陜北油田原油伴生氣的收集與利用

□ 文/竇婭莉

陜北地區(qū)伴生氣儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，若能合理開發(fā)利用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

原油伴生氣是與原油一起生成的輕烴組分，在油藏中與原油互溶，當(dāng)原油被開采后，油藏的溫度、壓力等原始條件被破壞，伴生氣便以氣體形態(tài)與粘稠的原油分離而單獨(dú)析出，成為氣流，隨原油被采出地面。目前國內(nèi)外利用伴生氣的方法主要有：輕烴回收加工利用、建立燃?xì)獍l(fā)電站、作為助燃?xì)鉃殄仩t加熱、將伴生氣并入生活及地方用氣管網(wǎng)、注氣采油等。

陜北地區(qū)油田普遍存在伴生氣，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年排放到大氣中的伴生氣高達(dá)1.5×108m3，相當(dāng)于一個(gè)年產(chǎn)15萬噸原油的油田。但是由于伴生氣的單井產(chǎn)量較低，長期以來沒有引起足夠的重視，對(duì)其商業(yè)價(jià)值也缺乏詳細(xì)的研究。

1.伴生氣原始地質(zhì)儲(chǔ)量

油氣儲(chǔ)量計(jì)算，采用國家標(biāo)準(zhǔn)的容積法，即Gs= 10-4NRsi（1）。式中：Gs是溶解氣的原始地質(zhì)儲(chǔ)量m3；N為原油的原始地質(zhì)儲(chǔ)量104t；Rsi為原始溶解氣油比m3/t。

1.1 原油的原始地質(zhì)儲(chǔ)量（N）

以延長油田川口采油廠為例，北區(qū)原油地質(zhì)儲(chǔ)量的核算，采用容積法，各參數(shù)采用最新綜合研究成果，確定在北區(qū)長61、長62，面積為27.84km2范圍內(nèi)，原油原始地質(zhì)儲(chǔ)量為1.404×107t。

1.2 原始溶解氣油比（Rsi）

1997年,川口油田曾與大港油田合作，測(cè)試了3口井（南47、南70、白22）的原始溶解氣油比，分別為35.2m3/t、34.0m3/t和35.2m3/t，平均為35.2m3/t。所選3口井在整個(gè)區(qū)域較典型，可將它們的平均值作為整個(gè)區(qū)塊的計(jì)算值。將原油的地質(zhì)儲(chǔ)量1.404×107t和原始溶解氣油比35.2m3/t代入式（1），計(jì)算得伴生氣原始地質(zhì)儲(chǔ)量為4.94×108m3。

1.3 伴生氣可采儲(chǔ)量

對(duì)伴生氣可采儲(chǔ)量的計(jì)算，采用式，Ng=GsER（2）。式中：Ng代表伴生氣的可采儲(chǔ)量m3；ER表示伴生氣的采收率。根據(jù)開發(fā)過程中驅(qū)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)變，應(yīng)用物質(zhì)平衡原理，綜合計(jì)算得出南47井的伴生氣采收率為71.56%，南70井和白22井伴生氣的采收率為75.02%和74.94%，取它們的ER平均值（73.84%）作為該區(qū)伴生氣采收率值。

將地質(zhì)儲(chǔ)量4.94×108m3、ER平均值73.84%代入式（2），計(jì)算得伴生氣的可采儲(chǔ)量為3.65×108m3。

從事陜北地區(qū)油田開發(fā)的有延長油田股份有限公司、長慶油田公司。其中延長油田在陜北地區(qū)有22個(gè)采油廠，主要分布在榆林、延安兩地區(qū)，分布面積為10.87萬平方公里；長慶油田在陜北地區(qū)有5個(gè)采油廠，主要分布在榆林、延安兩地區(qū)。延長油田2005年原油產(chǎn)量838.24萬噸，初步估算，油田伴生氣產(chǎn)量約為10000萬m3以上。長慶油田公司在陜北地區(qū)，2006年原油產(chǎn)量514萬噸，初步估算，伴生氣產(chǎn)量約為8386萬m3。由此可見，陜北地區(qū)油田伴生氣存在巨大的商業(yè)價(jià)值，如果將其收集并合理利用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.油田伴生氣的處理

