密閉單井罐節(jié)能減排技術(shù)研究

郭劍波 齊紹新 溫達(dá)明（吉林油田公司勘察設(shè)計(jì)院）

吉林油田是能源生產(chǎn)基地，也是消耗能源的大戶。如何做到既滿足油田長期穩(wěn)定高產(chǎn)的要求，又能把原油生產(chǎn)過程中的損耗和所需的能耗降到最低限度，這是油田生產(chǎn)中所面臨的一個重要問題。目前，吉林油田隨著采出原油綜合含水率的不斷增高，能耗在不斷地增長，因而，集油系統(tǒng)需要大量改造或改進(jìn)，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 生產(chǎn)狀況與研究意義

1.1 單井油罐生產(chǎn)現(xiàn)狀

隨著油田開發(fā)進(jìn)程的不斷深入，井區(qū)的不斷擴(kuò)展，一些新建探井或邊遠(yuǎn)區(qū)塊的油井暫時無法帶入集輸系統(tǒng)，產(chǎn)出的原油只能暫時儲存于單井油罐中，待滿罐后裝車運(yùn)至集中卸油點(diǎn)。單井油罐中儲存的原油低于凝固點(diǎn)，存在凝結(jié)現(xiàn)象，不利于裝車運(yùn)輸，需要對單井油罐中的原油進(jìn)行加熱以防止原油凝結(jié)。

吉林油田在以往生產(chǎn)當(dāng)中所采用的單井罐為開式單井罐，加熱方式多為明火或者電加熱，裝車方式為潛油泵裝車，伴生氣直接排入到大氣當(dāng)中。明火加熱單井罐需要在井場附近設(shè)置蓄油池，人工操作工作量大，環(huán)境污染嚴(yán)重。電加熱單井罐用電能代替燃油進(jìn)行加熱，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，防止了燃燒原油對大氣造成污染，改善了井場環(huán)境。但電加熱與明火加熱單井罐都是開式流程，罐內(nèi)輕烴直接排入大氣，造成環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。

1.2 密閉單井罐技術(shù)研究意義

通過吉林油田單井罐應(yīng)用現(xiàn)狀，有2/5的單井罐采用井口套氣做為加熱燃料，但是仍有3/5油井采用原油或電加熱為燃料。由于采用常壓單井罐生產(chǎn)，油氣揮發(fā)大，井口產(chǎn)氣沒有充分利用，大部分放空。這不但造成可利用能源的浪費(fèi)，而且對大氣及環(huán)境造成污染。為了實(shí)現(xiàn)單井罐環(huán)保、節(jié)能生產(chǎn)，我們進(jìn)行了密閉單井罐技術(shù)研究。

2 密閉單井罐結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)

設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)分為集油室和操作室，集油室結(jié)構(gòu)分為：殼體、進(jìn)油管、油氣分離裝置、加熱裝置、裝車裝置、安全保護(hù)裝置六部分。還有一些附屬設(shè)施（橇座、梯子、平臺、吊環(huán)、人孔、清灰口、防爆門、排污口、電加熱器接口等）。操作室：雙開門操作間，里面有操作閥門和裝車泵。見圖1。

圖1 密閉單井罐結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 工作原理

單井產(chǎn)的油、氣、水混合物由進(jìn)油管線經(jīng)布液元件直接進(jìn)入單井罐的集油室進(jìn)行存儲。當(dāng)液位超過火筒時，罐內(nèi)的氣體首先經(jīng)過分離裝置分離后通過出氣管進(jìn)入火嘴，作為加熱燃料點(diǎn)燃，開始對罐內(nèi)的原油進(jìn)行加熱，對于氣量不足的油井，輔以電加熱方式。

當(dāng)原油加熱到裝車溫度時，原油利用罐內(nèi)壓力或裝車泵，由出油管進(jìn)入裝車管線去裝車。裝完油后，還會有一部分原油殘留在卸油管線內(nèi)，打開掃線裝置的閥門，利用罐內(nèi)天然氣的氣壓能將殘留在管線內(nèi)的原油壓到拉油車內(nèi)。在運(yùn)行1年或半年后，集油室需要進(jìn)行排污，排污口直接連接排污閥，雜質(zhì)通過排污閥排出。

