油田伴生氣回收技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)策*

趙智瑋，金業(yè)海

(中國石化勝利油田分公司，山東東營 257000)

0 前言

伴生氣是在油田開發(fā)過程中伴隨原油一起采出的天然氣。以前，一些低產(chǎn)量的伴生氣因回收成本高，直接排放到大氣中，造成大氣環(huán)境污染。隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)，油田伴生氣禁止直接排放到大氣環(huán)境中，這給油田伴生氣回收提出了更高的要求[1,2]。近幾年，某油田不斷開發(fā)油井伴生氣回收利用技術(shù)。某油田約有60%的油井含有伴生氣，其中，氣量小于100 m3/d的井約占86.3%，套壓小于0.5 MPa的井約占74.0%，套壓小于1 MPa的井約占86.2%，整體呈現(xiàn)氣量小、套壓低的特點(diǎn)。

伴生氣主要成分是烷烴類，與石油同為不可多得、不可再生的優(yōu)質(zhì)資源[1]，若能完全回收，既減少大氣污染，又收集儲(chǔ)存了優(yōu)質(zhì)能源，因此應(yīng)把伴生氣的回收利用放在油田開發(fā)工作的重要位置，并積極開展伴生氣回收技術(shù)研究。

1 某油田伴生氣治理現(xiàn)狀

1.1 某油田伴生氣治理技術(shù)

現(xiàn)階段，某油田最常用的伴生氣治理技術(shù)為油套連通、燃燒利用[3]，其中油套連通技術(shù)占84.5%。油套連通技術(shù)是采用定壓放氣閥控制套壓，根據(jù)油壓大小調(diào)好壓力，釋放套管氣，并防止液體回流入井筒，適用于套壓大于回壓的井，一般氣量大于50 m3/d以上。該方法可自動(dòng)回收套管氣，安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是套壓小于回壓時(shí)不能回收，定壓放氣閥冬季易凍堵，影響控氣效果，閥體內(nèi)部的彈簧易腐蝕造成開關(guān)困難，個(gè)別高套壓井油套連通后會(huì)造成計(jì)量站干線壓力高[4]。

燃燒法占某油田伴生氣回收利用的13.6%，可用于水套爐加熱、拉油井多功能罐加熱以及崗位值班室、注采站取暖，優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，節(jié)約電能，但是部分井燃燒排放不達(dá)標(biāo)會(huì)造成環(huán)境污染。燃燒利用單井消耗氣量至少30 m3/d。

某油田約有1 000余口低套壓井采用憋壓生產(chǎn)的方式，這種方式能夠使部分伴生氣溶解在產(chǎn)出液中進(jìn)入泵筒從而舉升到地面，無需額外地面裝置。但也存在兩點(diǎn)問題：一是隨著套管壓力升高，溶解在原油中的天然氣增加，氣蝕作用也隨之增強(qiáng)，進(jìn)入泵筒后，伴隨著溶解氣及凝析氣的析出、氣蝕作用的發(fā)生，抽油泵的液體充滿度會(huì)有所降低，進(jìn)而影響泵效；二是套管壓力升高，油套環(huán)行空間氣柱增長，動(dòng)液面下降，泵的沉沒度減小，當(dāng)套管壓力每升高0.1 MPa時(shí)，油套環(huán)行空間液面將下降約10.2 m。

針對(duì)部分井憋壓生產(chǎn)的問題，某油田研發(fā)了移動(dòng)式油井套管氣回收裝置。該裝置由一次油氣分離器、高壓連接軟管、單流閥、智能旋渦流量計(jì)、二次油氣分離器、天然氣壓縮機(jī)、安全報(bào)警裝置、自動(dòng)控制儀表盤、防暴控制開關(guān)箱等組成，見圖1。能夠使天然氣由天然氣壓縮機(jī)進(jìn)口的0.1 MPa升高為1.6 MPa,從而使增壓后的天然氣經(jīng)智能旋渦流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入集油干線內(nèi)[4]。

