扎尔则油田轻烃混相驱注地面混合工艺简介

梁艳（中石化江汉石油工程设计有限公司 湖北 武汉 430223）

引言

阿尔及利亚扎尔则油田经过40多年的开发，已进入油田开发的后期阶段，为了保持油田的稳产，提高原油采收率，建立了I A区和I V区2个轻烃混相驱注先导试验站开展混相驱先导试验。烃气混相驱注采用天然气和液化气为原料，按一定比例在高压下进行混合，形成液态混合物代替水注入地下目的层位，以补充油藏压力，提高原油采收率。本文以I A区注入站为例，简要介绍天然气与液化气在高压下混合后注入地下的混合工艺。

一、混合工艺

1.注入条件

地质部门在实验室对地下油藏情况进行长细管模拟试验，试验结果要求注入地下的混合烃相态为全液相，流量为300 m3/d，LPG与天然气的比例为40%：60%，注入压力为13.5M Pa。地面混合工艺设计必须满足地下试验的要求。

2.原料气来源

混合轻烃的原料为干天然气和液化气。I A注入站干气来自附近油田天然气管网，进站温度为30℃，压力为6.0 M Pa。液化气来自80 k m外的阿尔拉天然气处理厂，采用汽车拉运的方式运输到注入站的液化气储罐储存，储存温度约16℃，压力约0.5～0.6 M p a。

3.混合工艺

根据地下注入要求，在混合轻烃注入前，液化气和干气都需要增压，基于存在增压和混合两个步骤，可选择的混合工艺分两种：一是先将液化气和天然气混合，混合物增压后注入地下；二是将液化气和天然气分别增压到13.5M Pa后进行混合，再注入地下。

混合工艺一：先混合后增压

通过H Y SY S软件对介质相态的模拟计算，无论是将LPG增压到6 M p a后与干气混合，还是将干气降压到0.5～0.6 M p a与LPG混合，混合介质均为气液两相状态。对于介质增压，目前国内外采用的增压设备主要分为两类：一类是压缩机增压，适用于气相介质，且介质较干净，不含杂质或杂质含量非常少，增压设备前一般需要安装过滤/分离设备，除去介质中的凝液、固体悬浮物等杂质。本工艺需要增压的介质是气液两相状态，不能将液相作为杂质分离出去，因此不适用这类增压设备。另一类是采用泵增压，主要用于液体增压，输送的介质不含气体。其中混输泵可用于含少量气体的两相介质的增压，但混输泵运行时气液分开输送，在气体含量较高情况下，即使能提高介质压力，增压后仍为两相，不能满足地质部门的“气液不分开”的注入要求，因此不能采用该混合工艺，应分别增压后再混合。

混合工艺二：先分别增压后混合

LPG和干气分别增压到13.5M p a后，按照40%：60%的比例在混合器混合后，注入地下层位，工艺流程如下：

混烃管道

（液态）

（1）干气增压工艺

从站外管网来的天然气分离出杂质后，利用压缩机增压到13.5M Pa，经冷却、分离、计量后进入静态混合器与LPG混合。天然气进站温度约30℃，经压缩机增压后，出口温度超过70℃，需进行冷却。鉴于注入站地处撒哈拉沙漠，白天气温高，水源紧张，本工程压缩机冷却系统采用空气/水冷相结合的冷却方式，冷却后的干气温度比空气温度高约5℃。为了准确计量注入的干气流量，本工程采用高精度的整体孔板流量计，流量的控制采用气动调节阀控制，调节阀安装在孔板流量计之后混合器之前，控制信号取自流量计，根据流量计的信号调节阀门开度以控制注入的干气流量。

