油田伴生氣綜合利用分析

曹登巨　劉仲敕　吳麗娜　薛小君　鄭渤星

中國石油長慶油田公司伴生氣綜合利用項目部

油田伴生氣綜合利用分析

曹登巨劉仲敕吳麗娜薛小君鄭渤星

中國石油長慶油田公司伴生氣綜合利用項目部

摘要簡要敘述了油田伴生氣在長慶油田區(qū)塊內(nèi)的分布狀況、性質(zhì)及特點，重點介紹了油田伴生氣在開發(fā)利用過程中的10項技術(shù)和油田伴生氣綜合利用途徑，并對比分析了綜合利用情況。結(jié)果表明，油田伴生氣的開發(fā)、利用發(fā)展前景廣闊，其應用效果良好，是很好的清潔能源。長慶油田通過對伴生氣資源的綜合利用為后續(xù)開發(fā)和利用好油田伴生氣提供了可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞長慶油田伴生氣綜合利用

1長慶油田伴生氣資源分布狀況

長慶油田位于鄂爾多斯盆地，屬特低滲透油氣田，油氣資源豐富，區(qū)域近37×104km2，主要包括隴東油區(qū)和陜北油區(qū)13個采油單位，有增壓點、轉(zhuǎn)油站及聯(lián)合站917座，有各類加熱爐3 125臺。目前長慶油田的原油生產(chǎn)能力達到2 400×104t/a(2013年)，伴生氣資源比較豐富。溶解氣儲量主要分布在安塞、靖安、吳起、白豹、姬塬、西峰、鎮(zhèn)北、華慶等主力油田，這些區(qū)塊原油產(chǎn)量占油田總產(chǎn)量的70%～80%，原始氣油比普遍較高(53～116 m3/t)，尤其是最新開發(fā)的高52井區(qū)(長10油藏，原始地層氣油比116.9 m3/t)、華慶油田(長6油藏, 原始地層氣油比115.7 m3/t)、姬塬(長8油藏， 原始地層氣油比97.53 m3/t)，按生產(chǎn)氣油比40 m3/t原油，70%原油產(chǎn)量簡單測算，伴生氣為3.85×108m3。長慶油田公司近年來根據(jù)伴生氣的分布特點，從中選精選優(yōu)，先肥后貧逐步進行綜合利用，到2013年底現(xiàn)已建成輕烴廠18座。

2油田伴生氣的性質(zhì)和特點

油田伴生氣是伴隨原油共生的，是原油中富含的可燃氣體，隨原油同時采出，并在開采、集輸過程中從原油中分離出來。其主要成分是飽和烴，通常為無色氣體，密度比空氣輕，屬甲類易燃氣體，具有易燃易爆、易擴散性，還具有一定毒性和腐蝕性[1]。

目前，油田伴生氣經(jīng)輕烴回收裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是干氣、液化石油氣和穩(wěn)定輕烴3種[2]。烴類氣體主要為飽和的脂肪族鏈狀烴類混合物(烷烴)。因烷烴含量比氣田氣高，因而回收的伴生氣中輕烴數(shù)量也多，這是伴生氣與天然氣的主要區(qū)別,具體參數(shù)見表1。

表1 長慶油田伴生氣組成Table1 AssociatedgascompositionofChangqingOilfield組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12C+6H2ON2CO2φ/%53.6112.6213.033.175.511.872.622.152.163.100.16

3油田伴生氣的綜合利用分析

3.1油田伴生氣綜合利用技術(shù)

油田伴生氣的回收利用在很早以前就引起人們的重視，也開發(fā)出了多種相應的技術(shù)。但由于伴生氣的組成和氣量的多變性和復雜性，油田建設地形的多樣化，以及油井生產(chǎn)情況的復雜性，形成了不同油區(qū)的伴生氣回收利用方案和技術(shù)的多樣性[3-4]。

