氣田增壓外輸用天然氣壓縮機(jī)的選型與應(yīng)用效果

劉仲禹，白俊生

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西西安 710065）

1 引言

延969井區(qū)靖2集氣站，隨著氣田開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，氣井壓力、產(chǎn)量不斷下降，部分井口壓力太低，從而導(dǎo)致產(chǎn)出氣進(jìn)入不了集輸系統(tǒng)，這不但減少了氣田的收益，也是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。為達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)并滿(mǎn)足外輸壓力的要求，盡可能地多采出天然氣，勢(shì)必需要進(jìn)行氣田增壓開(kāi)采的工作，需在集氣站內(nèi)增設(shè)壓縮機(jī)增壓外輸。

靖2集氣站與2016年12月底投產(chǎn)，投產(chǎn)井建成產(chǎn)能8.3×104Nm3/d，運(yùn)行2年以來(lái)，目前該集氣站實(shí)際產(chǎn)量降為4.3×104Nm3/d，實(shí)際外輸壓力難以滿(mǎn)足下游凈化廠5.3 MPa的進(jìn)站壓力需求。因此需要在站內(nèi)增設(shè)一臺(tái)壓縮機(jī)，滿(mǎn)足下游用氣量及用氣壓力需求。根據(jù)氣井的無(wú)阻流量及經(jīng)驗(yàn)配產(chǎn)，增加壓縮機(jī)后，頭兩年穩(wěn)產(chǎn)期，壓縮機(jī)增壓排氣量為8.3×104Nm3/d，將2.4 MPa的井口來(lái)氣壓到5.7 MPa；隨著后期氣井壓力和氣量的衰減，壓縮機(jī)排氣量由穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量8.3×104Nm3/d，逐漸減小到0.5601×104Nm3/d（極限經(jīng)濟(jì)開(kāi)采氣量），來(lái)氣壓力由2.4 MPa衰減到0.66 MPa（極限開(kāi)采壓力），為滿(mǎn)足下游用氣要求，壓縮機(jī)排氣壓力應(yīng)維持在5.7 MPa。

2 壓縮機(jī)組選型概況

天然氣集輸系統(tǒng)常用的壓縮機(jī)主要有離心式和往復(fù)式2種。離心式壓縮機(jī)適用于排量大、流量穩(wěn)定的工況；往復(fù)壓縮機(jī)適用于流量變化幅度較大，增壓壓比大的工況?？紤]到隨著氣田開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)，氣井產(chǎn)量和壓力都是遞減的，壓縮機(jī)需要適應(yīng)變工況并穩(wěn)定運(yùn)行。

由于現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)變壓器容量不滿(mǎn)足壓縮機(jī)軸功率要求，考慮到站內(nèi)自用天然氣可作為燃料氣，故采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。

綜上考慮，最終決定靖2集氣站內(nèi)選用1臺(tái)整體橇裝式往復(fù)式壓縮機(jī)組，2缸一、兩級(jí)壓縮，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并配有減速箱，配套PLC及電氣控制就地柜成套安裝在橇內(nèi)。

壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表1。

由于氣井來(lái)天然氣流量和壓力隨著開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)，均逐步遞減，故壓縮機(jī)處在變工況運(yùn)行環(huán)境。初期，井口來(lái)氣壓力較高，壓比較低，一級(jí)壓縮即可滿(mǎn)足要求；后期，隨著時(shí)間的推移，井口來(lái)氣壓力降低，需求壓比越來(lái)越大，須兩級(jí)壓縮才能達(dá)到排氣壓力要求。同時(shí)為適應(yīng)氣量減少，現(xiàn)場(chǎng)壓縮機(jī)應(yīng)采取頂開(kāi)吸氣閥+打回流的流量調(diào)節(jié)方式。

表1 燃?xì)怛?qū)壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

靖2集氣站往復(fù)壓縮機(jī)采用D型2列2缸設(shè)計(jì)，氣缸均為雙作用型式。

在進(jìn)氣壓力為1.4～2.4 MPa（G） 時(shí)，壓縮機(jī)2個(gè)氣缸均作為一級(jí)氣缸，一級(jí)壓縮，排氣量在34565～83000 Nm3/d。

當(dāng)進(jìn)氣壓力小于1.4 MPa（G） 時(shí)，壓縮機(jī)切換為兩級(jí)壓縮，其中1個(gè)氣缸為一級(jí)氣缸，另1個(gè)氣缸的蓋側(cè)吸氣閥頂開(kāi)，蓋側(cè)端當(dāng)作平衡腔，軸側(cè)端為二級(jí)氣缸工作腔。當(dāng)進(jìn)氣壓力為1.4 MPa（G） 時(shí)的排氣量約為28260 Nm3/d，進(jìn)氣壓力為0.66 MPa（G） 時(shí)，壓縮機(jī)排氣量約為12887 Nm3/d。當(dāng)來(lái)氣量繼續(xù)下降時(shí)可以通過(guò)壓縮機(jī)旁路調(diào)節(jié)流量并根據(jù)進(jìn)氣壓力來(lái)控制回流量，保持進(jìn)氣壓力穩(wěn)定，從而使壓縮機(jī)正常運(yùn)行。壓縮機(jī)工藝氣流程如圖1。

天然氣中含有H2S和CO2，壓縮機(jī)氣缸、活塞、氣閥等從材質(zhì)、加工工藝上必須滿(mǎn)足抗H2S和CO2腐蝕的要求，延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命，減少檢修維護(hù)時(shí)間。

3 壓縮機(jī)組應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

實(shí)施增壓生產(chǎn)后，進(jìn)一步降低了管線(xiàn)和井口壓力，增大了地層與井口的壓差，提高氣井的產(chǎn)氣量顯著。穩(wěn)產(chǎn)期，產(chǎn)氣量由目前的4.3×104Nm3/d提高到氣井投產(chǎn)建成時(shí)的產(chǎn)量8.3×104Nm3/d，穩(wěn)產(chǎn)取得較好的效果，滿(mǎn)足下游用氣需求。

圖1 壓縮機(jī)工藝氣流程

壓縮機(jī)選型配置上，壓縮機(jī)能力的核算按初期最大氣量來(lái)設(shè)計(jì)，但要考慮井口氣量逐年減少的情況，既要求壓縮機(jī)滿(mǎn)足前幾年大流量、低壓比的工況，也要滿(mǎn)足后期小流量、高壓比的工況。壓縮機(jī)采用D型2列2缸設(shè)計(jì)，通過(guò)切換管線(xiàn)上8字盲板方向，改變氣路流向來(lái)實(shí)現(xiàn)一級(jí)壓縮流程改成兩級(jí)壓縮流程。為適應(yīng)氣量減少，壓縮機(jī)應(yīng)采取頂開(kāi)吸氣閥+打回流的流量調(diào)節(jié)方式。同時(shí)解決了高低載荷使用要求的矛盾。前期氣量大，壓縮機(jī)軸功率大，后期氣量減少，壓縮機(jī)所需驅(qū)動(dòng)功率較小。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)相比電動(dòng)機(jī)有更好的驅(qū)動(dòng)功率匹配效果，通過(guò)調(diào)節(jié)燃?xì)庀牧恳约鞍l(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，來(lái)適應(yīng)壓縮機(jī)軸功率的變化，杜絕了“大馬拉小車(chē)”的能量浪費(fèi)的情況。