圖1 移動(dòng)式套管氣回收裝置結(jié)構(gòu)示意

此外，某油田還應(yīng)用了100余套壓縮機(jī)進(jìn)行伴生氣回收，壓縮后的伴生氣有些直接進(jìn)入井口流程，有些與井組伴生氣一同壓縮后燃燒加熱水套爐。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是壓縮機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)啟停，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不合理易導(dǎo)致部件失去潤滑而損壞，維修保養(yǎng)復(fù)雜。

除以上4種回收方式外，某油田經(jīng)過多年研發(fā)探索，形成了多種伴生氣回收方式，并開展小范圍的試用。不同伴生氣治理技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

1.2 目前伴生氣治理存在的問題

某油田目前形成的伴生氣治理技術(shù)絕大部分只適合氣量較大的流程井，當(dāng)氣量小于100 m3/d時(shí)，除油套連通和無動(dòng)力回收裝置以外，其他幾種回收方式的經(jīng)濟(jì)性無法保證。

除流程井以外，某油田還有約2 000口拉油井，這類井的伴生氣治理方式較單一，如果氣量較多，則采用多功能罐作為儲(chǔ)油罐，伴生氣在多功能罐中燃燒，加熱罐內(nèi)產(chǎn)出液。但如果氣量無法滿足多功能罐的加熱需求，則仍舊采用高架罐作為儲(chǔ)油罐，伴生氣和揮發(fā)氣直接排到大氣中。如何在最經(jīng)濟(jì)的條件下最大限度地利用好這些邊遠(yuǎn)單井伴生氣，為油田節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)盡可能地創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用[5]，是必須要考慮的問題。

表1 某油田伴生氣治理技術(shù)對(duì)比

2 技術(shù)方案

采油廠拉油點(diǎn)日常的使用開支主要為電費(fèi)、運(yùn)輸、人工、設(shè)備損耗等費(fèi)用。在這些費(fèi)用中降低電費(fèi)是最切合實(shí)際的。降低電費(fèi)也就是降低耗電量，因此改進(jìn)思路就是將伴生氣作為燃料，產(chǎn)生電能或者替代電能，達(dá)到降低電費(fèi)的目的。據(jù)此提出了一種適合小氣量高架罐拉油井的伴生氣治理方案。該方案的核心是將高架罐設(shè)計(jì)為可電液聯(lián)合加熱的密閉容器，伴生氣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理后直接加熱高架罐內(nèi)產(chǎn)出液。方案由兩大部分組成：伴生氣防凍堵回收技術(shù)和伴生氣凈化利用技術(shù)。

2.1 伴生氣防凍堵回收技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，管線凍堵是造成伴生氣回收裝置失效的主要原因。伴生氣凍堵發(fā)生在冬季，原因是伴生氣含大量水氣，在通過定壓放氣閥時(shí)節(jié)流降溫導(dǎo)致閥體凍堵，也會(huì)在管線內(nèi)壁冷凝堵塞管道。根據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)了U形管防凍堵裝置，見圖2。該裝置接在井口，伴生氣經(jīng)過定壓放氣閥以前先在多組U形管內(nèi)運(yùn)移，氣體內(nèi)的水氣在U形管壁上冷凝回落進(jìn)入集液槽。經(jīng)過多組U形管道后，伴生氣內(nèi)的水氣含量大幅降低，去除水氣以后的伴生氣再通過定壓放氣閥，避免閥體和后端排氣管線凍堵。這一裝置不包含任何活動(dòng)部件，可靠性高。

圖2 U形管除濕器

2.2 伴生氣凈化利用技術(shù)

2.2.1結(jié)構(gòu)組成

該套裝置主要由伴生氣凈化、伴生氣利用兩大部分組成。井口伴生氣經(jīng)過除硫(按需)、除濕、除雜、壓縮、存儲(chǔ)穩(wěn)壓、減壓燃燒后對(duì)高架罐進(jìn)行加熱。工藝流程見圖3，結(jié)構(gòu)組成見圖4。

