大慶油田伴生氣中二氧化碳含量的變化及影響

大慶油田伴生氣中二氧化碳含量的變化及影響

1.防止二氧化碳和硫化氫在油田開發(fā)的早期階段，油田相關(guān)氣屬于低硫低氮天然氣。因此，在2003年之前，沒有對消費后二氧化碳含量的變化進行系統(tǒng)跟蹤。目前,對大慶油田各站點的天然氣進行的質(zhì)量普查工作表明,伴生氣中總硫含量基本沒有變化;硫化氫含量有上升趨勢,但上升趨勢不明顯。從歷年的檢驗數(shù)據(jù)看,油田伴生氣中二氧化碳含量呈上升趨勢,1997年以前增長趨勢并不明顯,但近年有加速增長的現(xiàn)象。由于地下開發(fā)情況較復(fù)雜,引起二氧化碳及硫化氫增加的原因目前還不明確,可能是由于油田穩(wěn)產(chǎn)措施(加密井、酸化、壓裂、解堵等)的增加,致使巖層中二氧化碳的釋放量增加,導(dǎo)致天然氣中二氧化碳含量增加。大慶油田的天然氣基本屬于三類工業(yè)用氣,總硫、硫化氫、二氧化碳含量滿足三類工業(yè)用氣的指標(biāo)要求;總硫含量接近或超過二類民用氣標(biāo)準(zhǔn),超過一類民用氣標(biāo)準(zhǔn),硫化氫含量超過一、二類民用氣標(biāo)準(zhǔn)含量要求;二氧化碳含量接近一、二類民用氣的標(biāo)準(zhǔn)的含量要求。硫化氫對加工處理設(shè)施的影響是在濕氣條件下對高壓部位造成設(shè)備、管道腐蝕。由于硫化氫含量在200mg/m3左右,相對較低,在加工處理裝置無論設(shè)精密脫硫的干法脫硫設(shè)施、還是設(shè)脫除大量硫化氫的濕法脫硫設(shè)施,經(jīng)濟性都較差。建議加強高壓部位的抗硫化氫腐蝕措施,如合理選用材料,加注緩蝕劑等,少量的民用用氣可單獨設(shè)干法脫硫設(shè)施將含硫脫除到符合一、二類民用氣標(biāo)準(zhǔn)要求。2.天然氣加工裝置出口氣體腐蝕油田伴生氣中二氧化碳含量上升對加工處理設(shè)施的影響主要有以下4個方面:(1)影響深冷裝置制冷深度,降低輕烴收率,通常導(dǎo)致輕烴產(chǎn)量比設(shè)計值減少20%以上。(2)造成高壓部位設(shè)備、管線碳酸腐蝕。天然氣加工裝置入口低壓氣體無碳酸腐蝕環(huán)境;二氧化碳分壓大于1.5%時,淺冷裝置壓縮機出口氣體處于有腐蝕環(huán)境,深冷壓縮機出口氣體腐蝕性環(huán)境更強。而目前二氧化碳含量已接近3%,出口氣體腐蝕性更為嚴重。針對目前天然氣加工裝置壓縮機出口系統(tǒng)腐蝕情況進行理論分析,認為腐蝕主要是由高二氧化碳含量造成的碳酸腐蝕引起的,應(yīng)主要針對二氧化碳腐蝕采取適用的應(yīng)對措施。(3)影響商品氣質(zhì)量。當(dāng)二氧化碳含量大于3%時,天然氣將不滿足GB17820-1999《天然氣》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中一、二類民用氣要求的二氧化碳含量≤3%的質(zhì)量要求。(4)增加輕烴中二氧化碳含量,超過乙烯裝置精制設(shè)施能夠承受的能力。3.淺冷輕烴中二氧化碳含量從大慶油田提供給大慶石化乙烯原料的輕烴的三個來源來看,深冷輕烴中二氧化碳含量較高,為保證輕烴收率、降低輕烴中二氧化碳含量和保證深冷外輸干氣達到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)深冷原料氣中二氧化碳含量超過3%(V)時,考慮增設(shè)原料氣脫除二氧化碳設(shè)施,建議將深冷裝置原料氣中二氧化碳含量脫除到為1%(V),按此原料計算,深冷輕烴中二氧化碳含量為4%(V)以下。原穩(wěn)輕烴中二氧化碳含量很低,可忽略不計。淺冷輕烴中二氧化碳含量比深冷輕烴低得多,目前還沒影響到大慶石化乙烯裝置堿洗能力,但隨著油田伴生氣中二氧化碳含量的逐步升高,淺冷輕烴中二氧化碳的含量將不容忽視。淺冷輕烴原料氣中二氧化碳含量變化趨勢模擬計算結(jié)果表明:按油田伴生氣中二氧化碳含量目前的快速上升趨勢,如果濕氣中二氧化碳含量達到5%,那時淺冷輕烴中二氧化碳含量也將接近1%。到2006年,大慶油田薩中地區(qū)原油穩(wěn)定和油田氣加工裝置調(diào)整改造工程的兩套深冷裝置全部建成投產(chǎn)后,全油田深冷輕烴年產(chǎn)量可達到20\*104t,淺冷輕烴為20\*104t,原穩(wěn)輕烴為30\*104t。若油田伴生氣中二氧化碳含量已升至5%,按上述比例,淺冷輕烴二氧化碳含量按1%計算,深冷輕烴按原料氣上脫二氧化碳設(shè)施,脫除至1%考慮,則油田總外輸輕烴中綜合二氧化碳含量為1.8%。