大港油田零散天然氣的綜合利用

霍夙彥 高蕊 梁曉亮 夏敏敏 陳忻（大港油田采油工藝研究院）

引言

大港油田是典型的斷塊油田，油田區(qū)塊零散、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，從東北方向西南方呈長條型分布。主力開發(fā)生產(chǎn)的油田13個，因產(chǎn)氣規(guī)模、外輸氣能力和油氣田分布等方面的差異，分為集輸區(qū)和非集輸區(qū)。集氣區(qū)天然氣產(chǎn)量99×104m3/d，約占大港油田的58.8%，非集氣區(qū)產(chǎn)氣量較低，約69.4×104m3/d，占大港油田的41.2%，其中港西油田和埕海油田產(chǎn)氣相對豐富。非集氣區(qū)所產(chǎn)天然氣除供加熱系統(tǒng)和天然氣發(fā)電機(jī)發(fā)電使用外，富余約24.7×104m3/d天然氣放空燃燒。天然氣生產(chǎn)和使用情況見表1。

表1 天然氣生產(chǎn)和利用

天然氣集輸區(qū)所轄油田的油井產(chǎn)液集輸?shù)睫D(zhuǎn)油站后，通過站內(nèi)分離緩沖罐進(jìn)行氣液分離，天然氣通過氣管網(wǎng)輸送到天然氣處理站；天然氣非集輸區(qū)主要分布在中南部油田，油井伴生氣隨油井產(chǎn)液通過集油管道輸送至接轉(zhuǎn)站或聯(lián)合站，經(jīng)過處理后主要為站內(nèi)生產(chǎn)加熱系統(tǒng)提供燃料或用于發(fā)電，富余的天然氣放空燃燒；對于部分伴生氣量小或邊遠(yuǎn)區(qū)塊的油井，伴生氣利用率較低，為了保證油井正常生產(chǎn)，需長期放空燃燒，因此天然氣損耗嚴(yán)重。

為了更好地節(jié)能減排，減少能源浪費，提高天然氣的綜合利用率，大港油田研究應(yīng)用零散天然氣回收利用技術(shù)，充分利用天然氣資源，減少電力購置，達(dá)到了節(jié)能減排、減少環(huán)境污染和降低安全隱患的目的。

1 優(yōu)選零散天然氣綜合利用技術(shù)

天然氣是低碳烴的混臺物，以甲烷為主。天然氣用途主要可分為3大類：用于發(fā)電機(jī)發(fā)電；作為燃料，供民用或工業(yè)用；作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、清潔的能源及重要的化工原料，并在世界能源生產(chǎn)和能源利用中的比重不斷提高。

天然氣的用途很廣，可用于發(fā)電、燃料電池、汽車燃料、城市燃?xì)狻⒒?，其中許多技術(shù)已經(jīng)成熟，顯示了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，一些技術(shù)雖然還處于試驗階段，也取得了較大的進(jìn)展（表2）。

針對大港油田天然氣系統(tǒng)存在的問題和應(yīng)用試驗情況，進(jìn)行了零散天然氣綜合利用技術(shù)應(yīng)用分析及優(yōu)選。

表2 天然氣綜合利用技術(shù)情況

1.1 套管氣回收利用技術(shù)

定壓放氣閥是安裝在油田井口上，用于回收采油伴生的天然氣，實現(xiàn)油氣集輸、調(diào)整電潛泵井套管壓力、控制合理的電泵沉沒度，充分發(fā)揮泵效的一種閥門；定壓排氣元件可借助流量計，對套管氣、油氣超壓后進(jìn)行精準(zhǔn)排壓。根據(jù)常規(guī)和加藥井口的使用情況，定壓放氣閥分為2類，見圖1和圖2。

南部油田在原油開采中由于其原油物性和供液條件的特殊性等因素，憋套壓生產(chǎn)導(dǎo)致氣鎖、滑脫等現(xiàn)象比較普遍。為了保證油井產(chǎn)量，避免關(guān)套生產(chǎn)影響油井液面和抽油泵的充滿系數(shù)，采油三廠油井套管氣均采取外排的方式進(jìn)行生產(chǎn)。在采油三廠選取了供液充足、供液不足、無液面顯示等不同類型的抽油機(jī)和電泵井進(jìn)行試驗。經(jīng)過實踐驗證，采取調(diào)節(jié)控放套管氣的油井，定壓放氣閥壓力控制在0.4MPa，可以確保不影響油井產(chǎn)量。到目前為止，試驗油井液量產(chǎn)量沒有明顯變化，功圖載荷狀況基本不變，證明油井憋壓生產(chǎn)，對油井正常生產(chǎn)沒有造成負(fù)面影響（表3）。