結(jié)合長慶油田伴生氣特點，目前常用的回收技術(shù)見表2。

表2 伴生氣主要回收技術(shù)Table2 Mainrecoverytechnologiesofassociatedgas伴生氣種類伴生氣回收技術(shù)井口套管氣油氣混輸技術(shù)(定壓閥)油氣混輸技術(shù)(游梁式套管氣增壓裝置)油氣混輸技術(shù)(壓縮機增壓)不增壓管道集氣技術(shù)接轉(zhuǎn)站、增壓點等密閉站點伴生氣回收伴生氣不增壓分輸技術(shù)伴生氣增壓(低壓0.6MPa)分輸技術(shù)伴生氣增壓(中壓2.5MPa)脫水脫烴分輸技術(shù)油氣混輸技術(shù)(混輸泵)油氣混輸技術(shù)(壓縮機增壓)脫水站、小型聯(lián)合站、拉油站、拉油點等油罐氣及分離器多余伴生氣回收大罐抽氣技術(shù)分離緩沖罐脫氣技術(shù)大型聯(lián)合站(30×104t/a以上)油罐抽氣技術(shù)原油穩(wěn)定

3.1.1定壓閥回收井場套管氣技術(shù)

在油井套管上安裝氣體壓力單向泄放裝置，可以根據(jù)油井的回壓大小設定最小開啟壓力。當抽油機下沖程時回壓降低，套管氣壓力超過設定值時單向泄放到采油樹流程中；上沖程時單流閥關(guān)閉,伴生氣混入原油輸送到下游，見圖1。該技術(shù)在西峰油田使用效果較好。

3.1.2壓縮機回收井場套管氣混輸技術(shù)

該裝置采用外加電源，電機帶動壓縮機運轉(zhuǎn)，井場的低壓套管氣通過壓縮機的一、二級壓縮缸升壓，壓縮排出匯入采油管混輸至下游。該技術(shù)適合于絕大多數(shù)井場套管氣的集氣，并用于采油一廠王窯區(qū)井場，運行效果很好。

3.1.3游梁式套管氣增壓裝置

該工藝無需額外提供動力，抽氣筒活塞連桿焊接在抽油機游梁上，依靠游梁上下往復運動，帶動抽氣筒活塞完成對套管氣的抽吸與壓縮，壓縮后的氣體注入采油樹流程混輸至下游。該裝置主要由抽氣泵、支架導軌和氣路系統(tǒng)3部分組成，見圖2。

3.1.4油氣混輸技術(shù)(混輸泵)

利用螺桿泵可以輸送單一的或多種混合介質(zhì)，包括含氣的或容易產(chǎn)生氣泡的，高黏度的或非流動的，以及含有固體顆?；蚶w維的液體。螺桿混輸泵可將氣油比為5～80 m3/t的油氣一起增壓輸送到下游站場，適合于大井場的套管氣、增壓點及接轉(zhuǎn)站的油氣混輸。該技術(shù)在采油三廠、采油五廠及低效儲量合作區(qū)等油田普及使用，絕大部分站場的螺桿泵質(zhì)量及變頻、自控系統(tǒng)都運行理想，適合于推廣應用。

3.1.5伴生氣增壓混輸技術(shù)

一些接轉(zhuǎn)站、增壓點站場改造時，受油氣混輸泵改造投資和安裝位置的限制(平均6 m長)，同時伴生氣壓縮機回收技術(shù)工藝的逐步完善和趨于穩(wěn)定，可使用壓縮機將伴生氣單獨增壓后插入外輸泵出口。

3.1.6不增壓管輸伴生氣技術(shù)

敷設集氣管道不增壓輸送套管氣或站點分離出的伴生氣，適合于地勢起伏小，較為平坦的地區(qū)。對于復雜地形，伴生氣必須采取相應措施，確保伴生氣在輸送過程中不產(chǎn)生積液。

3.1.7增壓管輸伴生氣技術(shù)

伴生氣剩余壓力不夠或不增壓輸送不經(jīng)濟時，需考慮增壓管輸。增壓管輸分低壓(0.6 MPa)輸送和中壓輸送(2.5 MPa)，一般不考慮高壓輸送。低壓輸送不存在水合物凍堵情況，超過0.6 MPa時，在冬季會產(chǎn)生水合物，并堵塞管線(0.6 MPa下，水合物形成溫度2～3 ℃)。因此，短距離輸送可采用低壓輸送，較長距離輸送采用中壓輸送。中壓輸送時，需設置伴生氣脫水裝置，一般采用分子篩脫水，以保證在中壓條件下水露點低于輸氣溫度。

3.1.8油罐抽氣技術(shù)

