低壓套管氣回收裝置在油田的應(yīng)用

劉宏云，馬龍娜，匡凱，莫光明，杜志強(qiáng)，何林文

（中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第二采油廠，河北 霸州 065700）

原油在生產(chǎn)過程中，當(dāng)井底流壓低于原油的飽和蒸汽壓力時(shí)，揮發(fā)氣就會(huì)從原油中析出，其中一部分揮發(fā)氣經(jīng)抽油泵泵吸采出到地面，另外一部分積聚到油井套管中形成套管氣。套管氣的主要成分為甲烷、乙烷等烷烴類化合物，還經(jīng)常含有H2S、CO2、CO、H2O等非烴類化合物和有機(jī)雜質(zhì)。對(duì)套管氣的處理，目前常用的方式主要是放空和燃燒兩種，這兩種方式不僅污染環(huán)境，還會(huì)造成套管氣的浪費(fèi)。根據(jù)DB13/2322-2016《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》，明確要求排放不得超過100g/m3，回收效率應(yīng)達(dá)到97%。因此，從安全和環(huán)保兩方面考慮，應(yīng)積極采取回收油田套管氣的技術(shù)措施，有效利用這部分套管氣，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1 套管氣回收現(xiàn)狀

華北油田某采油廠共有600余口生產(chǎn)油井，其中大部分油井可產(chǎn)生數(shù)量不等的套管氣，一般油井都安裝了定壓放氣閥進(jìn)行套管氣回收，該裝置可根據(jù)油井回壓調(diào)節(jié)裝置開啟壓力，當(dāng)套管氣在油套環(huán)形空間中的壓力高于油井回壓時(shí)，裝置開啟，套管氣進(jìn)入到集油管線混輸進(jìn)站，這種方式只適用于氣油比較高、氣量大的油井，但目前仍有240余口油井的套管壓力低于系統(tǒng)壓力，定壓放氣閥無法發(fā)揮作用。對(duì)于這類油井，現(xiàn)場(chǎng)采取的做法是關(guān)閉套管閥門進(jìn)行生產(chǎn)，但這種方式會(huì)使套管存在一定的壓力，造成動(dòng)液面下降，沉沒度降低，嚴(yán)重時(shí)還有可能發(fā)生氣鎖現(xiàn)象，影響油井正常生產(chǎn)，同時(shí)給一線員工進(jìn)行化學(xué)熱洗、清蠟加藥等作業(yè)工作帶來困難。

2 懸抽式套管氣裝置

2.1 工藝原理

經(jīng)過一段時(shí)間的試驗(yàn)摸索，對(duì)幾種回收方式進(jìn)行了對(duì)比，包括直接向大氣排放、電動(dòng)柴油抽氣裝置、自控式套管氣回收裝置和懸抽式套管氣回收裝置等。最后，采用了懸抽式低壓套管氣回收裝置，該裝置借助了抽油機(jī)的動(dòng)力，無需消耗額外的動(dòng)力。

懸抽式低壓套管氣回收裝置由四部分組成，分別是懸繩裝置、增壓抽氣泵、潤滑和過濾裝置，其中懸繩裝置作為連接動(dòng)力源被固定在抽油機(jī)游梁的后端。增壓抽氣泵位于抽油機(jī)三腳架的底部，工藝安裝見圖1。

圖1 裝置安裝示意圖

該裝置的工作原理是利用游梁式抽油機(jī)驢頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)作為動(dòng)力，無需額外增加動(dòng)力，通過懸繩裝置帶動(dòng)抽氣泵進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，抽氣泵的進(jìn)出口都安裝有單流閥，當(dāng)抽油機(jī)上行時(shí)，抽氣泵活塞下行，泵內(nèi)游動(dòng)凡爾打開，氣體被導(dǎo)入到上腔體；當(dāng)抽油機(jī)下行時(shí)，抽氣泵活塞下行，泵內(nèi)游動(dòng)凡爾關(guān)閉，此時(shí)套管氣被吸入到液缸的下腔體，同時(shí)上腔中被壓縮的套管氣進(jìn)入到地面管線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)套管氣的回收。強(qiáng)制潤滑裝置由油箱、手壓泵、油路管線、噴射頭組成，主要為活塞與缸壁提供強(qiáng)制潤滑。

