CN114215512B - 一种油气田火炬黑烟预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油气田火炬黑烟预测方法，通过对油田各典型探井样基础物性、各区块产量占比、集输系统分离级数、各级分离工艺参数的获取，计算油气田综合油气物性，对各级分离进行闪蒸计算，得到各级气相和液相组成，最后分别对事故工况和正常运行工况下火炬燃烧是否产生黑烟进行预测。可在油气田总体开发方案制定阶段判定火炬燃烧是否产生黑烟，并根据预测结果制定相应的应对措施，可实现从源头对火炬燃烧黑烟问题的研究与管控，避免火炬燃烧不彻底带来的黑烟污染环境，有利于绿色油气田的建设；因此，本发明具有环境友好性能。
Description
技术领域
本发明属于油气集输处理技术领域，尤其涉及一种简单有效的油气田火炬黑烟预测方法。
背景技术
火炬系统广泛存在于油气化工行业，用于燃烧油气田生产的多余天然气或生产装置在紧急工况下泄放出来的大量有毒有害可燃气体，以确保处理工厂(海洋平台)的安全和避免气体直接排放带来的环境污染。根据调研发现，不管是陆地油气田、炼厂和各类站场等，还是海上油气田均普遍存在不同程度的火炬燃烧产生黑烟现象，带来严重的环境污染问题和反面的企业形象。由于各石油化工企业生产(或炼制)的原油和伴生气品质不同，在处理过程中产生的放空气组分和数量存在差异，导致各火炬燃烧放空气产生的黑烟程度不一，部分火炬燃烧黑烟严重，部分火炬燃烧黑烟轻微。
目前由于缺乏一种有效的火炬燃烧是否产生黑烟的预测方法，在油气田开发方案的研究过程中，出现方案反复的情况，如我国渤海海域的渤中A油田和曹妃甸B油田在可研及总体开发方案(ODP)阶段均未设置凝析油处理系统，而在基本设计阶段新增了凝析油处理系统，脱除气体中重组分，降低火炬产生黑烟概率。在旅大C油田可研审查时专家建议参照渤中A油田增加凝析油系统，回收轻烃，于是在ODP阶段增设凝析油系统。但在ODP审查时，专家建议评估设置凝析油系统的必要性，综合考虑取消了凝析油系统但预留了空间。最后在基本设阶段又取消了预留空间，整个方案回到了原点。主要的原因在于目前没有统一火炬燃烧是否产生黑烟的预测方法和规则可以参考，各位专家的看法也不一致。基于此，急需寻求一种有效的油气田火炬黑烟预测方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种简单有效的油气田火炬燃烧是否产生黑烟的预测方法，以实现在油气田开发的源头，对火炬燃烧是否产生黑烟及黑烟程度进行预测，并据此给出相应举措，如若出现严重黑烟，可设置凝析油脱除系统或消烟装置等。即本专利技术的推广应用，可在当前环保要求日益严格、“碳中和、碳达峰”和低碳排放政策实施的形势下，助力绿色油气田的开发建设，同时为了避免保守考虑增加相关举措带来的工程投资。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种油气田火炬黑烟预测方法，包括以下步骤：
S1.获取油气田各典型探井样的油气物性、典型探井数、油气田各区块产量占比和集输系统中油气水分离工艺参数；
S2.计算整个油气田产出物的油气组成；
S3.对第一级分离器进行气液分离闪蒸计算，得到气相组成和液相组成；
S4.对第二级分离器进行气液分离闪蒸计算，得到气相组成；
S5.根据第一级分离得到的气相组成对事故工况下火炬燃烧产生黑烟情况进行判定；
S6.根据第二级分离得到的气相组成对正常生产时火炬燃烧产生黑烟情况进行判定。
进一步的，所述油气田各典型探井样的油气物性为各典型探井样的PVT实验得到的组成、组分、实验温度T0和实验压力P0；典型探井数m与油气田各区块数相同，各典型探井样的油气物性分别代表各区块油气物性；所述油气田各区块产量占比为各典型探井样对应的区块的体积产量占比，分别为z1，z2，z3，……，zm；所述油气水分离工艺参数包括分离级数、分离温度和分离压力。