使用抽氣壓縮機將轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站內(nèi)脫水沉降罐或其他油罐中的揮發(fā)油罐氣抽出，增壓后進入輕烴裝置或燃料氣管網(wǎng)加以回收利用。該技術(shù)適合幾乎所有站場的油罐揮發(fā)氣回收，應該加以大力推廣使用。在回收油罐揮發(fā)氣創(chuàng)效的同時，還可以減輕儲油罐的內(nèi)壁腐蝕，解決了站場油罐氣對站場造成的污染及安全隱患。

3.1.9分離緩沖罐脫氣技術(shù)

在保證緩沖罐液相自壓進油罐的壓力條件下，通過與冷油換熱再升溫至一定溫度，保證進罐原油的飽和蒸氣壓略低于當?shù)卮髿鈮杭纯伞４斯に嚭唵?，能耗低，并起到脫氣效果，適合用于小型站場。

3.1.10原油穩(wěn)定技術(shù)

通過加熱閃蒸或負壓抽氣將原油中易揮發(fā)的輕烴組分回收，同時使原油的飽和蒸氣壓降低，滿足原油達到外輸條件，同時經(jīng)穩(wěn)定后的原油在下游集輸儲運過程中損耗降到最低。

3.2油田伴生氣綜合利用途徑

油田伴生氣目前主要用作燃料氣、發(fā)電用氣、輕烴回收裝置原料氣。除西峰油田伴生氣回收及綜合利用較好外，其他大部分區(qū)塊都存在伴生氣放空現(xiàn)象，放空形式如下：井場套管氣直接點火放空;接轉(zhuǎn)站、增壓點剩余伴生氣點火放空;聯(lián)合站、拉油站剩余伴生氣點火放空；聯(lián)合站、拉油站等油罐氣放空。長慶油田伴生氣使用情況見表3。

3.2.1伴生氣作燃料氣

(1) 目前，油田有伴生氣的小型站點均使用緩沖罐分離的伴生氣作燃料氣。

(2) 大部分規(guī)模較大的站場在伴生氣富裕的情況下，均采用伴生氣或輕烴回收裝置生產(chǎn)的干氣作燃料氣。

(3) 井口回壓較高的井場采用套管氣加熱，降低井口回壓。

(4) 為一些生活點供氣[5-6]。

3.2.2伴生氣發(fā)電

一些伴生氣量較大的井場及站點，采油廠積極利用節(jié)能專項資金或引進其他資金建設一些燃氣發(fā)電機組。除水電廠投資建設的1 500 kW容量的白豹發(fā)電站外，還有外來投資者或油田公司自行投資的電站共計9個。另外，長慶油田先后在盤古梁、吳起、云盤山、麻黃山、白豹、鎮(zhèn)北等井區(qū)井場安裝了47套燃氣發(fā)電機組。這些電站及發(fā)電機組共計裝機容量為14 460 kW，實際運行負荷10 840 kW，備用容量為3 620 kW，燃氣發(fā)電用伴生氣量10.4×104m3/d，約占總量的10.1%，而且有上升的趨勢。

3.2.3干氣發(fā)電

利用輕烴裝置生產(chǎn)的剩余干氣作為燃料發(fā)電也是較為徹底的回收利用伴生氣的一種方式。目前，西一聯(lián)輕烴廠干氣發(fā)電工程就是這樣將放空燒掉的干氣回收利用的一項工程。該工程總裝機容量5 MW，設置3臺2 000 kW和1臺500 kW燃氣發(fā)電機組，可將目前輕烴廠生產(chǎn)的副產(chǎn)品干氣(約3.7×104～4.2×104m3/d)徹底利用，進一步回收了有效資源，保護了環(huán)境，提高了經(jīng)濟效益[7]。

表3 長慶油田主要區(qū)塊伴生氣回收利用現(xiàn)狀匯總Table3 AssociatedgasrecyclingstatussummaryofmainblockinChangqingOilfield伴生氣量/(m3·d-1)伴生氣回收利用量及利用率加熱爐用量/(m3·d-1)利用率/%發(fā)電用量/(m3·d-1)利用率/%輕烴裝置用量/(m3·d-1)利用率/%總回收利用率/%坪橋區(qū)29025644422.2000.0000.0022杏河區(qū)872872842332.561088012.461000011.4656杏南區(qū)53932790014.6500.0000.0015杏北區(qū)40392825920.45472511.7000.0032王窯區(qū)911632184423.96967710.6260006.5841王南區(qū)421601538436.4900.0000.0036侯市區(qū)597871553725.9958009.7000.0036鎮(zhèn)北25091558022.2400.0000.0022南梁13919378027.16466533.5200.0027五里灣一區(qū)622014143866.6200.0000.0067五里灣二區(qū)348821360038.9900.0000.0039盤古梁346831412340.72465013.4100.0054郝坨梁191911290067.2200.0000.0067劉坪輸油站238002278995.7500.0000.0096鐵一聯(lián)7834466859.5900.0000.0040吳一聯(lián)270061290547.7900.0000.0048吳二聯(lián)3685244666.3800.0000.0066吳三聯(lián)15783453028.7000.0000.0029吳定聯(lián)23120792334.2700.0000.0034采四1282873849230.0031002.4270005.4639樊學區(qū)516641106521.4200.0000.0021采七1002502998429.913780037.7100.0068

