地面工程天然氣團隊成員針對天然氣深冷處理工藝能耗分析開展集中會議討論。裘新農(nóng) 攝
8月的天山北麓，烈日炙烤著戈壁。準噶爾盆地南緣的天山大氣田上，一批日產(chǎn)氣達數(shù)十萬立方米的高產(chǎn)氣井正吐納地下寶藏，天然氣經(jīng)處理后順著管道匯入國家能源血脈。
地面工程是天然氣開發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)，涵蓋集輸管網(wǎng)、凈化處理站、計量系統(tǒng)、增壓站、外輸管道及配套設施的建設與運維，既為氣田高效開發(fā)、穩(wěn)定供氣提供硬件支撐，也為生產(chǎn)調度、安全監(jiān)控筑牢保障。
自天山大氣田全面開發(fā)以來，新疆油田公司采油工藝研究院（監(jiān)理公司）（以下簡稱“采油院”）組建地面專項技術團隊深入現(xiàn)場，聚焦集輸優(yōu)化、處理工藝升級等關鍵領域開展攻關，以技術創(chuàng)新破解地面工程難題，為氣田日產(chǎn)氣量穩(wěn)步攀升提供了堅實支撐。
破解管道結蠟結垢難題
南緣氣田的油氣混合物堪稱“流動的難題”——氣井采出物介質復雜，管輸過程中蠟顆粒易沉積，不僅造成堵塞，還會引發(fā)間接腐蝕，既限制輸送半徑，又降低輸送效率。
“管道堵一次，氣井就得‘停擺’至少四五天，這對百億方上產(chǎn)目標是不可承受的損失。”采油院地面工程研究所副所長馬俊章說。
為破解管道“呼吸順暢”的密碼，馬俊章帶領技術團隊開啟攻關。團隊一方面借鑒文獻經(jīng)驗，另一方面通過室內實驗摸索結蠟結垢規(guī)律。他們在實驗室模擬地面高壓、高溫環(huán)境，測試采出流體物性，系統(tǒng)揭示了高壓、高溫、高產(chǎn)（“三高”）工況下蠟晶體析出、沉積的微觀機理與動態(tài)過程，明確了溫度、壓力及流體組分對蠟沉積的關鍵影響——這不僅解釋了現(xiàn)場頻繁結蠟結垢的原理，更為后續(xù)“精準打擊”指明了方向。
找準“病因”后，團隊開始尋找“解藥”。面對海量實驗數(shù)據(jù)，他們創(chuàng)造性構建“結蠟結垢經(jīng)濟界限預測模型”，可動態(tài)預測不同工況下管道內蠟沉積的厚度、位置和速度，更能精準匹配技術有效且經(jīng)濟最優(yōu)的防治措施。
憑借對蠟沉積規(guī)律的精準把握，團隊敲定核心工藝方案，保障了高壓高溫高產(chǎn)氣田長距離集輸管線的流動安全，有效規(guī)避了蠟堵與腐蝕導致的停產(chǎn)風險，為南緣深層氣田安全高效開發(fā)鋪設了堅實的地面通道。
提升天然氣處理效能
南緣地區(qū)天然氣富含乙烷、液化石油氣等高價值資源，分離這類資源通常采用直接降溫處理（包括淺冷、深冷工藝）。其中，深冷工藝堪稱能耗“黑洞”——為分離乙烷，需消耗大量壓縮功和冷量，將原料氣冷卻到零下100多攝氏度。能量利用率低、運行成本高，成了制約資源最大化利用的“卡脖子”難題。
這樣的高能耗現(xiàn)狀刺痛著團隊，他們決心突破瓶頸。由馬俊章、天然氣專家吳燕帶領的團隊迅速集結、目標明確：攻克深冷乙烷回收工藝能量利用率難關。
團隊首先對原料氣開展系統(tǒng)性色譜分析，深入研究不同工況下關鍵輕烴及雜質的精確含量和變化規(guī)律，為工藝優(yōu)化提供了精細“基因圖譜”，也明確了能耗的關鍵環(huán)節(jié)和潛在節(jié)能空間。
借助先進工藝模擬軟件，團隊構建起現(xiàn)有深冷裝置的詳細數(shù)值模型，在虛擬環(huán)境中推演工藝優(yōu)化方案；同時引入夾點分析技術，徹底“揪出”換熱網(wǎng)絡的能效漏洞。
他們反復調整各級壓縮比、優(yōu)化換熱器序列、改進膨脹機制冷流程、探索分餾塔不同操作壓力與溫度…… 經(jīng)過成千上萬次模擬運算，終于找到冷熱物流匹配更合理、能耗更低的工藝路線。
基于上述研究，團隊重新設計出更高效的換熱網(wǎng)絡序列，大幅減小關鍵節(jié)點傳熱溫差，循環(huán)回收利用低溫冷量，在保證產(chǎn)品純度的前提下降低了降溫裝置負荷，最終形成了針對高溫高壓氣井特點的新型深冷乙烷回收工藝包。
從保障管道“血管”暢通，到實現(xiàn)處理工藝精準匹配，再到推動深冷裝置節(jié)能革命，地面工程研究所天然氣團隊用6年時間，在天山南麓編織出一張高效、安全、經(jīng)濟的天然氣開發(fā)地面工程網(wǎng)絡，有力支撐了新疆油田天然氣百億方上產(chǎn)。這背后，是采油院科研人員的披星戴月、是多項創(chuàng)新專利的突破。更是中國石油工業(yè)在超深超高壓氣田開發(fā)領域自主創(chuàng)新的生動注腳。
隨著這些技術的推廣，準噶爾盆地南緣的天然氣正以更清潔、更經(jīng)濟的方式，奔涌進千家萬戶。