壓縮空氣替代瓶裝氮氣作執(zhí)行氣源可行性分析

宋殷俊　王川洪　姜婷婷　甘德順

摘要：在天然氣生產(chǎn)現(xiàn)場，隨著信息化、數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，無人值守、遠程數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)監(jiān)控成為氣田高效開采的主要工藝。在單井生產(chǎn)場站，井口安全控制系統(tǒng)具有遠程關(guān)井、緊急情況下的自動關(guān)井等功能，是氣井安全生產(chǎn)管理的重要設(shè)備。目前，多數(shù)井口安全控制系統(tǒng)采用的執(zhí)行氣源為瓶裝氮氣，瓶裝氮氣具有無毒害、更換方便等優(yōu)點，因此在現(xiàn)場被廣為采用。但使用瓶裝氮氣存在儲運、更換、安裝不便，且所產(chǎn)生的費用成本較高。針對GST氣田井口安全控制系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用情況，探討在現(xiàn)場充裝壓縮空氣替代瓶裝氮氣作為系統(tǒng)執(zhí)行氣源，在單井生產(chǎn)現(xiàn)場實施，從經(jīng)濟性、安全性等方面分析，為氣田高效開發(fā)提供一種較為經(jīng)濟、便捷、安全的方法。

關(guān)鍵詞：壓縮空氣;瓶裝氮氣;井安系統(tǒng);自動控制系統(tǒng)

中圖分類號：TQ461

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.002

GST氣田現(xiàn)有單井生產(chǎn)場站35座，其中32座單井井口安裝了井口安全自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)包含井下安全閥、氣驅(qū)動液壓井口主控閥、井口安全截斷閥，其執(zhí)行氣源均采用瓶裝氮氣。為了確保控制系統(tǒng)正常運行，驅(qū)動氣源壓力不能低于2.0 MPa。瓶裝氮氣充氣壓力12.0 MPa，在使用過程中，驅(qū)動自控系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)會消耗一定的氣量，氣瓶壓力逐漸下降，當氣瓶壓力接近2.0 MPa時，需要及時更換新充裝的氣瓶，以確保井安系統(tǒng)動作的可靠性。由于氣田單井遠離氮氣充裝廠家、拉運距離遠、單井分布點多面廣，且因氮氣消耗量不相同導(dǎo)致更換時間不一致等，氣田每年用在氮氣購買、轉(zhuǎn)運上、更換安裝上消耗的費用成本極大。

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GST氣田井安系統(tǒng)使用現(xiàn)狀

1.1 井口安全控制系統(tǒng)主要功能及更換原因

GST氣田開發(fā)采取單井無人值守、集氣站集中分離計量、遠程監(jiān)控方式進行生產(chǎn)。單井井口采用成都中寰流體控制設(shè)備股份有限公司提供的井口安全控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有在井口及集氣支線超壓、火災(zāi)等緊急情況下進行自動關(guān)井功能，也可進行遠程關(guān)井操作。其執(zhí)行氣源為瓶裝氮氣，現(xiàn)場配置15 MPa/40 L氮氣瓶6個（5用1備）。由于執(zhí)行機構(gòu)動作及連接接頭漏失等因素影響，氣瓶儲氣量會逐漸下降，由于現(xiàn)場不具備高壓氮氣充裝條件，需根據(jù)壓力情況不定期對氣瓶進行更換，平均單井更換周期為15 d左右。

1.2 氮氣消耗及費用情況

2018年，GST氣田32口單井共使用氮氣785瓶，由于該氣田單井均處于分散狀態(tài)，遠離氮氣充裝企業(yè)，主要更換流程為先向氮氣生產(chǎn)企業(yè)購買，再分次整車拉運至作業(yè)區(qū)庫房存放，再根據(jù)需要轉(zhuǎn)運至單井井口進行更換。除氮氣購買成本外，氣瓶轉(zhuǎn)運成本較高，核算如下：①單車拉運氣瓶每次40瓶，運行距離140 km（氮氣生產(chǎn)企業(yè)至作業(yè)距離），全年共拉運20車/次，單次運輸費用1 500元，需要費用1500x20-30 000元;②作業(yè)區(qū)至單井井口平均距離約40 km，全年安排車輛轉(zhuǎn)運更換140車/次，單次運輸費用500元，需要費用500x140=70 000兀;③氮氣購買785瓶，每瓶50元，購買成本為50x785=39 250元;④人工成本方面，轉(zhuǎn)運、更換安裝均為本企業(yè)職工，因此僅計算增加的差旅費用。

據(jù)財務(wù)統(tǒng)計，2018年全年用于該項工作所支付差旅費用36 000元。以上四項費用合計為30 000+70 000+39 250+36000=175 250元，均攤至各單井，則單井費用為175 250÷32=5476.56元。