3.2.4輕烴回收部分

脫乙烷塔底部液體經(jīng)重沸器加熱，在塔內(nèi)提餾出C1、C2組分，以確保液化氣產(chǎn)品質(zhì)量合格。塔底液體與穩(wěn)定輕烴換熱后進入液化氣塔中部，塔頂氣體經(jīng)冷卻后進入回流罐內(nèi)。回流泵抽出后，一部分作為回流返回塔頂，一部分為合格產(chǎn)品液化石油氣去罐區(qū)。塔底液體經(jīng)換熱、冷卻后，一部分與脫乙烷塔頂氣體混合后去冷凍系統(tǒng)，另一部分作為產(chǎn)品去罐區(qū)。輕烴回收裝置流程示意圖見圖3。分餾單元流程示意圖見圖4。

3.3油田伴生氣綜合利用效果對比

長慶油田近年來在油田伴生氣各項技術(shù)的綜合利用方面取得了良好的效果。2011年至2013年，伴生氣回收量從8 060×104m3提高到13 200×104m3；輕烴生產(chǎn)量從76 591 t提高到111 682.1 t；燃氣發(fā)電量基本平穩(wěn)；CNG生產(chǎn)量從206.50 ×104m3提高到1 034.88×104m3。綜合利用效果明顯，企業(yè)效益顯著增加，具體情況見表4和圖5。

表4 近三年來伴生氣利用情況Table4 Associatedgasutilizationsituationinrecentthreeyears年份伴生氣回收量/104m3輕烴生產(chǎn)總量/燃氣發(fā)電量/t104m3104kWh104m3CNG/104m32011806076591.080554967.601987.04206.5020121210098354.797134994.801997.921111.40201313200111682.1107644448.861779.541034.88合計33360286627.82853214411.265764.502352.78

4結(jié) 語

油田伴生氣的開發(fā)、利用發(fā)展前景廣闊，效果良好，是非常不錯的清潔能源，主要表現(xiàn)在：

(1) 近幾年長慶油田通過加大對伴生氣資源的綜合利用，提高了油田開發(fā)管理水平，減少了污染，達到了節(jié)能減排的目的，降低了生產(chǎn)過程中的安全風險。

(2) 可延長油田開發(fā)的產(chǎn)業(yè)鏈，提高能源綜合利用率。

(3) 可改善環(huán)境，降低PM2.5，促進生態(tài)文明建設。

參 考 文 獻

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Analysis on comprehensive utilization of oilfield associated gas

Cao Dengju, Liu Zhongchi, Wu Lina, Xue Xiaojun, Zheng Boxing

(ComprehensiveUtilizationofAssociatedGasProjectDepartment,PetroChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an710016,China)

Abstract:The distribution status, properties and characteristics of oilfield associated gas in Changqing Oilfield block were briefly described. Ten technologies in the process of development, utilization and comprehensive utilization ways of associated gas were mainly introduced. The comparison of comprehensive utilization was analyzed. The result shows that the oilfield associated gas has been proved to be a kind of clean energy, which has broad development and utilization prospects and satisfactory application effect. The comprehensive utilization of associated gas in Changqing Oilfield provides a reliable basis for subsequently developing and utilizing of oilfield associated gas.

Key words:Changqing Oilfield, associated gas, comprehensive utilization

收稿日期：2014-08-05；編輯：康莉

中圖分類號：TE3

文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.013

作者簡介：曹登巨(1966-)，工程師，1997年畢業(yè)于華北石油職工大學采油工程專業(yè)，長期從事采油、油氣集輸、伴生氣加工利用等工作。E-mail: 562573360@qq.com