进一步的，各典型探井样的PVT实验得到的组分为CH4，C2H6，C3H8，i-C4H10，n-C4H10，i-C5H12，n-C5H12，C6H14，C7H16，……，CkH2k+2 +；k为11或30或36；
对应的各典型探井组成表示为：探井1各组分含量表示为X1＝[x11，x12，x13，……，x1k]；探井2各组分含量表示为X2＝[x21，x22，x23，……，x2k]；……；探井m各组分含量可表示为Xm＝[xm1，xm2，xm3，……，xmk]；
油气田综合油气组成表示为
进一步的，步骤S3和S4具体如下：油气田的集输系统中油气水分离级数根据原油性质和产品要求决定，取2级或3级；生产的天然气绝大部分在第1级分离中分离出来，经压缩机组增压后回收利用；第2级分离器分离出来的气体直接接入火炬系统燃烧；第3级为电脱分离器，其运行压力较第2级分离器压力高，无气体分离出来；
根据第1级分离器的分离温度T1、分离压力P1、探井PVT实验温度T0和实验压力P0，对综合油气组成X进行闪蒸计算，得到闪蒸的液相组成XL＝[xL1，xL2，xL3，……，xLk]和闪蒸的气相组成XG＝[xG1，xG2，xG3，……，xGk]；
根据第2级分离器的分离温度T2和分离压力P2，对第1级分离器闪蒸分离得到的液相XL进行第二次闪蒸计算，得到闪蒸的气相组成Xg＝[xg1，xg2，xg3，……，xgk]；
步骤S5具体如下：事故条件下火炬燃烧黑烟判定方法根据以下公式计算：
若PG＜0.273，则火炬无可见黑烟；若0.273≤PG＜0.285，则火炬产生可见黑烟；若PG≥0.285，则火炬产生严重黑烟；其中，PG为在事故条件下火炬燃烧是否产生黑烟的判定指标；
步骤S6具体如下：正常运行下火炬燃烧黑烟判定方法根据以下公式计算：
若Pg＜0.273，则火炬无可见黑烟；若0.273≤Pg＜0.285，则火炬产生可见黑烟；若Pg≥0.285，则火炬产生严重黑烟；其中，Pg为正常运行条件下火炬燃烧是否产生黑烟的判定指标。
进一步的，所述闪蒸计算采用的状态方程为立方型状态方程或多参数状态方程；立方型状态方程包括RK、SRK、PR方程；多参数状态方程包括BWRS方程。
进一步的，所述天然气即包括油田伴生气也包括气田天然气。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明方法通过对油田各典型探井样基础物性、各区块产量占比、集输系统分离工艺参数的获取，计算油气田综合油气物性，分别对不同分离条件下进行闪蒸计算，按照事故工况和正常运行工况下火炬燃烧是否产生黑烟进行预测。可在油气田总体开发方案制定阶段判定火炬燃烧是否产生黑烟，并根据预测结果制定相应的应对措施，可实现从源头对火炬燃烧黑烟问题的研究与管控，避免火炬燃烧不彻底带来的黑烟污染环境，有利于绿色油气田的建设。因此，本发明具有环境友好性能。
2.目前缺乏火炬燃烧产生黑烟的判定方法，一些油气田为保守考虑，在前期研究阶段均增设凝析油处理系统或火炬消烟装置(如蒸汽辅助消烟装置等)。造成工程投资和后期运维费用的增加，特别是海上油气田，因其空间有限且宝贵，增设相关设施，将引起大量工程费用的增加，拉低油气田开发经济效益。以渤海某油田为例，在油气田开发的不同阶段，出现方案多次反复的情况，因增加了凝析油处理系统，工程直接投资增加约0.3亿元。本发明专利的应用，可为方案的确定提供技术支持，避免不同研究或设计阶段方案反复，避免保守考虑带来较大的工程投资费用增加。因此，本发明具有显著的经济性。
