多種套管氣回收技術(shù)簡析

劉倩*

（中國石油華北油田公司第三采油廠工程技術(shù)研究所）

隨著地層壓力的降低，原油采出液中的溶解氣會逐步析出，集聚在油套環(huán)形空間，這部分氣稱為套管氣。套管氣含大量烷烴，有的還含有硫化氫氣體［1］。當(dāng)套管氣積聚到足以使套管壓力大于系統(tǒng)生產(chǎn)壓力時，定壓放氣閥開啟，套管氣進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)；當(dāng)套管壓力等于或低于系統(tǒng)壓力時，定壓放氣閥不能開啟，套管氣無法進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。為避免造成套管憋壓、動液面下降或氣鎖現(xiàn)象而影響油井正常生產(chǎn)，不得不放空套管氣。部分需要加藥的油井，加藥時需放空套管氣。套管氣直接放空會造成能源浪費(fèi)、環(huán)境污染和安全隱患。套管氣回收技術(shù)的應(yīng)用既可避免資源浪費(fèi)又可解決套管氣放空造成的大氣污染問題。

1 套管氣回收技術(shù)

華北油田通過技術(shù)改造和創(chuàng)新，采用懸抽式、自控式、噴射式和可拆卸式套管氣回收裝置對套管氣進(jìn)行回收利用。

1.1 懸抽式套管氣回收裝置

1.1.1 工作原理

懸抽式套管氣回收裝置主要由懸繩裝置、增壓抽氣泵、潤滑裝置、過濾裝置四部分組成。增壓抽氣泵安裝于抽油機(jī)三角架的底部，泵進(jìn)出口安裝有單流閥，以抽油機(jī)游梁上下往復(fù)運(yùn)動為動力，由固定在抽油機(jī)游梁后端的懸繩裝置拉動增壓抽氣泵活塞，同步往復(fù)運(yùn)動?；钊闲袝r套管氣從下腔進(jìn)氣，活塞下行時下腔氣體導(dǎo)入上腔，同時上腔的壓縮氣體進(jìn)入管線。潤滑裝置為活塞與缸壁提供強(qiáng)制潤滑。裝置示意圖見圖1。

圖1 懸抽式套管氣回收裝置示意圖

1.1.2 裝置特點(diǎn)及應(yīng)用

懸抽式套管氣回收裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷、密閉循環(huán)、安全可靠、維修方便，不影響油井正常生產(chǎn)和修井作業(yè)，壽命較長；以抽油機(jī)往復(fù)運(yùn)動為動力，無需額外動力，安裝前后檢測電流無變化，能提高抽油機(jī)平衡效果；根據(jù)氣量大小調(diào)整參數(shù)，可連續(xù)或間歇操作，實(shí)現(xiàn)間抽；對叢式井可根據(jù)氣量大小選擇不同的規(guī)格，實(shí)現(xiàn)多口井并聯(lián)回收。

懸抽式套管氣回收裝置適用于抽油機(jī)井或井?dāng)?shù)少于5口且系統(tǒng)壓力不大于3 MPa的叢式井，避免套管氣量過大對管輸流體有較大沖擊。

懸抽式套管氣回收裝置單個裝置投資費(fèi)用約3×104元，投資周期短，見效快。

采油一廠對9口油井安裝了懸抽式套管氣回收裝置進(jìn)行試驗(yàn)，由于各單井氣液比不盡相同，可回收套管氣約30～300 m3/d，平均單井日回收天然氣105 m3。對叢式井井場相鄰抽油機(jī)井采用并聯(lián)共用一套回收裝置，節(jié)約了投資費(fèi)用。

1.2 自控式套管氣回收裝置

1.2.1 工作原理

自控式套管氣回收裝置是運(yùn)用流體力學(xué)理論，在油井正常的抽排液過程中，回收裝置無需任何外動力和有效功耗即可運(yùn)行。回收低壓套管氣，使套管氣與油井液體同時進(jìn)入生產(chǎn)集輸管線，在聯(lián)合站集中回收利用，達(dá)到在無功耗的情況下回收套管氣的目的［2］。該裝置在上沖程時，采出液由生產(chǎn)閥門流出充滿排液缸并推動活塞向右行進(jìn)，行進(jìn)中從套管中抽氣進(jìn)入氣缸。由于排液缸與氣缸的兩個活塞通過連桿連接，所以氣缸活塞也向右行進(jìn)。下沖程時，井口壓力低于集油管線壓力，氣缸活塞連同排液缸活塞向左側(cè)行進(jìn)，套管氣通過排氣單流閥進(jìn)入排液管線與采出液混合后進(jìn)入集油管線。