3 技術(shù)措施

密閉單井罐技術(shù)是工藝技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)、儀表監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。主要采用了五項(xiàng)技術(shù)措施：加熱結(jié)構(gòu)與工藝技術(shù)、裝車結(jié)構(gòu)與工藝技術(shù)、分離技術(shù)、安全保護(hù)技術(shù)、自控技術(shù)。

3.1 加熱結(jié)構(gòu)與工藝技術(shù)

密閉單井罐的加熱采用火筒直接加熱和電加熱混合的方式。根據(jù)單井罐的現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況，可以選用不同的加熱方式。當(dāng)氣量大，能夠滿足原有加熱的時候，采用火筒直接加熱；當(dāng)氣量無法達(dá)到加熱需要時，可采用電加熱。這種加熱方式大大提高了單井罐的適用范圍。

火筒采用雙回程式，在有效空間內(nèi)，增加傳熱面積，增加了傳熱效果。這種結(jié)構(gòu)形式與以往的單程火筒相比，換熱充分，熱效率高。

3.2 裝車結(jié)構(gòu)與工藝技術(shù)

密閉單井罐的裝車方式及結(jié)構(gòu)與以往的完全不同，它是依靠罐的內(nèi)壓將原油壓入裝車管線實(shí)現(xiàn)裝車的方式；裝車結(jié)構(gòu)由過濾器、下出油管、連通管、上出油管四部分構(gòu)成。

由于各個區(qū)塊的差異，每口油井生產(chǎn)原油及生產(chǎn)工況不同，一臺單井罐用于不同的井口，運(yùn)行工況也不同，有可能出現(xiàn)因罐的內(nèi)壓低而無法完成裝車。因此，在新的裝車結(jié)構(gòu)中，過濾器與下出油管相連，上下出油管中間由連通管活性相連接。當(dāng)罐內(nèi)的壓力降低而無法將原油壓入到罐車內(nèi)時，可將中間的連通管去掉，接入抽油泵來完成裝車。過濾器是為了濾掉原油中砂粒等固體顆粒，既可凈化原油同時又可以滿足抽油泵的安全運(yùn)行。

3.3 分離裝置技術(shù)

以往單井罐在常壓下運(yùn)行，原油進(jìn)入單井罐后，原油伴生氣直接放空。在密閉單井罐中，產(chǎn)生的伴生氣作為單井罐的加熱燃料用來加熱原油，為了使氣體能夠充分燃燒，提高單井罐的熱效率，需要在氣體燃燒前進(jìn)行凈化分離。對此，在新設(shè)備中改變了以往單井罐的進(jìn)液管的結(jié)構(gòu)，并設(shè)置分離裝置。

新的進(jìn)液管采用花管形式，在進(jìn)液管的末端500 mm范圍內(nèi)均勻開設(shè)三排圓孔，中間一排向下，兩側(cè)的與中間孔成60度夾角斜向下開設(shè)。這種結(jié)構(gòu)可使來液平穩(wěn)地進(jìn)入罐內(nèi)，利于氣體從液體當(dāng)中溢出。

分離裝置采用金屬絲網(wǎng)作為分離元件，絲徑：D0=0.02 cm；厚度：H=20 cm；比表面積：α=2.8 cm2/cm3；孔隙率：ε=0.982。金屬絲網(wǎng)作為捕霧元件應(yīng)用比較廣泛，它有著比較好的捕霧效果，適合于氣體凈化，并且便于拆卸更換。

3.4 安全保護(hù)技術(shù)

原油先是在單井罐內(nèi)存儲，然后定期加熱裝車外運(yùn)。原油在加熱時會產(chǎn)生大量的氣體，使罐的工作壓力增大，形成了變載的工況，在變載荷工況下容易引起容器疲勞失效，為了保證設(shè)備在這種工況下能夠安全平穩(wěn)的運(yùn)行，設(shè)備在殼體設(shè)計(jì)壓力選取、壓力控制、安全泄放三個方面采取了保護(hù)措施。

