優(yōu)化油氣分輸工藝　實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)油井天然氣零排放

黃學(xué)斌　金文剛　李小奇（中國石化中原油田分公司采油一廠）

1　項(xiàng)目背景

1.1　邊遠(yuǎn)油井生產(chǎn)概況

文中-文東油田1978年投入開發(fā)，受區(qū)域構(gòu)造限制，近年來滾動(dòng)開發(fā)的均為低滲、低產(chǎn)、高氣油比的邊遠(yuǎn)斷塊。以文西斜坡帶為例，含油面積1.3 km2，含油層系沙三中4-7砂組，油藏埋深3200～3270 m，屬封閉型小斷塊層狀油藏。正常生產(chǎn)油井21口，采用罐車?yán)头绞缴a(chǎn)，日產(chǎn)液302.2 m3，日產(chǎn)油57.5 t，單井產(chǎn)液量為1～50 m3/d，單井產(chǎn)油量為0.5～7 t/d，氣油比25～550 m3/t，日外排天然氣8625 m3。該區(qū)塊距鄰近的78#計(jì)量站垂直距離超過3 km，油井位置呈“L”型和“I”型分散布局。

1.2　集輸工藝存在問題

1）位置邊遠(yuǎn)，地面系統(tǒng)不完善。文220塊地處偏遠(yuǎn)，屬高壓低滲透油藏，油氣比較高、產(chǎn)量低，自開發(fā)以來產(chǎn)出液均采用單拉方式拉至文一聯(lián)合站處理。

2）天然氣資源浪費(fèi)嚴(yán)重，安全、環(huán)保隱患突出。油井產(chǎn)液進(jìn)多功能罐，原油靠車輛拉運(yùn)，分離的伴生氣外排或放空點(diǎn)火把，造成嚴(yán)重空氣污染。

3）單拉集輸方式浪費(fèi)嚴(yán)重。產(chǎn)出液80%以上都是游離水，拉運(yùn)時(shí)需先將罐的底部游離水拉走，最后再拉運(yùn)原油，造成車輛費(fèi)用浪費(fèi)較大。

1.3　地面工藝研究背景[1-4]

天然氣放空點(diǎn)火把是國內(nèi)油田在開發(fā)初期為減少安全隱患而采取的應(yīng)急措施，但造成資源浪費(fèi)及環(huán)境二次污染，存在安全隱患。伴生天然氣回收利用是油田開發(fā)過程中消滅放空火把的最佳途徑，能最大限度增收創(chuàng)效、保護(hù)環(huán)境。文中-文東油田邊遠(yuǎn)油井沿用油水混合罐車?yán)\(yùn)方式生產(chǎn)，帶來油氣損耗高、無用功拉水、環(huán)境污染等系列問題。如何降低油氣損耗、減少資源浪費(fèi)成為迫切需要解決的問題。據(jù)此開展了邊遠(yuǎn)油井地面集輸工藝研究，以達(dá)到合理利用天然氣、減少游離水拉運(yùn)、提高效益的目標(biāo)。

2　邊遠(yuǎn)油井井口油氣分輸工藝研究

2.1　研究技術(shù)路線

在滿足低產(chǎn)低能油井正常生產(chǎn)情況下，研究出合理的集氣工藝、脫水工藝、輕烴回收工藝和干氣回收利用工藝。本項(xiàng)目研究包括井口油氣水處理、分輸及集氣站等部分。井口油氣水處理、分輸工藝為放空氣的匯集、游離水在井口分離進(jìn)回水系統(tǒng)和原油單拉；集氣站工藝為天然氣增壓降溫提烴、干氣發(fā)電、剩余氣外輸。研究技術(shù)路線見圖1。

2.2　邊遠(yuǎn)井井口處理、分輸工藝研究

針對現(xiàn)有地面工藝存在問題，以單井原油產(chǎn)量不降、降低拉運(yùn)費(fèi)用、減少油氣損耗為目標(biāo)，對單拉油井井口處理工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。研究思路：變油井單拉為集中管理，井口油氣水分離后，原油拉運(yùn)，污水進(jìn)地面回水系統(tǒng)，天然氣集氣回收、發(fā)電和多余氣外輸利用（圖2）。

圖2　井口處理工藝改進(jìn)示意圖

2.2.1邊遠(yuǎn)單拉油井歸集、集中管理方案

邊遠(yuǎn)油井管理由“一人看護(hù)一井”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙蝗丝醋o(hù)多井”模式（圖3）。

通過多井集中管理工藝，減少單拉點(diǎn)5處，減少單拉油井看護(hù)及管理人員15人，實(shí)現(xiàn)了相對較近的邊遠(yuǎn)油井集中化管理，優(yōu)化邊遠(yuǎn)油井看護(hù)人員結(jié)構(gòu)，降低了管理費(fèi)用。

