全封閉噴油渦旋壓縮機組在油田伴生氣回收中的應(yīng)用

吳國罡　邱志文　賈　莉（中國石油玉門油田分公司青西油田作業(yè)區(qū)）

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全封閉噴油渦旋壓縮機組在油田伴生氣回收中的應(yīng)用

吳國罡邱志文賈莉（中國石油玉門油田分公司青西油田作業(yè)區(qū)）

油田伴生氣是天然氣資源的一種，通常伴隨原油開采產(chǎn)生。針對伴生氣等熵指數(shù)大、氣量小、回收可靠性要求高等特點，應(yīng)用了一種新型全封閉噴油渦旋壓縮機組。該機組具有可靠性高、無人值守、適宜小流量等特點，已在青西油田伴生氣回收生產(chǎn)中得到應(yīng)用。在3口油井上正式投入運行的壓縮機組已經(jīng)安全生產(chǎn)超過4000 h，回收天然氣約600 m3/d，累計年回收天然氣量（0℃，1 atm）11×104m3。從現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)表明，機組可滿足伴生氣回收的技術(shù)要求，表現(xiàn)出良好應(yīng)用效果，具有較高的推廣價值。

伴生氣回收渦旋壓縮機組噴油

引言

油田伴生氣（以下稱伴生氣）是伴隨原油開采而產(chǎn)生的一種氣態(tài)混合物，屬于天然氣資源的一種，由于其成分復(fù)雜，處理加工困難；同時，一般氣量較小，可利用的壓能低，不利于集輸，過去往往采用直接燃燒或放空的方法處理。據(jù)統(tǒng)計，2002年全球天然氣產(chǎn)量為32 500×108m3，其中2.5%～3.0%（約800×108～l000×108m3）消耗于火炬直接燃燒，相當于全球半個月或德國和法國的全年用氣量［1］。

隨著清潔生產(chǎn)，節(jié)能降耗日益受到人們重視，加之能源需求的不斷增長，國內(nèi)外都在積極探索新技術(shù)，開發(fā)新裝備，對伴生氣進行高效回收。美國Compressco公司開發(fā)的內(nèi)燃—壓縮一體式伴生氣回收設(shè)備GasJack，在俄克拉荷馬州、科羅拉多州的多個油田得到推廣應(yīng)用，達到了油氣產(chǎn)量雙增收的良好效果［2］。美國Emerson公司開發(fā)的一種渦旋式伴生氣回收設(shè)備在北美油田得到大面積推廣，僅到2003年應(yīng)用就達到400套以上［3］。國內(nèi)各油田也在積極推進回收伴生氣的工作，大慶新店油田采用當?shù)匕l(fā)電、當?shù)丶訜醿τ凸薜榷喾N方法回收利用伴生氣，在使油井保持合理套壓值的同時，增加了原油產(chǎn)量，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益［4］。一種撬裝回收設(shè)備在新疆準噶爾邊緣油田得到應(yīng)用，可以方便靈活地回收邊遠油井伴生氣，年經(jīng)濟效益達到950萬元，不僅避免了大量寶貴資源的浪費，而且獲得了良好的經(jīng)濟效益［5］。

為了滿足伴生氣回收利用要求，一種新型全封閉噴油渦旋壓縮機組［6］在青西油田得到應(yīng)用。該機組充分考慮了油田伴生氣小氣量、要求高可靠性、無人值守等特點，利用渦旋壓縮機適應(yīng)流量小、可靠性高的優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中取得了較好的效果。

1　伴生氣回收中的技術(shù)問題及解決思路

渦旋壓縮機（圖1）具有結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、容積效率高、工作腔磨損小等優(yōu)點，可以滿足伴生氣回收高可靠性、小氣量的要求。同時，渦旋壓縮機易于做成全封閉結(jié)構(gòu)，可以保證伴生氣在回收過程的安全性，從總體上看，是用于伴生氣回收的理想機型。但是，全封閉渦旋壓縮機在壓縮天然氣這樣的熵指數(shù)較高的氣體時，由于工作腔無法實施外部冷卻，必須采用噴油等手段實施內(nèi)部冷卻。

