壓縮機改缸節能技術分析

丁林　何躍　曾金江　喬川（中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦）

壓縮機改缸節能技術分析

丁林何躍曾金江喬川（中國石油西南油氣田分公司蜀南氣礦）

摘要：氣田進入生產開發后期，產氣量受輸氣壓力和用戶用氣情況的影響隨時發生變化，按照原來氣田生產設計和選型的壓縮機組已不能在工況調節下滿足目前的生產需要，只能維持設備在 50%～70%功率內運行，這不僅加大了設備的機械磨損，增加了維修保養費用，而且使單臺機組的燃料氣消耗大幅度增加。為此，隆昌氣田昌8井增壓站設計并現場實施了壓縮機改缸技術試驗，獲得成功。通過增大壓縮缸徑，增加單次壓縮機處理氣量，提高了機組的運行效率，有效地降低了燃料氣的消耗，為西南油氣田壓縮機能耗的降低提供了參考。

關鍵詞：氣田壓縮機增大缸徑節氣

川南有水氣藏在西南油氣田的開發上處于領先地位，其開發歷程大致可以分為開發早期、中期、中后期3個階段。開發早期階段采取比較簡單的控水采氣和壓水采氣的生產方式。20世紀 70年代到達氣田開發中期階段，采出程度超出 40%，主要依靠單井排水采氣。20 世紀 90年代以來，有水氣藏采出程度都超過了 50%，進入中后期開發。在繼續發展排水采氣的基礎上，開展了排水找氣，同時，處于開發中后期的氣藏，由于地層能量的降低，利用增壓機的抽吸作用降低整個采集輸系統輸壓，可以 最 大 程度地提 高 有 水 氣 藏采收率[1]。

1　壓縮機簡介

1.1壓縮機使用情況

由于壓縮機在氣田的中后期開發中占據重要位置，能最大限度地提高氣田的采收率，因而得到廣泛 的 運 用[2]。 目 前 川 南 地 區 使 用 的 壓 縮 機 主 要 有ZTY265、DPC、M2 等型號，都屬于美國 80～90 年代的整體式容積型壓縮機。此類機組的特點是：機組的動力和壓縮部分共用一根曲軸，呈 180°對稱平衡布置；發動機的動力通過十字頭和曲軸連桿機構傳遞給壓縮機做功；發動機和壓縮機以及部分配套設施安裝在機座上，壓力容器安裝在中體或壓縮缸上，燃料分離器安裝在機座上，構成一臺整體式橇裝機組。

整體式容積型壓縮機的壓縮缸都設計為雙作用型式，但可根據需要拆除進氣閥，進行單作用運行，以實現對排氣量的大幅度調節。壓縮缸組件帶有可調余隙缸，余隙缸安裝在壓縮缸的缸頭端，通過調節余隙活塞的行程調節余隙容積，既可實現壓縮機的最大功率和最大排量的經濟運行，也可滿足部分變工況的要求。但是隨著氣田開采進入中后期，氣田的生產受輸壓的影響越來越大，壓縮機組的工況調節狀況已無法適應氣田的正常生產。

1.2壓縮機組改缸的條件分析

氣田到了生產開發的后期，產氣量受輸氣壓力和用戶用氣情況的影響而隨時發生變化，按照原來氣田生產設計和選型的壓縮機組已不能在工況調節下滿足目前的生產需要，只能維持設備在 50%～70%功率內運行。這樣的運行不僅加大了設備的機械磨損，增加了維修保養費用，更主要的是單臺機組的燃料氣消耗將大幅度增加。而生產現狀需要較低吸壓的大排量壓縮機來提高氣田的采收率，同時降低 燃 料 氣 的 單耗和檢 維 修 成 本[3]。

最直接的有效方式是更換一臺新的壓縮機，選用設計能滿足目前氣田生產的高效壓縮機。然而更換一臺新壓縮機成本在 400 萬元左右，投資太高，又不經濟適用。

其次是讓設備生產單位提供可根據工況需要選擇不同的壓縮缸總成與機身組合，以構成適用不同工況的壓縮缸機組。

根據生產實際需要選擇設計2只壓縮缸進行更換，增大機組每沖程的壓縮處理氣量，提高了機組的效率。改造 1臺壓縮機的成本僅在 60萬元左右。目前已設計開發出適用于整體式天然氣壓縮機的壓縮 缸 系 列 ， 缸 徑 范 圍 4～23in。 適 用 吸 壓 在 0.1～2.5MPa 和排氣壓力在 2.0～16MPa 范圍內的各種型號 的 壓 縮 機 組 （ZTY265-7 y2in × 7 y2in 和ZTY265-9 y2in × 9 y2in 兩 種 型 號 缸 體 的 工 藝 性 能 參數對照表1）。

