāi)發(fā)模式。因此，在單井與處理廠之間，優(yōu)選設(shè)置了一些集氣站，用于收集各片區(qū)內(nèi)單井的產(chǎn)物，并集中通過(guò)集輸干線輸送至處理廠。

2、由于致密氣區(qū)塊集輸半徑往往較大，在冬季運(yùn)行下，長(zhǎng)距離的管道敷設(shè)將引起明顯的溫降，這對(duì)天然氣水合物的防治提出了挑戰(zhàn)。雖然目前天然氣集輸系統(tǒng)水合物抑制技術(shù)已經(jīng)有了較大的發(fā)展，可通過(guò)加熱保溫、加注水合物抑制劑等方式提高管道輸送介質(zhì)溫度、降低管道熱損失或降低輸送介質(zhì)的水合物形成溫度，但這些方案存在不同程度的劣勢(shì)(例如增加抑制劑回收系統(tǒng)、增加管道運(yùn)行投資等)，尤其對(duì)于單井產(chǎn)能較低的致密氣，高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)地避免天然氣水合物生成是極為重要的技術(shù)攻關(guān)任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供了一種致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)及方法,基于致密氣集輸系統(tǒng)的布置與運(yùn)行特點(diǎn)，針對(duì)致密氣產(chǎn)出介質(zhì)初始?jí)毫﹂L(zhǎng)期較低、集輸半徑較大、采用集氣站集中增壓等工藝特點(diǎn)，從兼顧全季節(jié)周期運(yùn)行效果、統(tǒng)籌優(yōu)化下游天然氣處理能耗、提升集輸系統(tǒng)水合物抑制效果等方面出發(fā)，通過(guò)溫度控制為主要技術(shù)理念，充分利用氣源增壓余熱、局部保溫和自然環(huán)境條件，實(shí)現(xiàn)天然氣水合物的綠色、高效控制。

2、本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

4、干線輸送系統(tǒng)，所述干線輸送系統(tǒng)包括輸送管道和設(shè)于輸送管道上的進(jìn)站截?cái)嚅y、干線截?cái)嚅y及出站截?cái)嚅y，在所述干線截?cái)嚅y和所述進(jìn)站截?cái)嚅y間設(shè)有第一干線支路和第一溫度監(jiān)測(cè)組件，在所述干線截?cái)嚅y和所述出站截?cái)嚅y間設(shè)有第二干線支路和第二溫度監(jiān)測(cè)組件；

5、溫度中繼系統(tǒng)，所述溫度中繼系統(tǒng)包括通過(guò)所述第一干線支路和所述第二干線支路與所述干線輸送系統(tǒng)連接的流體混合管件，所述流體混合管件兩端分別設(shè)有干線旁路第一截?cái)嚅y和干線旁路第二截?cái)嚅y，所述流體混合管件中部開(kāi)孔并插入集氣站注入管道，所述集氣站注入管道設(shè)有注入管道溫度監(jiān)測(cè)組件和注入管道壓力監(jiān)測(cè)組件；

6、可調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)，所述可調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)包括依次串聯(lián)的氣液分離器、增壓壓縮機(jī)和空冷器，空冷器通過(guò)所述集氣站注入管道與所述流體混合管件連通，所述空冷器與所述集氣站注入管道間還設(shè)有空冷器出口溫度監(jiān)測(cè)組件，所述空冷器通過(guò)入口截?cái)嚅y和出口截?cái)嚅y控制出入口開(kāi)閉，所述可調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)還包括并聯(lián)在所述空冷器兩側(cè)的空冷器旁路，空冷器旁路包括空冷器旁路截?cái)嚅y和空冷器旁路調(diào)節(jié)閥。

7、進(jìn)一步的，所述溫度監(jiān)測(cè)組件包括溫度變送器，所述壓力監(jiān)測(cè)組件包括壓力變送器。

8、進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括分段保溫系統(tǒng),分段保溫系統(tǒng)包括設(shè)于所述輸送管道下游前段一段預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的外部保溫層，輸送管道下游為所述出站截?cái)嚅y之后的管道。

9、進(jìn)一步的，所述輸送管道下游前段一段預(yù)設(shè)長(zhǎng)度包括輸送管道下游前1/3～1/2段。

10、進(jìn)一步的，所述氣液分離器為臥式結(jié)構(gòu)分離器。

11、進(jìn)一步的，所述增壓壓縮機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)。

12、進(jìn)一步的，所述流體混合管件為擴(kuò)徑達(dá)到預(yù)設(shè)指標(biāo)的碳鋼直管。

13、另一方面，本發(fā)明還提供了一種致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制方法，所述方法基于前述任一種的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括：

14、分析集輸管道是否形成水合物，若集輸管道中形成了水合物，根據(jù)集輸干線最高可承受介質(zhì)溫度和增壓后不進(jìn)行集氣站介質(zhì)與干線來(lái)流介質(zhì)混合的溫度進(jìn)行對(duì)比，選擇較低的溫度再次進(jìn)行水合物形成溫度核算，若仍在管道末端存在水合物生成條件，則在各條滿足水合物生成條件的集輸干線的前段設(shè)置保溫層，將大溫降發(fā)生的位置延后，提高末點(diǎn)的進(jìn)廠溫度；

15、管道在預(yù)設(shè)溫度以上運(yùn)行時(shí)，干線致密氣從干線輸送系統(tǒng)進(jìn)入集氣站，各單井致密氣匯集進(jìn)入氣液分離器，經(jīng)氣液分離后，氣相進(jìn)入壓縮機(jī)，液相進(jìn)入液體管道系統(tǒng)外輸，增壓后的氣相通過(guò)空冷器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)后注入流體混合管件與上游干線介質(zhì)混合后再引入干線輸送系統(tǒng)下游；