油田伴生氣除了含有大量輕烴外，還含有少量的CO2、H2S、N2等，這些組分若直接進(jìn)入輕烴區(qū)進(jìn)行加工處理，則會(huì)影響液化氣的質(zhì)量，使液化氣含硫超標(biāo)，對(duì)設(shè)備管道有較大的腐蝕性，因此在利用之前必須先進(jìn)行脫硫處理。

3.利用方案設(shè)計(jì)

單井產(chǎn)量較低時(shí)，收集成本過高，不適宜回收利用，可采用小型橇裝輕烴回收裝置。

對(duì)叢式井組，井?dāng)?shù)較多，產(chǎn)量可觀，可通過簡單管網(wǎng)集輸至相應(yīng)的集輸站，進(jìn)行集中利用。

3.1 油氣混輸

油氣混輸技術(shù)是近年來在海洋石油工業(yè)界較為廣泛提及的一門新興技術(shù)，具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）對(duì)已開發(fā)油田采用油氣混輸方式，既可充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施，減少基建投資，又可降低回壓，增加油氣產(chǎn)量，從而有效地提高油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）對(duì)新油田的開發(fā)，可節(jié)省油氣分離設(shè)施，減少鋪管作業(yè)和鋼材消耗，延長混輸管道的輸送距離，避免在地理環(huán)境惡劣的地方建設(shè)油氣處理廠。

（3）采用油氣混輸技術(shù)，簡化了油氣混合物的處理工藝。

陜北地區(qū)伴生氣產(chǎn)量較高，可以采用油氣混輸技術(shù)。但是考慮到陜北地區(qū)地形的限制，架設(shè)管道存在一定的難度，架設(shè)管道的施工費(fèi)用可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道本身的價(jià)值，因此，需詳細(xì)考察后再?zèng)Q定是否實(shí)施。

3.2 注氣采油

通過向地層中注入天然氣去補(bǔ)充底層能量的虧空，這對(duì)天然氣的產(chǎn)量有一定的要求。然而對(duì)于伴生氣，由于氣量有限，單獨(dú)注入氣不能滿足施工需要，為此可以考慮將天燃?xì)馀c注入水共同注入地層，通過使用表面活性劑等形成泡沫驅(qū)，以此提高采收率，增大經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 天然氣發(fā)電

3.3.1 天然氣發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

環(huán)保性：更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。燃?xì)鈾C(jī)組排放全面達(dá)到或超過歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，更環(huán)保，更節(jié)能。

經(jīng)濟(jì)性：綜合利用燃?xì)獍l(fā)電，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用柴油和重油發(fā)電，也低于市電價(jià)格，如果將排放出的熱能加以綜合利用，則會(huì)更進(jìn)一步降低成本。

節(jié)能性：發(fā)電效率更高。進(jìn)口燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電效率最高可以達(dá)到40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低端品牌 32% 的水平。

可靠性：設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定，在正常情況下，維修周期大幅延長。

安全性：采用具備專利技術(shù)的電腦模塊控制，技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先。

天然氣發(fā)電的效率：一般天然氣發(fā)電采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)效率最高，國外顏巴赫、瓦克夏等品牌發(fā)電效率一般在38-40%，國內(nèi)品牌做得最好的，一般在35-38%。采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，一般一次燃燒帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的效率為28-30%；二次蒸汽發(fā)電效率在15-20%。

3.3.2 天然氣發(fā)電機(jī)組的選擇

目前應(yīng)用的機(jī)組主要是濟(jì)南柴油機(jī)械廠和勝利油田動(dòng)力機(jī)械廠生產(chǎn)的產(chǎn)品。機(jī)組在設(shè)計(jì)上具有運(yùn)行安全可靠、操作簡單的特點(diǎn)，具體情況如下：

