石油与天然气化工  2017, Vol. 46 Issue (3): 13-16
高温高压气田处理厂堵塞物实验分析及对策
张利明 , 图孟格勒 , 肖克 , 熊伟     
中国石油塔里木油田公司质量检测中心
收稿日期：2016-09-07
作者简介：张利明(1987-)，男，安徽亳州人，毕业于西南石油大学油气田开发专业，现为质量检测中心工程师，主要从事油气藏流体相态实验及理论研究、质量检验等方面的研究。E-mail：zhlmin-tlm@petrochina.com.cn.
摘要：在试投产过程中，我国西部某高温高压气田天然气处理厂低温分离器形成大量固体堵塞物，造成处理装置卡堵。通过化验分析发现，固相沉积物质组分主要为C12~C14；当装置运行压力为6.85 MPa、温度降至-9.5 ℃时，直接在气相中析出固体结晶，堵塞低温分离器。现场试验结果表明，适当提高低温分离器操作温度，可在一定程度上减少固相沉积物的形成，但仍不能完全解决固相沉积物的堵塞问题。结合注入轻烃的方法，可有效清除固相沉积。
关键词：固相沉积    全组分    集气    低温分离    
Experimental analysis and countermeasures of blockage in the processing plant of high temperature and high pressure natural gas field
Zhang Liming , Tumeng Gele , Xiao Ke , Xiong Wei     
Quality Inspection Center of PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla, Xinjiang, China
Abstract: During the process of trial operation, a large number of solid blockages were formed in the low temperature separator of the natural gas processing plant of a high temperature and high pressure gas field in West China, which caused the blocking of the processing device. Based on the analysis, it was concluded that the major components of solid phase deposition materials were C12-C14. When the operating pressure of the device was 6.85 MPa, the temperature of the device was reduced to -9.5 ℃, the solid crystal was directly precipitated in the gas phase, and the low temperature separator was blocked. The results of field test showed that the temperature of the low temperature separator could be increased appropriately to reduce the formation of solid phase deposition materials to a certain extent, but still couldn't solve the blockage problem of solid phase deposition completely. Combined with the injection of light hydrocarbons, the solid phase deposition could be effectively removed.
Key Words: solid phase deposition    total component    gas collecting    low temperature separation    

我国西部某高温高压气田是塔里木油田产能建设的重点区块，该气田天然气处理厂设计处理能力为60×108 m3/a，工艺流程见图 1。在试投产过程中，低温分离器形成大量固体堵塞物，造成处理装置卡堵，地面集输系统无法正常运行。对该气田的生产造成很大的影响，也带来了一定的安全隐患。

图 1     天然气处理厂流程简图 Figure 1     Flow diagram of natural gas processing plant

由于设备精度限制，普通气体色谱仪只能检测至C8，对气体中含量较少的重质组分无法检测，重质组分通常采用油色谱进行检测。由于该气田气体中含有少量重质组分，导致在低温分离器中气体直接析出固体结晶，堵塞装置。本实验通过调整气相色谱参数，将色谱仪运行温度调整至约300 ℃，更换色谱柱为50 m色谱柱，以提高检测精度，并与质谱仪联用，利用质谱仪确定组分，色谱仪确定含量，从而测得气体全组分组成，并应用软件模拟固相沉积点，利用模拟结果指导现场工艺操作参数的调整。通过调整处理量和运行参数，减少了固体物的析出，并采取相应清洗措施，确保了处理厂装置及设备的正常运行和供气的平稳。

1 固相组分物性分析

对原料气和低温分离器中固相进行取样分析，结果见表 1。由表 1可知，原料气中绝大部分为CH4，其摩尔分数为98.958 0%，C2~C6摩尔分数为0.994 0%，其余为含量较少的C13~C16。低温分离器内固相堵塞物中含量最高的为C14，摩尔分数为68.418 0%，其次为C18，摩尔分数为9.182 0%，可见原料气中重质组分占比虽小，但是在低温分离器(压力6.85 MPa，温度-19 ℃)条件下逐渐析出，造成低温分离器堵塞，影响处理装置的正常运行。

表 1    原料气及固相堵塞物组成 Table 1    Composition of feed gas and solid blockage

2 固相沉积对天然气处理装置的影响

在处理厂运行的过程中，压力、温度逐渐降低，造成液相和固相析出，低温分离器固相析出在常温常压下呈晶片状(见图 2)，堵塞分离元件，给操作和生产带来极大的影响。

图 2     低温分离器固相取样 Figure 2     Solid sampling from the low temperature separator

2.1 固相沉积对低温分离器的影响

低温分离器压差如图 3所示，在处理量为400×104 m3/d时，低温分离器内逐渐产生固相沉积，清洗完成开始运行时，第1天低温分离器运行压差为8.59 kPa。随着装置的运行，压差逐渐增大。当运行至第5天时，压差增大加速，造成低温分离器元件卡堵，整套处理装置无法运行，需升温清洗，影响油田的正常生产，并带来一定的安全隐患。