16、管道在預(yù)設(shè)溫度以下運(yùn)行時(shí)，干線致密氣從干線輸送系統(tǒng)進(jìn)入集氣站，各單井致密氣匯集進(jìn)入氣液分離器，經(jīng)氣液分離后，氣相進(jìn)入壓縮機(jī)，液相進(jìn)入液體管道系統(tǒng)外輸，增壓后氣體全部進(jìn)入空冷器進(jìn)行降溫，同時(shí)關(guān)閉干線旁路第一截?cái)嚅y，開(kāi)啟干線截?cái)嚅y，集氣站注入氣體與干線致密氣直接在干線混合。

17、進(jìn)一步的，所述分析集輸管道是否形成水合物具體包括：

18、根據(jù)致密氣多井站布局、多集氣站增壓集輸?shù)奶攸c(diǎn)，利用增壓壓縮機(jī)出口高溫條件，針對(duì)增壓后集輸干線管道的壓力、溫度和走向情況，分析夏季工況和冬季工況的末點(diǎn)溫度，以及對(duì)應(yīng)的管道中水合物生成情況。

19、進(jìn)一步的，當(dāng)所述管道在預(yù)設(shè)溫度以上運(yùn)行時(shí)，通過(guò)配合全集輸干線系統(tǒng)的溫度檢測(cè)值，對(duì)溫度監(jiān)測(cè)組件的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，動(dòng)態(tài)調(diào)整空冷器旁路流量，使混合后介質(zhì)在集輸干線中不生成水合物，并且混合后介質(zhì)溫度不超過(guò)集輸干線防腐層的最高允許操作溫度。

20、本發(fā)明的有益效果在于：

21、(1)本發(fā)明針對(duì)致密氣氣田的開(kāi)發(fā)與集輸系統(tǒng)布置規(guī)律，充分利用各集氣站設(shè)置增壓系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，在集氣站設(shè)置可調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)，在冬季極端環(huán)境條件下，充分利用增壓后氣體的余熱，經(jīng)與干線氣體摻混后，調(diào)節(jié)干線氣體的溫度，最大程度通過(guò)系統(tǒng)熱能防治水合物生成。

22、(2)本發(fā)明根據(jù)埋地管道熱力學(xué)變化規(guī)律，優(yōu)化保溫層設(shè)置模式，以前段局部保溫的形式控制大溫降管段的溫度變化，不僅對(duì)冬季極端條件下的水合物防治提供了高效的防治措施，也對(duì)非冬季工況下的管道介質(zhì)自然降溫提供了保障，避免非冬季工況進(jìn)入下游處理廠的介質(zhì)溫度過(guò)高，造成處理廠能耗劇增。

23、(3)本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)置保溫系統(tǒng)、空冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，充分利用增壓過(guò)程的介質(zhì)余熱，有效控制了集輸干線的水合物形成問(wèn)題，一方面替代了傳統(tǒng)的全線保溫模式，在管道保溫層設(shè)置上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)優(yōu)化與投資控制；另一方面替代了傳統(tǒng)的水合物抑制劑加注與處理，大幅降低了集氣站的注入設(shè)施、處理廠的回收與處理設(shè)施投資，亦配套節(jié)省了操作運(yùn)行費(fèi)用。

技術(shù)特征：

1.一種致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

2.如權(quán)利要求1所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)測(cè)組件包括溫度變送器，所述壓力監(jiān)測(cè)組件包括壓力變送器。

3.如權(quán)利要求1所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括分段保溫系統(tǒng),分段保溫系統(tǒng)包括設(shè)于所述輸送管道下游前段一段預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的外部保溫層，輸送管道下游為所述出站截?cái)嚅y之后的管道。

4.如權(quán)利要求3所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送管道下游前段一段預(yù)設(shè)長(zhǎng)度包括輸送管道下游前1/3～1/2段。

5.如權(quán)利要求1所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液分離器為臥式結(jié)構(gòu)分離器。

6.如權(quán)利要求1所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，其特征在于，所述增壓壓縮機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)。

7.如權(quán)利要求1所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)，其特征在于，所述流體混合管件為擴(kuò)徑達(dá)到預(yù)設(shè)指標(biāo)的碳鋼直管。

8.一種致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制方法，其特征在于，所述方法基于權(quán)利要求1-7任一所述的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括：

9.如權(quán)利要求8所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制方法，其特征在于，所述分析集輸管道是否形成水合物具體包括：

10.如權(quán)利要求8所述的致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制方法，其特征在于，當(dāng)所述管道在預(yù)設(shè)溫度以上運(yùn)行時(shí)，通過(guò)配合全集輸干線系統(tǒng)的溫度檢測(cè)值，對(duì)溫度監(jiān)測(cè)組件的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，動(dòng)態(tài)調(diào)整空冷器旁路流量，使混合后介質(zhì)在集輸干線中不生成水合物，并且混合后介質(zhì)溫度不超過(guò)集輸干線防腐層的最高允許操作溫度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種致密氣氣田集輸管網(wǎng)水合物控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括干線輸送系統(tǒng)、溫度中繼系統(tǒng)和可調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置本系統(tǒng)，對(duì)多集氣站增壓匯集、干線串接的致密氣氣田集輸系統(tǒng)進(jìn)行天然氣水合物綠色控制，達(dá)到高效、節(jié)能的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：陳俊文,湯曉勇,郭艷林,胡連鋒,周迎,白云,楊帆,馬艷琳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2