（1）機(jī)組點(diǎn)火系統(tǒng)采用的是無觸點(diǎn)式磁電機(jī)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中無火花出現(xiàn)，起到了防爆作用，符合機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全要求。

（2）機(jī)組采用美國先進(jìn)電子調(diào)速系統(tǒng)，具有高度的穩(wěn)定性，反應(yīng)較快，能夠精確控制速度。

（3）安裝報(bào)警裝置，機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中若出現(xiàn)緊急情況，能夠發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

（4）機(jī)組主控開關(guān)具有過流及短路保護(hù)功能，同時(shí)機(jī)組安裝有逆功率繼電器，當(dāng)機(jī)組并聯(lián)或并網(wǎng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生逆功率時(shí)，可自動(dòng)切斷主控開關(guān)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

鑒于具備上述優(yōu)點(diǎn)，我們選擇了T12V190ZD一2型天然氣發(fā)電機(jī)組。

3.3.3 天然氣使用前的處理

在實(shí)施發(fā)電時(shí)，需要對(duì)天然氣進(jìn)行處理。一般來說，需要在天然氣進(jìn)入機(jī)組前的流程上安裝分離器（分離油滴）、干燥器（脫水）、儲(chǔ)氣罐（穩(wěn)壓）以及必要的過濾裝置（推薦采用瓷管或紙芯過濾器），保證天然氣中的雜質(zhì)粒度小于5um，總含量不大于0.03g/m3。儲(chǔ)氣罐應(yīng)設(shè)有安全閥門。

4.結(jié)論及建議

（1）陜北地區(qū)，較為適合的方案為伴生氣發(fā)電。首先選擇合適的地點(diǎn)建立發(fā)電站和伴生氣處理裝置，將井口流出的伴生氣集中收集并輸送至發(fā)電站，進(jìn)行處理并發(fā)電。陜北地區(qū)油層普遍較淺，抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的動(dòng)能也較小，且油井多為間歇式生產(chǎn)，如果能夠合理調(diào)節(jié)油井的生產(chǎn)時(shí)間，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能完全可以供部分油井正常生產(chǎn)使用，多余的電能可輸送至廠區(qū)照明使用，或并入地方輸電線網(wǎng)，輸送至其他地方。

（2）對(duì)于伴生氣較少的油井，可以采用小型的天然氣發(fā)電機(jī)帶動(dòng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，既可以節(jié)省能源，也避免了偏遠(yuǎn)地區(qū)油井工作的電力輸送。如果伴生天然氣中含硫等氣體時(shí)，需要對(duì)天然氣發(fā)電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，使其可以對(duì)燃燒后的廢氣進(jìn)行簡單過濾，除去二氧化硫等對(duì)大氣容易造成污染的氣體。

（3）以現(xiàn)有加氣出租車和公交車為例，將發(fā)動(dòng)機(jī)改造，使發(fā)動(dòng)機(jī)直接以井口流出的天然氣為原料進(jìn)行工作，產(chǎn)生的動(dòng)能直接帶動(dòng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在陜北地區(qū)，電動(dòng)機(jī)完全可以帶動(dòng)抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所需的只是連續(xù)穩(wěn)定的氣流，可以將多口井產(chǎn)生的伴生氣進(jìn)行收集供一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)使用，解決這個(gè)問題。

（4）伴生氣回收利用的關(guān)鍵是需要鋪設(shè)輸油管道，其技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)的合理性都需要科學(xué)的數(shù)據(jù)來支持。在缺少充分論證的情況下，大規(guī)模投資還存在一定的盲目性。具體而言,延長油田的22個(gè)采油廠，長慶油田的5個(gè)采油廠，分布在不同區(qū)域，哪些地區(qū)適合鋪設(shè)管道，應(yīng)該多方位地進(jìn)行調(diào)查研究、科學(xué)論證，在此基礎(chǔ)上制訂出切實(shí)可行的實(shí)施規(guī)劃。