表1　兩種型號缸體的工藝性能參數

2　壓縮機改缸現場應用實例

昌 8井位于隆昌縣金鵝鎮堰塘灣村七組，1990年投產運行。昌8井增壓站是一個標準化增壓站，采 用 的 是 2 臺 M2 和 2 臺 ZTY265-7 y2in × 7 y2in 的 壓縮機，主要擔負隆昌、龍市、圣燈、界市及黃家氣田低壓氣的增壓輸送任務。使用范圍吸壓為 0.6 ～1.5MPa；排壓為 2～4.5MPa。根據目前的日處理量及 排 氣 壓 力 ， 吸 氣 壓 力 不 能 低 于 0.6MPa， 否 則 ，機組將因壓縮比過高而不能正常運行，即目前昌8井增壓機的抽吸只能將管網平均輸送壓力降至0.6～0.8MPa。

通過前面的分析，隆昌氣田受管網輸壓影響較嚴重，昌8井增壓站的抽吸已不能再進一步降低隆昌氣田的生產輸壓。根據目前昌8井增壓機的生產情況，建議對其增壓機進行技術改造，將ZTY265-7 y2in × 7 y2in 增 壓 機 的 壓 縮 缸 體 改 為 9 y2 in× 9 y2in。 通 過 理 論 計 算 ， 在 吸 氣 壓 力 及 排 氣 壓力 一 定 的 情 況 下 ， 改 造 后 的 ZTY265-9 y2in × 9 y2in增 壓 機 的 日 處 理 氣 量 可 以 從 目 前 的 4.5× 104～ 5.5× 104m3提升 至 8×104～10× 104m3， 從而加 大 昌 8 井增壓機的處理量，使增壓機對管網的抽吸作用加強，進一步降低管網壓力，預計可整體降低管網輸壓 0.3MPa。

昌8井增壓機改造后，預計隆昌低壓管網可整體 降 低 輸 壓 0.3MPa， 隆 昌 氣 田 輸 壓 由 目 前 的 0.9 MPa 降 至 0.6MPa， 龍 市 氣 田 輸 壓 由 1.1MPa 降 至0.8MPa。按照單位壓降采 氣 量 計 算 ， 隆 昌 和 龍 市氣 田 可 以 增 加 氣 量 4201.7× 104m3， 按 目 前 的 采 氣速度 6.2×104m3/d，至少可以多生產 1.9 年，按目前的井口氣價 0.99 元/m3計算，可增加產值 4160 萬 元。

ZTY265-8#壓縮機改缸項目于 2010 年 7 月 26 日開始實施，改造前壓縮機燃料氣安裝了1臺SGQ-50B 旋 渦 流 量 計 。 ZTY265-7 y2in × 7 y2in 壓 縮機 的 壓 縮 缸 改 為 ZTY265-9 y2in × 9 y2in ， 8 月 17 日改 造完成 。 目前 ZTY265-5#和 8#機一備 一 用，主 要使用 8#壓縮機 （圖1）。

圖1　壓縮機改造前后對比

3　壓縮機改缸節能效果分析

2010年 10月，在昌8井站隨機抽取了改造前和改造后的燃料自耗氣數據，進行了節能效果測算。

3.1數據分析

ZTY265-8#機改造前，由于壓縮缸徑小，單次壓縮做功所壓縮的氣量小，因此燃料單耗維持在比較高的水平 （表2）。

表2　ZTY265-8#壓縮機改造前燃料消耗隨機抽取的數據

ZTY265-8#壓縮機改造后，壓縮缸徑增大，提高了機組運行效率。由于處理量加大，降低了吸氣壓力，從而降低了采集輸系統的壓力，對于低壓小產井的挖潛生產也起到了相當大的作用；同時燃料消耗降低 （表3），說明改造后的增壓機效率更高，節能效果更明顯。

表3　ZTY265-8#壓縮機改造后燃料消耗隨機抽取的數據

3.2折線圖分析（圖2）

改造前 有時滿 足不了 處理量 (降低 輸壓)，需 要同時開2臺機組，甚至3臺，能源消耗大，目前只開 1 臺增壓機，大大降低了生產成本。改造后 8#壓縮機組燃料氣單耗節約 150m3，2011 年每天處理大約 10 × 104m3，氣價按 0.99 元/m3計算，年節能成本約27.71萬元。

圖2　ZTY265-8#壓縮機組燃料自耗氣單耗折線圖

4　結論與建議

1）壓縮機改缸工藝的成功應用，提高了機組的運行效率，降低了燃料氣的消耗，為西南油氣田壓縮機能耗的節能減排指明了方向。

2）地面集輸工藝系統的適應性改造有待進一步研究。

參考文獻：

[1]樂宏,唐建榮,葛有琰,等.排水采氣工藝技術[M].北京:石油工業出版社,2011(10):5-10.

[2]鄭娛泉.天然氣壓縮機在中晚期氣田上的應用[J].天然氣工業,1996(16):52-55.

[3]熊光德.一種壓縮機節能降耗技術[J].天然氣與石油, 2002(3):60-61.

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2013.004.012

收稿日期：（2013-01-20）

第一作者簡介：丁林，2009年畢業于西南石油大學 （油氣儲運工程專 業），從事節 能 管理及生 產工作， E-mail：dinglin@petrochina.com. cn，地址：四川隆昌縣金鵝鎮火車外站路 84號，642150。