1）殼體設(shè)計(jì)壓力選取。根據(jù)單井井口的工作壓力，提高設(shè)計(jì)壓力等級。通過提高設(shè)計(jì)壓力可減小壓力波動對設(shè)備殼體強(qiáng)度的影響。

2）壓力控制。在容器上設(shè)置了壓力遠(yuǎn)傳報警裝置。當(dāng)罐內(nèi)的壓力達(dá)到最高工作壓力時自動進(jìn)行報警，操作人員可根據(jù)壓力情況決定何時進(jìn)行加熱裝車。

3）安全泄放。根據(jù)生產(chǎn)工況，在罐體頂部設(shè)置1個安全閥作為泄壓裝置。在燃?xì)夤芫€上設(shè)置1個安全閥，2個安全閥設(shè)定成一高一低兩個不同的啟跳壓力。這樣可以保證設(shè)備在超壓泄放時，遇到突然氣體體積增大，壓力升高時，擁有足夠的泄放面積。在管線上安裝一個手動放空閥，當(dāng)氣量過大時超過壓力上限報警，可開啟手動放空閥門。

3.5 自控技術(shù)

對單井罐內(nèi)的液體溫度、壓力、液位參數(shù)進(jìn)行檢測，并將信號傳至儀表箱上，超限報警。對單井罐的安全、平穩(wěn)運(yùn)行起到了至關(guān)重要的保護(hù)作用。

采取的主要措施有：

◇溫度檢測二點(diǎn)，采用防爆鉑熱電阻和雙金屬溫度計(jì)，并可以將溫度信號傳給電加熱器；

◇壓力檢測一點(diǎn)，采用電接點(diǎn)壓力表；

◇液位檢測采用浮球液位計(jì)，現(xiàn)場儀表信號均遠(yuǎn)傳至儀表箱上，超限報警；

◇溫度、壓力顯示采用智能型數(shù)字顯示儀表，直觀、醒目。

4 效益及推廣應(yīng)用前景分析

吉林油田原有的852口單井油罐全部為開式油罐，油氣揮發(fā)大，裝車時加熱更加速油氣揮發(fā)，加熱燃料以套氣為主，但是仍有大量油井采用原油為燃料，井口產(chǎn)氣沒有充分利用，每年損失掉的伴生氣約100×104m3標(biāo)氣，同時揮發(fā)掉了一部分輕質(zhì)油，減少了原油商品率。不但造成可利用能源的浪費(fèi)，而且對大氣及環(huán)境造成污染。采用密閉單井罐后，完全可以回收利用損耗掉的伴生氣。

在裝車過程中，裝車時間縮短比較明顯，由原來的40min縮短到5～6min。設(shè)備運(yùn)行過程中，操作人員都是原地進(jìn)行操作，便可完成加熱、裝車的全過程，員工的勞動強(qiáng)度大大降低。

根據(jù)吉林油田各區(qū)塊單井生產(chǎn)情況，密閉單井罐進(jìn)行了系列化、橇裝化設(shè)計(jì)。通過一段時間的現(xiàn)場試驗(yàn)，密閉單井罐技術(shù)在油田應(yīng)用已經(jīng)成熟，可以在吉林油田推廣應(yīng)用。此項(xiàng)技術(shù)一旦產(chǎn)業(yè)化成功，能為今后我國其它油田的單井罐運(yùn)行地區(qū)提供技術(shù)服務(wù)。

5 結(jié)論及認(rèn)識

新型密閉單井罐技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能環(huán)保，在油田推廣應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)和社會效益非常明顯，具體體現(xiàn)為：

一個提高：節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)、操作成本低、投資回收快、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益都大大提高。

三大優(yōu)點(diǎn)：操作成本低、降本增效快；安全可靠操作方便，大大減輕工人勞動強(qiáng)度和管理難度；橇裝式安裝，搬運(yùn)靈活，節(jié)省費(fèi)用。

七大功能：密閉儲存油氣不污染環(huán)境；天然氣和輕油可全部回收利用；加熱設(shè)施靈活，產(chǎn)氣少的油井照常升溫；液量計(jì)量一眼可知，取資料方便而準(zhǔn)確；拉油裝車不用動力自裝車；裝車管線不凍結(jié)，特別適合冬季生產(chǎn)；安全保障措施齊全。