2 可行性分析

2.1 替換措施

GST氣田開發(fā)采用的是中心站集中管理模式，各單井井口產(chǎn)氣通過集氣支線輸往中心站，中心站對單井來氣進行分離、計量后再輸往處理廠進行脫水、脫硫處理，雖現(xiàn)場工藝自動化程度較高，但對于無人值守站，中心站每周仍需安排兩名員工對各單井進行至少一次現(xiàn)場巡檢，中心站配備有巡檢車輛。如果利用中心站每周現(xiàn)場巡檢工作制度，在單井巡檢時對壓力不足的氣瓶現(xiàn)場充裝壓縮空氣，替換原廠家配置的氮氣氣源，對氣瓶及時進行氣源補充，能極大地降低生產(chǎn)成本費用。即利用中心站配備的正壓式空氣呼吸器充氣泵，對使用后的低壓氣瓶進行現(xiàn)場充裝壓縮空氣，取代原有的更換氮氣瓶方式。以達到提高工作效率、降低生產(chǎn)成本的目的。

2.2 替換的可行性

2.2.1 設(shè)備使用的符合性

參閱生產(chǎn)廠家產(chǎn)品使用說明書，該井口安全截斷裝置系統(tǒng)在使用過程中，采用壓縮空氣作為執(zhí)行氣源符合產(chǎn)品使用要求。

2.2.2 設(shè)備對氣源的適應(yīng)性

井下安全閥、采氣樹4號主控閥為液壓控制，但其動力源仍為壓縮氣體。氣液能量轉(zhuǎn)換裝置使用說明明確可以采用壓縮空氣，因此，以壓縮空氣替代壓縮氮氣不會對液壓傳動系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。

2.2.3 充裝設(shè)備的安全性

氮氣瓶采用鋼質(zhì)材料，執(zhí)行GB/T5099-1994標準，換裝相同壓力的壓縮空氣，不會對氣瓶形成危害。

2.2.4 實施條件

該氣田各單井生產(chǎn)場站均安裝有備用電源，無需對現(xiàn)有場站設(shè)備設(shè)施進行改動，只需按壓力等采購加注連接軟管即可實施。

2.2.5 設(shè)備風(fēng)險管控

如果采用現(xiàn)有的中心站配備的壓式空氣呼吸器充氣泵，該泵原配有非防爆電機，可通過加長電纜和管線長度，在門外非防火區(qū)域進行充裝，也可考慮更換為防爆電機;現(xiàn)有充氣泵最高充氣壓力40 MPa，其泵出口安裝有安全泄壓閥，可將安全閥開啟壓力設(shè)置在安全范圍內(nèi);充氣泵充氣管路連接閥門具有帶壓自鎖功能，能確保充氣管路安全泄壓。

2.2.6 操作風(fēng)險管控

采用正壓式空氣呼吸器充氣泵進行氣瓶充裝，涉及機泵操作和壓力容器操作，前者需對操作人員進行培訓(xùn)，后者需要具有壓力容器操作資質(zhì)。

因采氣工均具有相關(guān)壓力容器操作資質(zhì)，因此，只需要對充裝泵的操作進行培訓(xùn)即可。在風(fēng)險管控上，為了確保安全，將該項操作作為關(guān)鍵操作進行管理，編寫關(guān)鍵操作卡并組織操作人員進行現(xiàn)場驗證通過;操作時由一人操作一人監(jiān)護，以確保操作過程安全。

3 實施情況

3.1 設(shè)備準備

利用中心站現(xiàn)有正壓式空氣呼吸器充氣泵能滿足要求，可實現(xiàn)一泵兩用，不用另外采購;采購專用高壓加注軟管兩根，PN35/DN15，長度20m，用于連接氮氣瓶與充氣泵。

3.2 現(xiàn)場實施

自2019-02起，GST氣田集氣中心站利用配備的值班巡檢車輛，隨車攜帶充氣泵，在每周例行巡檢時，對單井生產(chǎn)現(xiàn)場壓力不足的氣瓶，及時進行補充充裝。由于無需另行安排車輛拉運氮氣瓶，也無需安排人員更換，因此時效性和經(jīng)濟性均得到體現(xiàn)。

3.3 預(yù)期效果

由于以往氮氣瓶更換周期一般在半月左右，中心站巡檢周期為每周一次，因此采取以現(xiàn)場充裝壓縮空氣替代瓶裝氮氣的方式，不會對生產(chǎn)造成影響，作業(yè)區(qū)也無需再進行瓶裝氮氣的采購、儲運、更換等工作，全年可節(jié)約生產(chǎn)成本達170 000元以上，經(jīng)濟效益明顯。

4 結(jié)論和建議

在采氣生產(chǎn)現(xiàn)場，對于采用瓶裝氮氣作為自控系統(tǒng)執(zhí)行氣源的設(shè)備，如果使用地點分散、遠離氮氣生產(chǎn)企業(yè)、轉(zhuǎn)運安裝頻繁的，則可根據(jù)經(jīng)濟成本，測算采用現(xiàn)場充裝壓縮空氣替代瓶裝氮氣的可行性。采用現(xiàn)場充裝壓縮空氣替代瓶裝氮氣，相關(guān)設(shè)備、設(shè)施應(yīng)符合安全管理要求。實施前，應(yīng)對操作人員進行必要的培訓(xùn)，提前制訂好相關(guān)操作規(guī)程，且操作人員需先取得壓力容器操作資質(zhì)證書。