表3 單井安裝定壓放氣閥生產(chǎn)情況分析

在先期試驗取得成功的基礎(chǔ)上，加大推廣應(yīng)用力度，繼續(xù)在南部油田34口油井上應(yīng)用定壓放氣閥，油井均生產(chǎn)正常。截至目前，已經(jīng)在141口油井上安裝了定壓放氣閥，成功回收了套管氣。

通過單井安裝定壓放氣閥回收套管氣進(jìn)系統(tǒng)等措施，用于天然氣發(fā)電和生產(chǎn)熱力系統(tǒng)，節(jié)能效果顯著。天然氣發(fā)電量與去年同期對比，日增加天然氣發(fā)電量2.5×104kWh。截至2009年底，累計增加天然氣發(fā)電量700×104kW，節(jié)約電費開支392萬元。

1.2 天然氣發(fā)電技術(shù)

天然氣發(fā)電機(jī)是以天然氣為主燃料的動力機(jī)組，具有節(jié)能、降耗、降低成本、環(huán)保等優(yōu)點，是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ?種動力機(jī)組，特別是利用油田伴生氣發(fā)電，不僅利用了這部分資源，還保護(hù)了環(huán)境。該裝置可以將天然氣的熱能轉(zhuǎn)換為電能，主要由進(jìn)氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)及配套的發(fā)電機(jī)組組成。

大港中南部油田區(qū)塊無天然氣系統(tǒng)管網(wǎng)，油井伴生氣無法進(jìn)系統(tǒng)，天然氣不能及時回收利用不僅造成資源浪費、污染環(huán)境，也還影響了油田的整體開發(fā)效益。因此，為了充分利用天然氣資源，減少網(wǎng)購電費支出，最大限度地節(jié)能降耗，大港油田引進(jìn)了天然氣發(fā)電技術(shù)，在友誼油田進(jìn)行試驗，取得成功。

友誼油田是采油二廠最偏遠(yuǎn)的油田，由于沒有外輸管線，天然氣無法輸送到聯(lián)合站應(yīng)用，只能點火把放空燃燒，寶貴的天然氣資源白白浪費。2004年，在友誼油田安裝了1臺天然氣發(fā)電機(jī)，目前其每天發(fā)電量達(dá)3120kWh。

1.3 天然氣發(fā)電機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)

該技術(shù)采用針形管強(qiáng)化傳熱元件擴(kuò)散受熱面積，水管煙側(cè)的受熱面可以大大增加，同時煙氣氣流經(jīng)針形管表面時形成強(qiáng)烈的紊流，起到提高傳熱效率和減少煙灰積聚的作用。在發(fā)電機(jī)的煙道上安裝余熱回收裝置，高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱回收裝置與冷卻水換熱，發(fā)電機(jī)煙道熱量通過換熱裝置的針型管傳遞到循環(huán)水，低溫水變成了高溫水，再通過油水換熱器對要加熱介質(zhì)升溫，用于原油外輸摻水、采暖加熱，從而停用加熱爐或者減少加熱爐的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的[1]。

天然氣余熱回收裝置工作原理如圖3所示。

該技術(shù)在南一聯(lián)合站得到有效應(yīng)用。該站天然氣發(fā)電機(jī)余熱回收系統(tǒng)，給王徐莊來液加溫完全可以達(dá)到生產(chǎn)的要求，南一聯(lián)合站4#來液加熱爐停用，每天可節(jié)約用氣2500m3。

1.4 并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)

并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是指利用油田零散天然氣進(jìn)行發(fā)電，發(fā)出的電經(jīng)0.4/6kV升壓變壓器輸送到油田6 kV生產(chǎn)電網(wǎng)中，由電網(wǎng)根據(jù)需要實現(xiàn)負(fù)荷平衡的技術(shù)。如采用專線并網(wǎng)，則并網(wǎng)線路上不帶任何負(fù)荷，所發(fā)電升壓后由6kV線路直接輸送到35/6kV變電站，由變電站實現(xiàn)負(fù)荷的統(tǒng)一平衡；如不采用專線并網(wǎng)，則該線路上帶有一定的生產(chǎn)負(fù)荷，由部分生產(chǎn)負(fù)荷實現(xiàn)電能的就地平衡，多余部分則由線路輸送到變電站，少的部分則由電網(wǎng)提供。

大港油田南一站及莊大站發(fā)電機(jī)都是采用專線并網(wǎng)，所發(fā)電升壓后由6kV線路直接輸送到35/6 kV變電站，由變電站實現(xiàn)負(fù)荷的統(tǒng)一平衡。大大提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，降低了小發(fā)電的事故率。

1.5 真空爐熱技術(shù)