◇放空天然氣匯集：分離的伴生氣多井串聯(lián)進(jìn)集氣站集中處理。

◇原油合拉：分離的原油單拉至聯(lián)合站泄油臺處理。

◇游離水回輸：分離的游離水經(jīng)過自動(dòng)切水器進(jìn)注水井的回水系統(tǒng)。

2.2.2放空氣匯集工藝

1）放空氣串聯(lián)工藝：從各單井低壓多功能罐分離的天然氣通過管線串聯(lián)匯集一起，然后集輸?shù)胶喴准瘹庹尽９に嚵鞒蹋簡卫途喙δ芄蕖趴諝狻鶧N35管線→氣匯管→簡易集氣站。

2）放空氣出口低壓切斷保護(hù)技術(shù)：為了防止后端壓縮機(jī)對多功能罐出口產(chǎn)生負(fù)壓引起多功能罐進(jìn)空氣，在多功能罐氣出口增設(shè)自力式壓力調(diào)節(jié)閥，壓力設(shè)定0.21～0.3 MPa之間。若多功能罐壓力低于0.2 MPa，調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉，避免發(fā)生安全事故。

2.2.3井口脫水、拉油工藝

1）井口脫水、拉油工藝：在多功能罐的底部安裝1臺自動(dòng)切水裝置，在罐內(nèi)初步完成油水分離，分離的游離水通過附近的回水管網(wǎng)進(jìn)污水處理站處理。脫水工藝流程：單拉油井→多功能罐→底部游離水→單井管線→注水井回水管線→計(jì)量站。脫水后原油進(jìn)另1臺多功能罐儲(chǔ)存，待罐滿后一起拉運(yùn)。脫水技術(shù)參數(shù)：切水量為0～50 m3/h，壓力小于或等于1.6 MPa。

2.2.4主要設(shè)備

1）自力式壓力調(diào)節(jié)閥。單井低壓多功能罐的工作壓力是影響天然氣回收和壓力容器安全的重要因素。若前端壓縮機(jī)進(jìn)口壓力過低，多功能罐內(nèi)有可能成為負(fù)壓，空氣進(jìn)入罐內(nèi)造成安全隱患。為使多功能罐內(nèi)保持一定壓力，在多功能罐的天然氣出口上安裝自力式壓力調(diào)節(jié)閥。當(dāng)多功能罐的壓力過低時(shí)，壓力通過傳壓管作用于薄膜上部的壓力也變低，在彈簧的作用下薄膜帶動(dòng)閥桿上移，使閥門開啟度關(guān)小，多功能罐的氣體出量減少，壓力回升（圖4）。

2）自動(dòng)切水器。在多功能罐底部安裝自動(dòng)切水裝置，該裝置依據(jù)油、水密度差，實(shí)現(xiàn)了游離水無人控制自動(dòng)切出分離，分離精度高，減少了游離水拉運(yùn)費(fèi)用，降低了泄油臺原油乳化分離的藥劑費(fèi)用（圖5）。

圖3　多井歸集、分輸工藝流程

2.3　簡易集氣站工藝研究

圖4　自力式調(diào)節(jié)閥安裝

圖5　切水器

在文220-3井場建設(shè)簡易集氣站，將各單井低壓多功能罐分離的低壓天然氣匯集到集氣站，經(jīng)增壓、脫水、降溫處理后提取重組分輕烴，提純后的天然氣進(jìn)行發(fā)電利用（供本區(qū)塊抽油機(jī)井使用），剩余干氣外輸（圖6）。

2.3.1輕烴回收工藝的選擇及其壓力、溫度的確定

1）輕烴回收分淺冷和深冷兩種工藝。淺冷法操作壓力低，C5以上回收率較高（達(dá)到95%以上）。文220塊原料氣中C3以上組分含量相對較高，采用淺冷工藝，低溫溫度控制在-20～-30℃之間。

2）文220塊輕烴回收組分為C4+以上的組分。權(quán)衡壓力、溫度和C4+回收率三者的關(guān)系，當(dāng)天然氣的組分一定時(shí)，應(yīng)考慮干氣壓縮外輸系統(tǒng)壓力（1.2 MPa）、冷凝壓力和溫度之間的匹配關(guān)系，以最小的比功耗確定最佳的工藝壓力和溫度。

由圖7可知，冷凝壓力1.35 MPa、冷凝溫度-25℃時(shí)比功耗最小，輕烴回收能耗最低，處理量最佳。因此，采用三級增壓壓縮機(jī)裝置，出口壓力1.35 MPa，冷凝溫度-25℃。

圖6　簡易集氣站工藝流程

圖7　蒸發(fā)器出口溫度對C4+能耗的影響

2.3.2集氣站輕烴回收及干氣利用工藝設(shè)計(jì)