1.2.2 裝置特點(diǎn)及應(yīng)用

自控式油井套管氣回收裝置為負(fù)壓抽氣裝置，安裝后不增加套管壓力，可解決低沉沒度油井套管氣的回收問題。該裝置與集油管線融為一體，即便活塞密封失效，套管氣也不會泄漏到大氣中，杜絕了安全和環(huán)保事故隱患；無潤滑點(diǎn)，壓縮裝置沒有呼吸通道，缸體不會發(fā)生冷凝、凍結(jié)、結(jié)垢；系統(tǒng)相對獨(dú)立，流程短；裝置設(shè)有排液旁通管匯及過載安全保護(hù)閥。其結(jié)構(gòu)尺寸較大，需要有足夠的安裝空間。

自控式油井套管氣回收裝置適用于高寒地區(qū)，日套管氣逸出量100 m3以下且系統(tǒng)壓力不大于3 MPa的油井。單個裝置投資費(fèi)用約2×104～4×104元。裝置示意圖見圖2。

圖2 自控式套管氣回收裝置示意圖

二連油田20口油井安裝了自控式套管氣回收裝置進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)場試驗(yàn)裝置內(nèi)徑均為90 mm，適用于單井日產(chǎn)氣5～100 m3。安裝前后上下沖程電流及油壓沒有明顯變化，說明自控式油井套管氣回收裝置不影響抽油機(jī)平衡。套壓較之前降低了50%～90%，基本上與油壓形成了最有利的微正壓關(guān)系，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。經(jīng)聯(lián)合站總氣量統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)井日回收套管氣共1 627 m3，平均單井日回收氣74 m3，年可回收利用氣量59.4×104m3?；厥盏奶坠軞饪捎米魅剂蠚夤┱緝?nèi)加熱爐，折算可減少自用油473 t。應(yīng)用效果見表1。

表1 自控式套管氣回收裝置應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表

1.3 噴射式套管氣回收裝置

1.3.1 工作原理

噴射式套管氣回收裝置利用了噴射引流的原理，由吸氣室、混合室、擴(kuò)壓室組成。采出液從生產(chǎn)閥門流入液體入口后，突然變徑節(jié)流，造成液體出口的壓力降低；利用兩者壓差，低于氣體入口壓力時，套管氣進(jìn)入吸氣室；隨后進(jìn)入混合室與采出液進(jìn)行混合，再經(jīng)過擴(kuò)壓室增壓至高于集輸管網(wǎng)壓力流入集輸干線，進(jìn)行外輸［3］。裝置示意圖見圖3。

圖3 噴射式套管氣回收裝置示意圖

1.3.2 裝置特點(diǎn)及應(yīng)用

噴射式套管氣回收裝置尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單，易加工；無行進(jìn)機(jī)構(gòu)，不易損壞，無需額外動力；與采出液混合后流體穩(wěn)定，對集輸管網(wǎng)沒有沖擊。裝置的主要技術(shù)參數(shù)需根據(jù)不同油井工況進(jìn)行多次試驗(yàn)和優(yōu)化。其變徑角度、變徑大小、混合室的水平長度、混合室的直徑以及擴(kuò)壓室的擴(kuò)張尺寸需要針對現(xiàn)場工況進(jìn)行有效試驗(yàn)。

由于裝置需先降壓再進(jìn)行升壓，所以要求油管壓力不宜過小。適用于油壓和套壓雙高的油井，要求系統(tǒng)壓力不小于1.0 MPa。整個裝置投資費(fèi)用約0.5×104元。

采油二廠岔31-65抽油機(jī)井出油管線回壓為1.2 MPa，套壓1.0 MPa，原定壓放氣閥不工作。安裝了噴射式套管氣回收裝置后，平均每天回收天然氣21.5 m3，套壓由1.0 MPa降至0.45 MPa。試驗(yàn)兩個月共回收天然氣1 353 m3，現(xiàn)場試驗(yàn)效果較好。