（2）液化气增压工艺

LPG通过罐车运送到注入站储罐内，再由增压泵将罐内LPG增压到13.5M Pa，计量后送入静态混合器中与干气混合。LPG进站温度约为16℃左右，压力为0.5～0.6 M Pa。根据LPG的特点，增压泵选用隔膜泵，出口压力高，排量小，满足本工程注入压力和注入量的要求。但由于隔膜泵所需气蚀余量较高，LPG储罐的安装高度不能满足增压泵所需的气蚀余量要求，因此在增压泵前增加喂料泵。LPG的注入量由流量调节阀控制，控制信号取自安装于阀前的质量流量计，根据流量计采集的信号调节阀门开度以达到控制混合器中的LPG流量的目的。

（3）高压混合

增压后的LPG和干气通过混合器的混合元件充分混合，形成液态混合烃，通过管线输送到注入站附近的注入井。混合后的介质为液态，在注入温度压力条件下无气态存在。

二、设计中应注意的问题

如何让LPG和干气在高压下充分混合是保证形成全液相的关键，因此模拟软件模型的建立、设备的选型等方面是混合工艺设计过程中的重点。

1.HYSYS软件误差

油气处理领域普遍使用HYSIS软件进行模拟计算。软件通过输入LPG/干气的组分和摩尔含量等参数，建立与实际流体组分一致的模型，进行实时注入相态分析，也可找出经济的注入比例。将该软件计算结果与长细管试验结果进行对比，发现两者存在误差。在低温低压条件下，两者计算结果几乎一致，随着温度和压力的升高，两者误差越来越大，在气体临界点前后，误差最大，约为2%。出现误差的主要原因如下：

（1）LPG和天然气组分改变

LPG和天然气本身都是多组分混合介质。LPG和天然气分别来自不同的天然气处理站和净化厂，各自产品的组分也是经常改变的。HYSYS软件需要的组分化验样品与长细管试验用的样品不是同一个样品，其组分肯定存在一定差异，导致模拟出来的流体特性略有差别。

（2）计算公式中采用的状态方程不同。

HYSYS软件模拟本工程的流体时采用的计算公式是Peng-Robinson（PR）状态方程。由于公式本身就是半经验方程，其计算结果与实验结果也会存在误差。

鉴于HYSYS软件模拟只将一种设计条件作为输入参数，对临时的、突发的、偶然的现象无法预测模拟，而现场实际情况又很复杂，不定因素多，因此在实际注入过程中，为保守起见，将LPG注入量调高了2%，以确保驱注试验的成功。

2.关键设备选型

（1）高效混合器

常用的高效混合设备主要有吸收塔和静态混合器。

吸收塔工作原理：LPG从塔顶进入塔内，天然气从塔底进入，两者在塔内逆流接触达到混合的目的，混合效率可达99.5%，但由于塔体高度的原因，在13.5M Pa高压下，设备的制造费用很高，采用吸收塔作为混合设备经济性很差。

静态混合器工作原理：通过固定在管内的混合单元内件，二股或多股流体在管线中流动冲击各种类型板元件，产生切割、剪切、旋转和重新混合，增加流体层流运动的速度梯度或形成湍流，使流体进一步分割混合，达到流体之间良好分散和充分混合的目的，混合率一般为95%。本工程选用气液混合效果最好的SV型静态混合器作试验研究，并进行了改进，选用最高分散程度为1μm波纹板组装而成的圆柱体为混合单元，并改变填料的内部结构，适当增加填料段长度，加大了流体逆向重新汇合接触面积。经现场试验证实，改进后的SV型静态混合器混合率大于99%，能保证LPG和干气充分混合后介质为全液相，无气相存在。

（2）LPG增压泵和喂料泵

LPG要求压力由0.6 MPa左右增加到13.5M Pa，流量为9～10 m3/h，压力高，排量小。根据以上特点，LPG增压泵应选容积泵。由于操作介质是LPG，出现泄漏将造成严重的安全隐患，而容积泵中活塞泵和柱塞泵都不能彻底解决泄露问题，只有隔膜泵能够满足工艺要求。隔膜泵具有不泄露、工作平稳、出口压力变化大等特点，能够解决增压、防止泄露等问题。但隔膜泵所需气蚀余量为3.3 m，且LPG易气蚀，不采取措施LPG储罐需架设6 m以上，现场LPG储罐不能提供这么高的安装高度，因此在每台增压泵前增加一台喂料泵。喂料泵采用单级离心泵，排量比增压泵稍大，为9～14m3/h，扬程为1.45M Pa，必需气蚀余量为1.3 m左右,能满足现场储罐安装要求和增压泵汽蚀余量要求。