3.随着国内油气增储上产和“七年行动计划”方案的实施，今后将有更多油气田的开发建设，同期环保要求的日益严格、“碳中和、碳达峰”和低碳排放政策的实施，火炬燃烧冒黑烟的问题越来越受到高度重视，成为各油气田安全生产的重要部分。本发明技术方案可为油气快速增储上产提供技术支持。因此，本发明具有广阔的应用空间。
附图说明
图1为本发明一种简单有效的油气田火炬黑烟预测方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
步骤一：渤海某油田现有探井5口，取样测试的PVT实验报告5份，根据油藏研究认识，整个油田可划分为3个区块，现有PVT实验报告中的3份可分别代表3个区块，即认为具有3份典型PVT实验报告，分别编号No.1，No.2和No.3。探井样PVT实验条件为15.6℃，101.325kPaA，油田内3个区块产量占比分别为6/10，3/10，1/10。
步骤二：3份典型探井样PVT实验得到的组分分别为CO2，N2，CH4，C2H6，C3H8，i-C4H10，n-C4H10，i-C5H12，n-C5H12，C6H14，C7H16，……，C36H74 +。
1号典型探井(对应PVT实验报告编号为No.1)各组分的摩尔含量可表示为X1＝[0.05，0.17，35.91，4.19，……，2.31]，2号典型探井(对应PVT实验报告编号为No.2)各组分的摩尔含量可表示为X2＝[2.17，0.25，46.06，8.93，……，0.20]，3号典型探井(对应PVT实验报告编号为No.3)各组分的摩尔含量可表示为X3＝[5.23，0.23，52.59，5.62，……，0.81]，具体详见表1。
表1各典型探井样PVT实验结果 (单位：mol％)
油田综合油气组成可表示为
具体详见表2。
表2油田混合油气组成 (单位：mol％)
步骤三：油田集输系统设三级油气水分离，即“自由沉降脱水+热化学脱水+电脱分离脱水”。其中自由沉降脱水(又称第1级脱水)分离压力P1＝500kPaA，分离温度T1＝60℃，分离出的绝大部分伴生气进入气体增压系统，分离出的含水原油进入热化学脱水分离器；热化学脱水(又称第2级脱水)分离压力P2＝150kPaA，分离温度T2＝95℃，分离出的少量伴生气直接进入火炬系统燃烧，分离出的含水原油进入电脱分离脱水器；电脱分离脱水压力较高，无气体分离出来。
根据第1级分离器的分离条件、探井PVT实验条件，对综合油气X进行闪蒸计算，气体状态方程采用PR方程。得到闪蒸的气相组成XG＝[0.02，0.00，0.74，0.10，……，0.00]和闪蒸的液相组成XL＝[0.00，0.00，0.02，0.01，……，0.09]，具体详见表3。
表3第1级分离器闪蒸分离结果 (单位：mol％)
根据第2级分离器的分离条件，对第1级分离器闪蒸分离得到的液相XL进行第二次闪蒸计算，得到闪蒸的气相组成Xg＝[0.02，0.00，0.30，0.13，……，0.00]，具体详见表4。
表4第2级分离器闪蒸分离结果 (单位：mol％)
步骤四：事故条件下
PG≥0.285，即在事故工况下，泄放出来的气体通过火炬燃烧将产生严重黑烟。
步骤五：正常运行下
Pg≥0.285，即在正常运行时，第2级分离出来的伴生气通过火炬燃烧将产生严重黑烟。
综上，对于该油田开发方案制定时，应考虑增设伴生气中的重烃分离单元或火炬系统考虑增设消烟装置。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种油气田火炬黑烟预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取油气田各典型探井样的油气物性、典型探井数、油气田各区块产量占比和集输系统中油气水分离工艺参数；