1.4 可拆卸式套管氣回收裝置

1.4.1 工作原理

可拆卸式套管氣回收裝置是根據(jù)單向閥及受力平衡原理設(shè)計(jì)。裝置兩端為快速接頭，將出油管線和出氣套管線連通，具有開關(guān)、單流和除雜的功能。這種易拆裝便攜式油套連通裝置包括連接短節(jié)、連接管和三通。在連接短節(jié)與連接管之間固定安裝有定壓單流閥，在連接管與三通之間固定安裝開關(guān)閥，在三通的一個出口上安裝壓力表。該裝置采用現(xiàn)場常用部件快速組裝而成。當(dāng)需要對套管氣進(jìn)行放空時，將套管內(nèi)的氣體引入到油管管線內(nèi)，在放空套管氣的同時，加速油管管線內(nèi)流體的流動。與定壓放氣閥的原理相同，當(dāng)套壓小于或等于油壓時，由于氣相單流閥的存在，連通器不工作；當(dāng)套壓大于油壓時，打開球閥，利用套管氣的沖擊力將氣體由套管打入油管，隨集輸管線進(jìn)入聯(lián)合站后再進(jìn)行氣液分離［4］。裝置示意見圖4。

圖4 可拆卸式套管氣回收裝置示意圖

1.4.2 裝置特點(diǎn)及應(yīng)用

整個裝置簡單小巧，可隨身攜帶，主要由一根撓性軟管組成。但由于撓性軟管一般口徑較小，氣量較大的井在排氣瞬間容易造成快速接頭滑脫。如果氣中攜液或雜質(zhì)造成連通器阻塞，氣鎖之后再使用該裝置就無效。對于未安裝任何套管氣回收裝置的油井，在修井或熱洗作業(yè)前，使用該裝置回收套管氣，可以避免對正常作業(yè)的影響。

采油三廠作業(yè)大隊(duì)每個作業(yè)班組均配備了1～2套可拆卸式套管氣回收裝置，用于每次洗井或修井作業(yè)前的氣體回收。路43-21井由于原油中的蠟質(zhì)將泵中凡爾卡住，采出液無法被泵抽至油管中，必須進(jìn)行洗井作業(yè)。作業(yè)前套壓保持在0.7～1.0 MPa，油壓0.4～0.6 MPa，設(shè)置裝置中的氣流單向閥開啟最小壓差為0.1 MPa。安裝了可拆卸式套管氣回收裝置后，套管內(nèi)氣體壓力不斷降低直到套壓和油壓基本相等時，將油套連通器拆卸下來，隨后進(jìn)行洗井作業(yè)。整個操作過程簡單方便，后期進(jìn)行熱污水及洗井液頂替時流速均勻，不影響洗井效果。

2 環(huán)保效益分析

采油一廠共在120口抽油機(jī)井安裝了89套懸抽式套管氣回收裝置，預(yù)計(jì)單井平均日回收氣量約34.14 m3，每天回收4 097 m3天然氣。參照發(fā)改辦氣候[2011]1041號《省級溫室氣體清單編制指南》中油田天然氣二氧化碳排放系數(shù)為2.162 2 kg/m3，折合計(jì)算減少溫室氣體（以二氧化碳計(jì)）排放8.85 t/d。

采油二廠在20口井安裝了噴射式套管氣回收裝置，預(yù)計(jì)單井平均日回收氣量約90.2 m3，每天回收1 804 m3天然氣，折合計(jì)算減少溫室氣體（以二氧化碳計(jì)）排放約3.9 t/d。

二連分公司在150口井安裝了自控式套管氣回收裝置，預(yù)計(jì)單井平均日回收氣約44.82 m3，每天回收6 723 m3天然氣，折合計(jì)算減少溫室氣體（以二氧化碳計(jì)）排放約14.53 t/d。

三個采油廠共計(jì)每天可減少27.28 t碳排放，折合每年約8 184 t。目前碳排放市場，2018年7月10日北京地區(qū)碳交易價格為69.1元/t，預(yù)計(jì)每年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益56.55×104元。套管氣處理后可不再考慮VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）的排放問題。

3 結(jié)束語

四種套管氣回收工藝各具特點(diǎn)，可根據(jù)優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，綜合考慮油井的位置、地質(zhì)特征、油井生產(chǎn)等情況，選擇適合的套管氣回收裝置。

對于叢式井較多（井?dāng)?shù)≤5）且系統(tǒng)壓力不大于3.0 MPa的抽油機(jī)井可優(yōu)先選用懸抽式套管氣回收裝置；冬季氣溫低的地域且產(chǎn)氣量小于100 m3/d的油井，為避免低溫在套管氣中形成水合物，造成管線冰堵，應(yīng)優(yōu)先采用自控式套管氣回收裝置；對于油壓、套壓雙高，同時系統(tǒng)壓力大于1.0 MPa的油井，可優(yōu)選噴射式套管氣回收裝置；未安裝任何套管氣回收裝置的油井，在修井或洗井作業(yè)前安裝可拆裝式油套連通器回收裝置以保證人員和設(shè)備安全。