由于套管氣中含有一些輕烴和水，當(dāng)環(huán)境溫度低于水露點(diǎn)或烴露點(diǎn)時(shí)會(huì)析出部分液體，這部分液體容易冷凝，影響裝置的使用效果。因此在采油樹套管氣的出口位置安裝了過濾裝置，使液體回流到油套環(huán)形空間中，延長了整體裝置的使用壽命。

2.2 技術(shù)參數(shù)及裝置特點(diǎn)

目前，該裝置的排氣量和抽氣泵行程有三種規(guī)格，適用于系統(tǒng)壓力≤3MPa，沖次大于8次/min，行程調(diào)節(jié)范圍≤150mm的油井，同時(shí)還適用于叢式抽油機(jī)，可將多個(gè)抽油機(jī)的套管氣回收管路串聯(lián)，只用一套裝置實(shí)現(xiàn)多個(gè)抽油機(jī)的套管氣回收，但考慮到聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)過多時(shí)，會(huì)造成氣壓過大沖擊密封和潤滑裝置，叢式井的數(shù)量不應(yīng)多于5口。技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 懸抽式套管氣回收裝置技術(shù)參數(shù)

該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全環(huán)保，閉環(huán)控制，同時(shí)依托了現(xiàn)有抽油機(jī)的動(dòng)力，可以提高抽油機(jī)動(dòng)平衡效果，安裝位置合理，不影響正常的油井作業(yè)和大修，同時(shí)可根據(jù)氣油比大小調(diào)節(jié)技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)行，成本低，投資回收期短。

3 應(yīng)用效果

將該裝置安裝在兩口油井進(jìn)行試驗(yàn)，通過一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)安裝前11-20井的套壓為0.36-0.6MPa，油壓為0.6-0.7MPa；13-114井的套壓為1.0MPa，油壓為0.2-0.55MPa。安裝后兩口試驗(yàn)油井的油套壓數(shù)據(jù)均有不同程度的下降，收氣量有不同程度的上升，同時(shí)上下電流均無明顯變化，證明該裝置對(duì)抽油機(jī)能耗的沖擊可以忽略不計(jì)。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 兩口試驗(yàn)井的參數(shù)

20口實(shí)驗(yàn)井平均單井日回收套管氣74m3，日回收套管氣1 6 2 7 m3，年可回收利用氣量59.4×104m3，折算可減少自用油473t，回收的套管氣可供站內(nèi)加熱爐實(shí)現(xiàn)燒氣。

4 效益分析

通過在某采油廠中120口抽油機(jī)井安裝套管氣回收裝置，可實(shí)現(xiàn)單井回收氣量34.13m3/d，年回收套管氣4.09×106m3，折合經(jīng)濟(jì)效益約296萬元，回收天然氣用于站內(nèi)伴熱和采暖，減少了自用油的消耗。該裝置投資成本3萬元，預(yù)計(jì)3個(gè)月可回收成本。預(yù)計(jì)可減少185t/d的碳排放（按照CO2進(jìn)行計(jì)算），約67525t/a。按照目前碳排放市場(chǎng)，2019年8月9日天津地區(qū)碳交易價(jià)格為14.74元/t，重慶地區(qū)碳交易價(jià)格最低為5.12元/t，按照平均10元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益67.525萬元。可以減少套管氣對(duì)空氣的污染，減少VOCs的排放，體現(xiàn)了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，同時(shí)也可緩解油地之間的關(guān)系。

5 結(jié)束語

采用懸抽式套管氣回收裝置可以很好地解決低壓套管氣回收困難的問題，該裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無需其他動(dòng)力輔助設(shè)施，對(duì)于套管壓力低于井口回壓的油井也可適用，同時(shí)可以多井組串聯(lián)使用，節(jié)省了設(shè)備和工程建設(shè)投資。但該裝置只適用于抽油機(jī)，對(duì)于用螺桿泵等其他機(jī)械方式采油的油井并不適用。今后應(yīng)完善裝置設(shè)計(jì)，對(duì)工藝上的不足進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)擴(kuò)展伴生氣利用市場(chǎng)，使油田伴生氣的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益達(dá)到最大化。

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