若將來油田氣中二氧化碳含量始終維持在3%以下,即可不用上二氧化碳脫除設(shè)施,此時深冷輕烴二氧化碳含量按7%計算,淺冷輕烴二氧化碳含量按0.5%計算,油田總外輸輕烴中綜合二氧化碳含量則為2.8%。根據(jù)以上油田輕烴中二氧化碳含量的預(yù)測,建議乙烯裝置堿洗能力按輕烴中綜合二氧化碳含量為3%設(shè)計,使其能夠適應(yīng)近遠期油田輕烴綜合二氧化碳含量。4.實現(xiàn)輕烴和輕烴產(chǎn)氣共贏針對油田伴生氣二氧化碳含量上升對油田氣加工裝置的影響,對近期和遠期應(yīng)采取的應(yīng)對措施提出以下建議:從近期來看,油田伴生氣二氧化碳含量一般在3%(V)之內(nèi),深冷裝置需將制冷溫度提高,避開二氧化碳冰凍點,并限制輕烴中二氧化碳含量,犧牲輕烴產(chǎn)量。目前大慶石化乙烯裝置堿洗能力對油田總外輸輕烴能接受的二氧化碳含量為不高于1%。為限制輕烴中二氧化碳含量,紅壓深冷裝置脫甲烷塔的操作條件調(diào)整為塔頂-80℃左右,塔底4～5℃,輕烴產(chǎn)量為150t/d左右。正在實施的大慶石化80\*104t乙烯改造項目將考慮擴大裂解氣精制能力,目前正在施工中,屆時將可解決輕烴中二氧化碳含量限制問題。從遠期來看,若二氧化碳含量上升到3%(V)以上,深冷裝置制冷深度和輕烴收率偏離設(shè)計點將更遠;同時加工裝置商品氣已不滿足GB17820-1999《天然氣》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的一、二類民用氣二氧化碳含量≤3%(V)的要求,為民用供氣將受到限制,此時建議增設(shè)脫除二氧化碳設(shè)施。(1)堿洗系統(tǒng)能力不足大慶杏樹崗油田天然氣綜合利用技術(shù)改造工程的主體裝置紅壓深冷裝置于2003年11月建成投產(chǎn),投產(chǎn)之初運行良好,因這股輕質(zhì)原料乙烯收率高、副產(chǎn)物少、運行成本低,大慶石化非常喜歡接收這股原料。但由于深冷原料氣中二氧化碳含量比原設(shè)計超出很多,使輕烴中二氧化碳含量偏高,超過了乙烯裂解氣堿洗系統(tǒng)處理能力,據(jù)大慶石化測算,目前的堿洗系統(tǒng)可接受的輕烴二氧化碳含量為1%。鑒于目前下游用戶大慶石化乙烯裝置裂解氣堿洗能力的限制,建議本裝置減負荷運行,從而避免長時間停機造成的設(shè)備銹蝕、管線堵塞、儀表和電器老化等問題,同時對崗位人員的技術(shù)水平和操作的熟練程度以及正常的生產(chǎn)管理都有利。原料氣二氧化碳含量按2.5%設(shè)計,輕烴產(chǎn)品二氧化碳含量按1%和2%兩個方案設(shè)計,裝置運行時可根據(jù)大慶石化乙烯裝置堿洗系統(tǒng)的接受能力合理確定操作參數(shù),力求輕烴收率達到最大可能。(2)通過優(yōu)化工藝,設(shè)計符合升大慶油田薩中地區(qū)原油穩(wěn)定和油田氣加工裝置調(diào)整改造工程在北Ⅰ-1油氣處理廠和南區(qū)壓氣站各建一套油田氣深冷處理裝置,北Ⅰ-1深冷裝置處理薩中西部地區(qū)的伴生氣,整體替代薩中油氣處理廠深冷裝置的功能,南壓深冷裝置處理薩中東部地區(qū)的伴生氣。這兩套深冷裝置目前正處于施工圖設(shè)計和現(xiàn)場施工階段。該工程在2001年可行性研究階段,依據(jù)的是1998～2000年的取樣分析數(shù)據(jù)。在2002年初步設(shè)計中,考慮到油田氣二氧化碳含量有上升的趨勢,通過進一步優(yōu)化工藝,設(shè)計留有充分余地,主要體現(xiàn)在:①計算干冰生成溫度時,原料氣二氧化碳含量按可能出現(xiàn)的最大濃度2%(V)考慮;②膨脹機出口和塔頂最低溫度按高出干冰生成溫度5℃以上設(shè)計,留有較大的安全系數(shù)。在施工圖設(shè)計中,通過取樣分析,發(fā)現(xiàn)目前二氧化碳含量已超過2%。北Ⅰ-1深冷裝置計劃2005年投產(chǎn),南壓深冷裝置計劃2006年投產(chǎn),預(yù)計屆時裝置原料氣二氧化碳含量還要上升。從二氧化碳冰凍點對制冷深度影響的角度考慮,若二氧化碳含量達到2.5%,根據(jù)計算,深冷裝置按初設(shè)參數(shù)仍可以操作,但溫度距二氧化碳冰凍點處于卡邊狀態(tài);若二氧化碳含量達到3%,按初設(shè)操作參數(shù)已達到二氧化碳冰凍點,需降低一定的制冷深度,使輕烴收率比初設(shè)略有降低;當(dāng)深冷原料氣二氧化碳含量超過3%時,為避開二氧化碳冰凍點,犧牲制冷深度和輕烴收率較多,且深冷外輸干氣不滿足GB17820-1999《天然氣》質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中一、二類民用氣二氧化碳含量≤3%(V)的要求,壓縮機出口至分子篩脫水系統(tǒng)之間的