图 3     低温分离器压差与运行时间曲线 Figure 3     Curve of differential pressure of low temperature separator and running time

2.2 固相沉积对J-T阀的影响

为了分离原料气中的水和油，原料气需通过J-T阀降温后进入低温分离器分离，由于J-T阀的作用，原料气温度瞬间降低，析出部分固相附着于管壁，影响了气流的通过，严重时会造成管道堵塞，增加设备运转负荷，同时增加了处理厂的安全风险。

3 固相沉积点模拟计算

利用PVT数据和全组分数据，应用PVTsim软件对原料气进行固相沉积模拟，结果见图 4。

图 4     固相沉积模拟 Figure 4     Solid deposition simulation

根据模拟结果，该原料气临界凝析温度为-7.05 ℃，临界凝析压力为7.95 MPa。从图 4可以看出，根据温度和压力的不同，原料气可分为纯气相、气-固、气-液和气-固-液共4个区域，其中，体积分数为0.01%与0.05%的曲线为等液量线，代表相应曲线对应温度、压力条件下液相体积与总体积之比相等，根据气体所处条件可判定流体状态。如在7 MPa下，固相沉积温度在-13.49 ℃。而该原料气在低温分离器的条件下(-19 ℃，6.85 MPa)处于两相区，原料气中将直接析出固体，堵塞装置，模拟结论与现场结果相符。

4 脱除固相沉积物质的方法

目前，清除和减少固相沉积堵塞主要有以下几种方法：

(1) 改变管材的性质。该方法不利于非极性的石蜡沉积，且不能完全解决固相沉积、降凝等问题，与化学法相结合效果更好[1]。

(2) 防蜡剂。是指能抑制蜡晶析出、长大、聚集和在固体表面沉积的化学剂，即能防止结蜡的化学剂。一般情况下，使用防蜡剂既经济又有效[2]。可根据化验结果分析原料气分离器、低温分离器中固体物质成分，取各个部位结蜡的样品，分析并配置相应的防蜡剂[3]。

(3) 在原料气进入预冷器前通过采取一定的设计措施拦截部分重组分。预冷器管程和低温分离器的固相沉积在很大程度上与前端气液分离器的分离效率有关，高效的气液分离可有效减少进入预冷器管程的固相组分，更换气液分离器内构件也可大大降低进入预冷器和低温分离器的原料天然气中重质组分含量[4-6]。

(4) 增加固相沉积在原油中的溶解，可采用向处理装置掺入轻质组分或其他溶剂油、或外注轻烃等方法[7-8]。

解决固相沉积堵塞的方法很多，对于天然气处理量较大的气田，如果采取工艺改造，则需将装置及设备长时间停运并对其进行大规模改造，因而会影响油田天然气产量，从而影响西气东输的正常供气。

目前，较为可行的措施是通过相对简单的方法抑制固相析出和减少固相沉积物，由于该处理厂固相沉积温度较低，适当提高低温分离器温度可在一定程度上减少固相结晶析出，但并不能完全解决固相结晶的问题，如要有效清除固相结晶，则需注入轻烃或溶剂油。处理厂目前采取的方法为：①调整参数，减少固相沉积；②注入轻烃以清除低温分离器固相沉积物，以保证装置的运行。

5 现场工况调整与优化

该气田处理厂目前J-T阀阀后温度为-16 ℃，比原温度升高约3 ℃，可满足西气东输水露点交气条件。低温分离器温度提高后，固相沉积有所减少，但仍不能完全解决固相沉积的问题。利用原有管线在注醇点加注轻烃，可有效解决低温分离器的堵塞问题。目前，处理厂加注迪那2气田轻烃，处理量为600×104 m3/d，暂未发生低温分离器堵塞。

6 结论

通过以上分析，可得出以下结论：

(1) 该高温高压气田天然气含有C12~C14重质组分，上述重质组分会在低温下析出，影响装置的正常运行。

(2) 原料气临界凝析温度为-7.05 ℃，临界凝析压力为7.95 MPa，当装置运行压力为6.85 MPa、温度降至-9.5 ℃时，气相中将析出固体结晶，堵塞装置。

(3) 通过现场试验，提高低温分离器温度可在一定程度上减少固相沉积，但不能完全解决固相沉积堵塞的问题，需结合注入轻烃的方案，方能清除固相沉积。

(4) 若要从根本上解决固相沉积堵塞问题，则需重新设计处理流程，停运装置及设备，并对其进行改造，势必会影响油田天然气产量及西气东输的正常供气。

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