圖3 小氣量高架罐拉油井伴生氣治理工藝流程

圖4 小氣量高架罐拉油井伴生氣治理裝置結(jié)構(gòu)組成

2.2.2技術(shù)原理

a) 密閉高架罐。密閉高架罐為壓力容器，頂部設(shè)有捕霧裝置、定壓閥和安全閥，底部在現(xiàn)有高架罐電加熱基礎(chǔ)上加裝燃燒火筒，罐內(nèi)伴生氣和揮發(fā)氣體超過定壓閥的設(shè)定壓力即可排出，進(jìn)入伴生氣凈化利用流程。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)點(diǎn)火技術(shù)，自動(dòng)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的產(chǎn)出液進(jìn)行加熱，亦可與四化建設(shè)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

b) 伴生氣凈化?？紤]到加熱效率和環(huán)保問題，在燃燒伴生氣以前應(yīng)先經(jīng)凈化處理。對(duì)于含硫伴生氣，需先采用固體除硫裝置去除伴生氣的硫以后再進(jìn)行下一步凈化。對(duì)于濕氣和雜質(zhì)，采用物理方法(重力分離和冷凝)去除，凈化后的氣體被壓縮，儲(chǔ)集在儲(chǔ)氣罐內(nèi)。整套伴生氣凈化裝置為撬裝式，儲(chǔ)氣罐裝有壓力監(jiān)測(cè)部件，當(dāng)氣壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，先經(jīng)減壓而后燃燒加熱密閉高架罐內(nèi)的產(chǎn)出液，從而達(dá)到伴生氣利用的目的。

c) 壓力平衡。由于密閉高架罐的氣體和液體被裝在同一個(gè)密閉空間內(nèi)，當(dāng)液體裝太滿時(shí)，氣體的空間勢(shì)必會(huì)減少，此種情況下如果運(yùn)輸車來拉油，密閉高架罐內(nèi)的少量氣體無法對(duì)抗大氣壓將液體排到拉油車內(nèi)。為了解決這一潛在問題，密閉高架罐和儲(chǔ)氣罐之間用壓力平衡管線連接，當(dāng)運(yùn)輸車輛來拉油時(shí)，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體對(duì)密閉高架罐內(nèi)的壓力進(jìn)行平衡，有助于產(chǎn)出液排出，從而解決液體裝太滿無法排出的問題。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本套裝置將伴生氣作為燃料，替代電能進(jìn)行產(chǎn)出液加熱。電的發(fā)熱當(dāng)量為3.6 MJ/kWh，伴生氣發(fā)熱當(dāng)量為42 MJ/m3，1 m3伴生氣發(fā)熱量相當(dāng)于11.7 kWh的電。按照電價(jià)平均0.85元/kWh，伴生氣2.00元/m3，則可得到電加熱費(fèi)用是伴生氣加熱費(fèi)用的4.97倍?，F(xiàn)在某油田高架罐每臺(tái)裝有2根電熱棒，單根電加熱棒功率為20 kW。若每個(gè)偏遠(yuǎn)單井每天回收10 m3伴生氣進(jìn)行儲(chǔ)罐加熱，則每口井每天可節(jié)約電加熱費(fèi)用1.2萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)論及建議

a) 某油田已經(jīng)研發(fā)出多種伴生氣治理裝置并投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了流程井和大氣量拉油井的伴生氣回收，節(jié)約了大量?jī)?yōu)質(zhì)天然資源。

b) 針對(duì)小氣量拉油井無有效回收技術(shù)的問題，形成了一套小氣量高架罐拉油井的伴生氣治理方案，實(shí)現(xiàn)小氣量伴生氣的現(xiàn)場(chǎng)回收應(yīng)用，解決高架罐氣體排空問題，減少了電能消耗。

c) U形管除濕器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無活動(dòng)部件。除用在拉油井以外，還可以單獨(dú)用于流程井解決冬季管線凍堵問題。與具有防凍堵功能的定壓放氣閥相比，U形管除濕器不存在彈簧腐蝕失效等問題，可靠性更高。

d) 由于不同拉油單井的氣量不同，為了進(jìn)一步貼合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，下一步應(yīng)針對(duì)不同氣量，開展裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)裝置型號(hào)的系列化。