全封閉噴油渦旋壓縮機通過合理的油路設(shè)計，在考慮壓縮機內(nèi)部機械潤滑的同時，充分解決了壓縮腔內(nèi)部冷卻的問題，使全封閉渦旋壓縮機能夠用于伴生氣回收。

由于作業(yè)區(qū)部分油井位置較為偏遠，伴生氣回收設(shè)備需要具有很高的自動控制水平，應(yīng)當達到自動運行、無人值守的技術(shù)要求。目前，全封閉噴油壓縮機組已經(jīng)實現(xiàn)了停開機、排液、排污等全部自動控制，并且通過加入遠程傳輸進行實時監(jiān)控，整體上達到了無人值守、免日常維護的目標。

圖1　渦旋壓縮機

2　全封閉噴油渦旋壓縮機性能

全封閉噴油渦旋壓縮機組流程見圖2。油氣混合物經(jīng)過前端氣液分離器，除去其中含有的原油雜質(zhì)。該分離器在保證噴油系統(tǒng)潔凈的同時，還可以防止井口大量來油情況下對壓縮機造成影響。前端氣液分離器設(shè)置有自動排污閥，分離器內(nèi)液位到達指定位置后自動排污。經(jīng)過分離的天然氣進入機組主體部分，經(jīng)過機組增壓后的天然氣在通過計量后由排氣口排出。機組通過控制設(shè)計，實現(xiàn)了自動開停機，自動冷卻油，自動排液及放空等功能，達到了無人值守的要求。機組的運行參數(shù)通過無線方式進行遠程傳輸，用于監(jiān)測實時運行狀況。

圖2　機組流程圖

全封閉噴油渦旋壓縮機組熱力性能見圖3，其數(shù)據(jù)采集自現(xiàn)場。從圖3可以看出，壓縮機組排氣量隨進氣壓力增大而增大，隨排氣壓力增大而減小。測試井的最大進氣壓力可達0.20 MPa（G），最小進氣壓力為0.02 MPa（G）。進氣壓力為0.02 MPa（G），排氣壓力為1.2 MPa（G）時，排氣量（0℃，1 atm）為54 m3/h；進氣壓力為0.18 MPa（G），排氣壓力為1.2 MPa（G）時，排氣量為144.4 m3/h。

圖3　機組在不同工況下的熱力性能

3　全封閉噴油渦旋壓縮機性能對比

為充分說明全封閉噴油渦旋壓縮機性能特點，將其與其他型壓縮機進行了比較，見表1。由表1可知，渦旋壓縮機不僅具有易損件少、可靠性高、易撬裝的優(yōu)勢，而且特別適用于伴生氣回收中常見的小流量，具有非常好的推廣應(yīng)用前景。

表1　與其他天然氣壓縮機型的比較

4　機組在油田伴生氣回收中的應(yīng)用

4.1生產(chǎn)現(xiàn)狀

新型伴生氣回收壓縮機組已經(jīng)在青西油田窿103井、柳108井及青2-6X井上得到應(yīng)用。這3口井位置較偏遠，在伴生氣回收壓縮機組安裝前，由于氣體壓力低，伴生氣不能進入輸送管網(wǎng)，通過井口原油儲罐直接放空的方式進行處理。在壓縮機組安裝后，可以保證油井伴生氣在集氣增壓后進入天然氣輸送管網(wǎng)，增加了生產(chǎn)效益，并且避免了資源的浪費和對環(huán)境的污染。

現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程見圖4。油井生產(chǎn)的油氣混合物首先進入井口油氣分離器，經(jīng)過分離后，原油進入儲罐，伴生氣則在通過壓縮機組增壓后進入天然氣輸送管網(wǎng)。