輕烴回收量不但與原料氣組分、壓力和溫度有關(guān)，還受到輕烴提取工藝的影響。放空氣從低壓多功能罐串聯(lián)匯集到簡易集氣站，需要經(jīng)過過濾、增壓、脫水、換熱制冷和分離工藝。文220塊及周邊油井的原料氣中C3以上組分含量相對較高，淺冷后主要回收C4+以后的輕油和部分輕烴，處理后的干氣發(fā)電利用，多余的干氣壓縮外輸。集氣站輕烴回收及干氣利用工藝流程見圖8。

1）過濾：原料氣進(jìn)入緩沖分離罐，進(jìn)行少量輕油、游離水、機(jī)械雜質(zhì)等分離后，氣相進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)一級壓縮；污水排至污水總管；輕烴輸入穩(wěn)定儲(chǔ)罐中。

2）增壓：原料氣經(jīng)壓縮機(jī)一級增壓至0.62 MPa（70℃），進(jìn)入一級換熱器冷卻至20～25℃；再進(jìn)入壓縮機(jī)二級壓縮，增壓至1.35 MPa（80℃），進(jìn)入二級換熱器冷卻至20～25℃；再進(jìn)入壓縮機(jī)出口分離器進(jìn)行氣液分離，氣相進(jìn)入干燥器。

圖8　集氣站輕烴回收及干氣利用工藝流程

3）脫水：采用4A分子篩脫水工藝方式，使天然氣露點(diǎn)降到-98℃。本工藝設(shè)2臺原料氣干燥器。當(dāng)原料氣通過其中1臺處于脫水操作（吸附狀態(tài)）時(shí)，另1臺干燥器則分別進(jìn)行分子篩床層的再生和冷吹操作。本裝置采用PLC控制，自動(dòng)切換。

4）預(yù)冷：原料氣經(jīng)二級換熱器冷卻后，進(jìn)入三相淺冷換熱器預(yù)冷，再進(jìn)入蒸發(fā)器溫度冷卻至-25℃；進(jìn)入深冷換熱器使溫度保持不變，再進(jìn)入低溫油氣分離罐進(jìn)行氣液分離，分離出的輕油和干氣分別進(jìn)入三相淺冷換熱器升溫至25～30℃；輕油進(jìn)入輕油穩(wěn)定塔穩(wěn)定后到儲(chǔ)油罐，干氣進(jìn)干氣緩沖罐供燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)使用，剩余干氣外輸。

5）換熱：經(jīng)低溫分離器分離后的-25℃的干氣進(jìn)行換熱器前期預(yù)冷，并將冷熱天然氣作充分熱交換。采用換熱面積較大、體積較小的板翅式換熱器。

6）分離：天然氣經(jīng)淺冷（換熱器）和深冷（蒸發(fā)器）進(jìn)入分離器，在壓力1.35 MPa、溫度-25℃的條件下，天然氣中的低溫C3+輕烴和干氣（C1至C2）分離，輕烴進(jìn)輕烴罐，干氣經(jīng)換熱器升溫后進(jìn)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)。

2.3.3干氣發(fā)電和剩余干氣外輸

1）經(jīng)分離器回收輕烴處理后的干氣，并聯(lián)進(jìn)3臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)機(jī)組（二用一備），進(jìn)口安裝了1臺自力式閥后壓力調(diào)節(jié)裝置，使壓力始終保持在0.2 MPa，保證發(fā)電機(jī)始終有充足氣源。采用小型撬裝天然氣發(fā)電裝置，選用300GT-PT型和180GTPT型、功率為300 kW和180 kW的國產(chǎn)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，供集氣站和周邊油井使用，避免了在極端惡劣的自然環(huán)境下建設(shè)供配電網(wǎng)絡(luò)，降低了運(yùn)行維護(hù)成本。

2）剩余干氣經(jīng)計(jì)量后輸入計(jì)量站集油系統(tǒng)，日生產(chǎn)天然氣0.862 5×104m3。

2.3.4脫水工藝和設(shè)備優(yōu)選

1）脫水工藝：常用天然氣脫水方法有低溫分離脫水、液體吸附法脫水和固體干燥劑吸附脫水等。固體干燥劑吸附脫水主要是利用吸附原理吸附天然氣中的水蒸氣。分子篩是天然氣工業(yè)中最常見的固體干燥劑，能使天然氣露點(diǎn)降到-98℃，實(shí)現(xiàn)天然氣凝液回收前的深度脫水。與低溫分離法脫水和液體吸附法脫水相比，分子篩脫水能夠提供非常低的露點(diǎn)，對原料氣的溫度、壓力和流量等變化不敏感，不會(huì)因鹽和腐蝕產(chǎn)物的污染而變質(zhì)。