S2.计算整个油气田产出物的油气组成；各典型探井样的PVT实验得到的组分为CH4，C2H6，C3H8，i-C4H10，n-C4H10，i-C5H12，n-C5H12，C6H14，C7H16，……，CkH2k+2 +；k为11或30或36；
S3.对第一级分离器进行气液分离闪蒸计算，得到气相组成和液相组成；
S4.对第二级分离器进行气液分离闪蒸计算，得到气相组成；
S5.根据第一级分离得到的气相组成对事故工况下火炬燃烧产生黑烟情况进行判定；事故条件下火炬燃烧黑烟判定方法根据以下公式计算：
若PG＜0.273，则火炬无可见黑烟；若0.273≤PG＜0.285，则火炬产生可见黑烟；若PG≥0.285，则火炬产生严重黑烟；其中，PG为在事故条件下火炬燃烧是否产生黑烟的判定指标；xGi表示第一次闪蒸后的气相组成XG内各气体的组成含量；
S6.根据第二级分离得到的气相组成对正常生产时火炬燃烧产生黑烟情况进行判定；正常运行下火炬燃烧黑烟判定方法根据以下公式计算：
若Pg＜0.273，则火炬无可见黑烟；若0.273≤Pg＜0.285，则火炬产生可见黑烟；若Pg≥0.285，则火炬产生严重黑烟；其中，Pg为正常运行条件下火炬燃烧是否产生黑烟的判定指标；xgi表示第二次闪蒸后的气相组成Xg内各气体的组成含量。
2.根据权利要求1所述的一种油气田火炬黑烟预测方法，其特征在于，所述油气田各典型探井样的油气物性为各典型探井样的PVT实验得到的组成、组分、实验温度T0和实验压力P0；典型探井数m与油气田各区块数相同，各典型探井样的油气物性分别代表各区块油气物性；所述油气田各区块产量占比为各典型探井样对应的区块的体积产量占比，分别为z1，z2，z3，……，zm；所述油气水分离工艺参数包括分离级数、分离温度和分离压力。
3.根据权利要求1所述的一种油气田火炬黑烟预测方法，其特征在于，各典型探井组成表示为：探井1各组分含量表示为X1＝[x11，x12，x13，……，x1k]；探井2各组分含量表示为X2＝[x21，x22，x23，……，x2k]；……；探井m各组分含量可表示为Xm＝[xm1，xm2，xm3，……，xmk]；
油气田综合油气组成表示为
zj表示油气田各区块产量占比为各典型探井j对应的区块的体积产量占比，m为典型探井数。
4.根据权利要求1所述的一种油气田火炬黑烟预测方法，其特征在于，步骤S3和S4具体如下：油气田的集输系统中油气水分离级数根据原油性质和产品要求决定，取2级或3级；生产的99％的天然气在第1级分离中分离出来，经压缩机组增压后回收利用；第2级分离器分离出来的气体直接接入火炬系统燃烧；第3级为电脱分离器，其运行压力较第2级分离器压力高，无气体分离出来；
根据第1级分离器的分离温度T1、分离压力P1、探井PVT实验温度T0和实验压力P0，对综合油气组成X进行闪蒸计算，得到闪蒸的液相组成XL＝[xL1，xL2，xL3，……，xLk]和闪蒸的气相组成XG＝[xG1，xG2，xG3，……，xGk]；
根据第2级分离器的分离温度T2和分离压力P2，对第1级分离器闪蒸分离得到的液相XL进行第二次闪蒸计算，得到闪蒸的气相组成Xg＝[xg1，xg2，xg3，……，xgk]。
5.根据权利要求1所述的一种油气田火炬黑烟预测方法，其特征在于，所述闪蒸计算采用的状态方程为立方型状态方程或多参数状态方程；立方型状态方程包括RK、SRK、PR方程；多参数状态方程包括BWRS方程。
6.根据权利要求4所述的一种油气田火炬黑烟预测方法，其特征在于，所述天然气既包括油田伴生气也包括气田天然气。
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