表3　應(yīng)用效果分析

圖4　伴生氣回收工藝流程圖

4.2控制系統(tǒng)設(shè)置

考慮到油井正常生產(chǎn)的需要，根據(jù)油井的產(chǎn)油能力、工藝流程等情況設(shè)置合理的壓縮機組控制參數(shù)，以保證油井套管壓力在生產(chǎn)要求區(qū)間內(nèi)，并且油氣分離器內(nèi)原油進罐正常。機組控制參數(shù)設(shè)置情況見表2。

表2　控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定值

機組進氣壓力設(shè)置為0.03～0.07 MPa（G），用于保證油氣分離器內(nèi)原油正常進罐。排氣壓力設(shè)置為小于1.5 MPa（G），用于保證排氣壓力不要過高。放空閥開啟壓力設(shè)置為0.3 MPa（G），用于保證壓縮機功率在額定范圍內(nèi)。機組油冷卻系統(tǒng)運行和傳統(tǒng)的螺桿式噴油壓縮機系統(tǒng)類似，通過溫控閥控制經(jīng)過冷卻器油量，通過監(jiān)測排氣溫度控制風(fēng)扇開啟，以保證壓縮機噴油溫度、排氣溫度在正常范圍內(nèi)。目前機組設(shè)置冷卻風(fēng)扇開關(guān)排氣溫度分別為90℃和85℃，根據(jù)季節(jié)不同應(yīng)當及時調(diào)節(jié)溫度控制范圍。

4.3應(yīng)用效果分析

在窿103、柳108及青2-6X井上正式投入運行的壓縮機組已經(jīng)安全生產(chǎn)超過4000 h，回收天然氣約600 m3/d，累計年回收天然氣量11×104m3。年節(jié)能減排效果折合標準煤146 t，預(yù)估產(chǎn)生年經(jīng)濟效益22萬元（忽略設(shè)備運行能耗等因素）。1臺壓縮機組成本（包括設(shè)備和施工安裝）約80萬元，預(yù)期成本回收周期3.5年，壓縮機機組投入運行產(chǎn)生的經(jīng)濟和社會效益明顯（表3）。

5　結(jié)論

新型渦旋式壓縮機用于低壓低產(chǎn)井伴生氣的回收，在技術(shù)上是可行的。渦旋式壓縮機可通過加入遠程傳輸，實時監(jiān)控技術(shù)，便于油田信息化、數(shù)字化、精細化管理水平的提高?？梢赃x擇氣量較大的井或者通過多個井口串并聯(lián)的方式，將壓縮機組的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，達到更好的應(yīng)用效果。

對低壓井伴生氣實施回收，不僅避免了油田伴生氣直接放空造成的資源浪費，而且消除了對環(huán)境的污染和安全隱患，可以降低青西油田油氣生產(chǎn)的能源消耗，符合國家節(jié)能政策，并產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益。

［1］蘇欣，王勝雷，張琳，等.油田伴生氣利用對策及現(xiàn)狀［J］.天然氣與石油，2008（2）：33-37.

［2］Atkinson M K，Bowery M S，F(xiàn)ord M E，et al.Cylinder block for integral gas compressor and internalcombustionengine［P］：USA，WO2007/047174 A2，2007-04-26.

［3］Emerson process management.Gas compressor overview［C］.Gas-electric partnership conference.USA，2008.7.

［4］戴英波，李智.外圍小油田伴生氣回收綜合利用［J］.油田節(jié)能，2004（4）：38-39.

［5］王協(xié)琴.回收邊遠小油田放空天然氣的撬裝設(shè)計［J］.天然氣技術(shù)，2007（2）：72-75.

［6］彭學(xué)院，高翔，馮健美，等.一種全封閉臥式噴油渦旋壓縮機：中國，201010604908.5［P］.2012-08-27.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.019

2015-07-14）

吳國罡，高級工程師，1992年畢業(yè)于西安石油大學(xué)（采油工程專業(yè)），從事油田生產(chǎn)、設(shè)備及節(jié)能節(jié)水管理工作，E-mail：wgg@petrochina.com.cn，地址：甘肅玉門市老市區(qū)青西油田作業(yè)區(qū)，735200。