圖9　分子篩脫水流程

2）換熱器：冷凝分離系統(tǒng)的換熱設(shè)備包括管殼式、螺旋板式、繞管式及板翅式換熱器等類型。板翅式換熱器傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)、耐低溫性能好、價(jià)格低，適用于低溫下運(yùn)行，可作為氣/氣、氣/液或液/液換熱器，也可用作冷凝器或蒸發(fā)器；而且在同一換熱器內(nèi)可允許有2～9股物流之間換熱，經(jīng)優(yōu)選采用板翅式換熱器。

3）高效旋流低溫分離器：采用S30408不銹鋼材料，比傳統(tǒng)的捕霧重力分離器效率高，出口氣體攜帶液量少，適用工況范圍寬，體積小，代替了傳統(tǒng)的預(yù)過濾器和聚結(jié)器。

4）過濾分離器：分子篩脫水系統(tǒng)前增設(shè)過濾分離器以去除天然氣中夾帶的液體和雜質(zhì)，其集過濾、聚結(jié)、分離于一體，氣體從進(jìn)口流入，流速降低，流動(dòng)方向改變，然后氣流通過過濾組件，固體顆粒去除。氣體中的微小液滴聚結(jié)較大的液滴進(jìn)入分離器的儲(chǔ)液段。過濾分離器的精度可達(dá)到1～5 μm。

3　現(xiàn)場應(yīng)用及其效益

2012—2014年文中-文東油田四個(gè)邊遠(yuǎn)斷塊21口邊遠(yuǎn)油井，單拉點(diǎn)歸集5處，新建井場簡易集氣站1座，井場安裝3臺并聯(lián)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組1組。

1）邊遠(yuǎn)油井的管理由“一人看護(hù)一井管理”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙蝗丝醋o(hù)多井管理”，減少單拉點(diǎn)5個(gè)，減少單拉油井看護(hù)及管理人員15人，年節(jié)約人工管理費(fèi)用150萬元。

2）21口井游離水進(jìn)回水系統(tǒng)，日減少拉運(yùn)液量220 m3，日減少拉油罐車5輛，年節(jié)約費(fèi)用191.62萬元。

3）撬裝簡易集氣站投運(yùn)，放空氣經(jīng)過凈化、壓縮、預(yù)冷、分離后外輸，增油增氣明顯。日增收天然氣0.862 5×104m3，年增收天然氣315×104m3，增加輕烴251.87 t，創(chuàng)收603.88萬元。

4）在文220-2井場安裝3臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組供9口抽油機(jī)井使用，年節(jié)電125.93×104kWh，節(jié)約電費(fèi)99.11萬元。

5）總投入費(fèi)用473.25萬元。其中，井口工藝改造費(fèi)用138.25萬元，簡易集氣站工藝改造費(fèi)用335萬元。

4　結(jié)論與認(rèn)識

沙漠綠島石西油田

地面集輸配套工藝研究與應(yīng)用，解決了油田邊遠(yuǎn)單拉油井的多功能罐放空氣放空燃燒造成的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，增加了輕烴回收，消除了環(huán)境污染和安全隱患，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，也為今后開發(fā)同類邊遠(yuǎn)油井提供了成熟技術(shù)和寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1）“集氣、輸水、拉油”的井口集輸工藝，解決了邊遠(yuǎn)油井無法三相混輸?shù)碾y題，降低了拉運(yùn)費(fèi)用，減少了環(huán)境污染。

2）“輕烴回收、干氣發(fā)電、余氣外輸”的簡易集氣站集輸工藝，解決了邊遠(yuǎn)油井天然氣放空資源浪費(fèi)和用電困難、架線投資較大的難題。由濕氣變干氣就地取材的利用方式既增加了輕烴產(chǎn)量，又節(jié)約了電費(fèi)，同時(shí)也減少了投資，經(jīng)濟(jì)效益較好。

3）“撬裝化、模塊化”的集氣脫水、輕烴回收和燃?xì)獍l(fā)電工藝設(shè)備，簡化了工藝流程，實(shí)現(xiàn)了整體模塊化預(yù)制，減少了現(xiàn)場施工工作量，方便了工藝設(shè)備的搬遷和重復(fù)利用，特別適用于“地層能量下降快、油井有效壽命短、不具備建站條件”的邊遠(yuǎn)斷塊。撬裝、模塊化設(shè)備組合為地面工程“三化”建設(shè)的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉一江.中原油田采油新技術(shù)文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.

[2]羅英俊，萬仁博.采油技術(shù)手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2005.

[3]劉德燦，史睿華，李華.邊緣井天然氣回收技術(shù)研究及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011（5）：85-86.

[4]武茂芹，石志敏，虞康，等.大港油田偏遠(yuǎn)井零散天然氣的回收[J].石油石化節(jié)能，2013，3（10）：50-51.