真空加熱爐技術(shù)是利用水在不同壓力下沸點不同這一特性來工作的。它使?fàn)t殼內(nèi)的中間介質(zhì)水能夠在低于爐殼外部大氣壓的狀態(tài)下沸騰。產(chǎn)生的蒸汽遇到低溫盤管會發(fā)生相變，由氣態(tài)變成液態(tài)，結(jié)成水滴，釋放出大量的汽化潛熱，使盤管內(nèi)的流動工質(zhì)被加熱，管外凝結(jié)的水滴又滴回水面，再次被加熱，從而完成整個換熱循環(huán)過程。

結(jié)合工程改造項目，在馬西聯(lián)和西二聯(lián)輸油系統(tǒng)應(yīng)用高效真空加熱爐，替代原有爐效低、耗能高的方箱爐，投產(chǎn)后運行情況良好，平均爐效達(dá)85%以上。該種類型的加熱爐具有安全、高效、節(jié)能、操作方便的特點。經(jīng)測算，較改造前節(jié)氣約288×104m3/a。

2 零散天然氣綜合利用技術(shù)實施

通過零散天然氣綜合利用技術(shù)的分析和優(yōu)選，擬定在采油二廠天然氣富余的場站：南一聯(lián)、友誼站新增建5臺天然氣發(fā)電機(jī)，并配套煙氣余熱回收裝置；在采油三廠天然氣富余的場站：段一聯(lián)、家5站、官二聯(lián)、棗二聯(lián)新增建天然氣發(fā)電機(jī)6臺；在采油二廠莊一聯(lián)新建輸氣管道進(jìn)系統(tǒng)管網(wǎng)，并更新2臺加熱爐。

在采油三廠新建天然氣發(fā)電機(jī)區(qū)域的299口油井井口上安裝定壓放氣閥，套管氣進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行回收，增加發(fā)電量，配套定壓放氣閥299套，其中普通定壓放氣閥239套，帶加藥裝置的定壓放氣閥60套。

3 零散天然氣綜合利用技術(shù)實施效益

根據(jù)現(xiàn)場運行的天然氣發(fā)電機(jī)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，每臺600kW天然氣發(fā)電機(jī)日發(fā)電量12000kWh左右，每臺400kW天然氣發(fā)電機(jī)日發(fā)電量7500kWh左右，200kW天然氣發(fā)電機(jī)日發(fā)電量3800kWh左右，采油二廠新上4臺600kW和1臺200kW發(fā)電機(jī)組，凈增功率2600kW，日新增發(fā)電量約51800 kWh，年增發(fā)電量將達(dá)到1890×104kWh左右。采油三廠新建5臺400kW和1臺200kW天然氣發(fā)電機(jī)，日增發(fā)電量41300kWh，年增發(fā)電量將達(dá)到1508×104kWh左右。

余熱回收裝置回收發(fā)電機(jī)熱量可用于采暖、協(xié)調(diào)來液加熱和罐區(qū)伴熱，每小時回收余熱11337600kJ，每天折合7558m3天然氣的發(fā)熱量，相當(dāng)于3149kW加熱爐的熱量；南一聯(lián)可再停運1臺2500kW的加熱爐，節(jié)約天然氣量3600m3/d，友誼站停運2臺200kW的加熱爐，節(jié)約天然氣量768m3/d；實際利用余熱6696000kJ，可節(jié)省氣量4368m3/d，這些氣用于發(fā)電，做到能源的循環(huán)利用。由于剩余天然氣有效回收利用，減少了燃燒造成的環(huán)境污染。

莊一聯(lián)富余天然氣集輸進(jìn)灘海油田輸氣系統(tǒng)中（包括更新加熱爐所節(jié)省的天然氣量），最終輸至壓氣站外銷，預(yù)計銷售收入93萬元。

4 結(jié)論

1）回收油井套管氣，可以安裝井口定壓放氣閥，壓力需控制在0.4MPa，以防止發(fā)生氣鎖，影響油井正常生產(chǎn)。回收的套管氣可以進(jìn)入集輸管網(wǎng)，也可以給井口加熱爐提供燃料。

2）零散天然氣發(fā)電是回收利用富余伴生氣的有效途徑，其供電形式靈活，可并網(wǎng)發(fā)電；也可單獨發(fā)電，可根據(jù)負(fù)荷大小選擇不同容量的機(jī)組，保證油區(qū)用電需要，而且發(fā)電機(jī)排煙管的余熱也可以回收再利用。

3）零散天然氣的回收利用，不僅減少了零散氣放空燃燒造成的資源浪費，同時也降低了環(huán)境污染和安全隱患，進(jìn)而使效益最大化，這對于實現(xiàn)節(jié)能減排具有非常重要的現(xiàn)實意義。

[1]梁向程.壓縮天然氣輸配技術(shù)作為燃?xì)獬］斚到y(tǒng)有效補充手段的可行性研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2009,14:54