（3）干气压缩机

干气增压工艺要求将干气从6.0 MPa加压到13.5M Pa，压比高达2.25，干气压缩机排量为2800 Nm3/h，排量小，压力高，且在驱注试验过程中需要不断调节天然气流量范围，应该选取活塞式压缩机。常用的活塞式压缩机要么压力满足不了要求，要么流量满足不了要求，两者同时满足的很难见。C NG压缩机的作用是将天然气压缩后装瓶或装车，具有流量小压比高的特点，非常适用于本工程,因此本工程选取活塞式C NG压缩机。

压缩机在高压比条件下工作时排气温度超过100℃，需要进行限制，因此干气需要经过二级压缩才能达到13.5M Pa，每级压缩后干气温度都超过70℃，为了使压缩干气能够顺利进入下一级压缩以及满足进入混合器操作温度要求，必须对压缩后的干气进行冷却。目前最常用的冷却方式有水淋式冷却塔冷却、空冷器冷却和空气/水冷却。

水淋式冷却塔冷却方式需要大量水，同时需要很高的建设费用和经营费用，还要造成被压缩介质的大量压力损失。空冷器冷却是用流动空气来冷却天然气，空气温度越低，效果越好，一般冷却后的干气温度都比空气温度高5℃以上。空气/水冷却是结合两者，即用水冷却干气，再用空气来冷却水，冷却水循环使用，这样既能够将干气冷却到规定的温度，又不需要大量的水。注入站地处撒哈拉沙漠腹地，水源紧张，完全采用水冷却不现实，而当地气温白天高达50℃，完全采用空冷也不合适，根据实际情况，采用空冷与水冷相结合，即用循环水冷却压缩机组内的活塞及压缩介质，用空冷来冷却循环水，循环水每周补充一次即可。

三、混相注入试验投运

为确保试验的成功混相和不出现压力急剧变化，试验投产先进行纯LPG注入，然后逐步提高干气的注入量，直到达到试验目标注入比例。

在LPG投运前首先应注入乙二醇段塞：隔离石油液化气与井筒水，避免由于水化物的情况造成液化气管线及井下管柱冰堵。

图1 LPG干气注入比例流程图

LPG和干气的注入比例调节如图1所示，首先进行纯LPG注入，120 h正常注入后，逐渐加入干气，在静态混合器充分混合后注入目的层。依次增加干气的比例，当在某一比例下注入不正常时，将干气比例降低5%进行试注，依此类推，直到达到设计注入比例下混合物仍为全液相，井口注入压力稳定在设计压力条件下，即可进行连续注入。

四、实施效果

扎尔则油田混相驱注先导性试验期间，2个实验井组都取得了突破性成果。I V区自2009年7月31日开始对注入井进行投注，其观察井从产油气0 m3/d，上升到产油7.88 m3/d、产气14885m3/d，现已稳产，原油采收率提高5.17%；I A区自2009年8月22日开始对注入井投注，其观察井产油气0.1m3/d，上升到产油77 m3/d、产气14885m3/d，现已稳产60 m3/d，原油采收率提高8.9%。由此可见，本工程的地面混合工艺满足了地下注入条件，能适应油田烃气混相驱注的要求，为今后类似项目的实施作技术指导。

[1]张春梅，吴剑华，王宗勇。SV型静态混合器湍流阻力的初步研究[J].化学工程，2009,37（1）：19-22.

[2]汪细权，液化气屏蔽泵流量限定及配管要求[J]。水泵技术，2000.3.