井口伴生氣回收研究及利用

王 勇 周元甲 趙 鵬 王文武

1.西安長慶科技工程有限責任公司，陜西 西安 710018；

2.中國石油長慶油田分公司機械制造總廠，陜西 西安 710018

0 前言

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的能源，迅速地得到廣泛應用。 面對越來越緊張的天然氣資源和日益增長的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要， 以及社會生活對天然氣的需求，井口伴生氣回收治理已成為油田提高伴生氣產(chǎn)量，節(jié)能減排的重要措施之一［1］。

地處鄂爾多斯盆地的中國石油長慶油田，具有站點多、分布廣且井場布置分散，分布區(qū)域廣泛的特點。 在油田采油生產(chǎn)過程中，由于井口伴生氣量小，難以形成經(jīng)濟利用價值，大多被直接排放或燃燒，既浪費了寶貴資源，又污染了環(huán)境。 目前在某些區(qū)塊使用定壓閥回收套管氣，取得了良好的經(jīng)濟效益。 但是在一些低滲透油田，由于油層壓力低無法使用定壓閥回收， 只能放空處理。據(jù)統(tǒng)計中國石油長慶油田井場平均放空量達400 Nm3/d，造成極大的資源浪費和環(huán)境污染。 因此，有必要開展經(jīng)濟回收井口伴生氣的研究工作［2］。

1 采油原理

采油工藝普遍采用抽油機、抽油桿及抽油泵組成的抽油裝置，結構見圖1。

圖1 采油工作原理

原油開采過程中, 不同的油層具有不同的原始油氣壓力p1。 一定的油氣量經(jīng)過油層以及壓力砂層滲透到套管內(nèi)， 克服流動阻力后的剩余壓力為p2。 在一定的油層結構中，不同的油量其流動阻力也不同，所以p2隨著采油量的大小也將變化。 采油量越大則剩余壓力p2就越小。 由圖1 中可知：

p2=p3+hρ

式中：p3為套管氣壓力，MPa；h 為套管內(nèi)原油動液面高度，m；ρ 為原油密度，kg/m3。

放空套管氣降低壓力，可提高動液面高度；提高套管氣壓力，將使動液面高度下降。動液面高度下降的極限高度是當活塞上行抽油時， 動液面高度不能低于油管底閥所處高度。 動液面下降至極限高度時，套管氣壓力p3所能達到的值也就是正常采油時套管氣壓力所能達到的最大極限值。 因此，增加泵掛深度，可提高套管氣壓力p3。

另一方面，減少采油量可提高p2值，p3值同時升高。由此可知：在采油量一定的情況下，提高或降低套管氣壓力只是引起動液面的降低或升高而對抽油量不產(chǎn)生影響。

在采油量一定時，只要地層原始油氣壓不變，則p2就是一個定值，此時若關閉套管氣放空閥，套管內(nèi)氣壓就會逐漸上升，同時動液面逐漸下降。當p3升高到大于輸油管井口回壓p4時， 如果動液面的下降并沒有影響到套管內(nèi)原油正常通過底閥進入油管向外輸油， 則套管氣就可通過定壓閥直接進入輸油管線，隨原油一起向下游輸送。

因此如何保證油液面高度是提高抽油效率的關鍵。油液面高度受套管內(nèi)壓力影響較大。 若在井口使用定壓閥回收套管氣匯入輸油管線時， 勢必增加套管內(nèi)壓力，影響管內(nèi)油液面高度。 因此在保證正常采油的情況下，采用下述方法回收井口伴生氣［3-4］。

2 井口伴生氣回收技術

2.1 定壓閥回收技術

定壓閥回收裝置見圖2，由于定壓閥結構簡單，成本低，因此在許多站場得到廣泛應用。 采用定壓閥回收套管氣時主要分析以下工況：沉沒度即泵深與動液面的差值偏小；井口回壓較正常值高；井口回壓波動。 目前結構形式的定壓閥需經(jīng)常設定開啟壓力以滿足井口回壓變化要求，為了減少工作量，一般設定定壓閥開啟壓力值高出井口回壓。 在冬季氣溫低時，定壓閥啟閉時間延長，導致出現(xiàn)定壓閥凍堵、開啟不靈敏等現(xiàn)象。

定壓閥回收工藝中存在的問題：若井口回壓值小于設定的定壓閥壓力值，則套管氣無法排出，嚴重影響采油生產(chǎn)。 為解決這一矛盾，有的站場采用小型壓縮機組回收裝置。

圖2 定壓閥回收裝置

2.2 壓縮機組增壓回收技術

壓縮機組增壓回收裝置見圖3， 是采用在井口安裝小型壓縮機，將井口伴生氣引入壓縮機入口，采用連續(xù)增壓的方式將井口伴生氣外輸至下游接轉站或聯(lián)合站，再輸至輕烴處理廠進行處理加工成LNG。

圖3 壓縮機組增壓回收裝置

在中國石油長慶油田采油一廠王南區(qū)采用壓縮機組增壓回收產(chǎn)量較大的井場套管氣，實際測試回收的套管氣日平均氣量為1 600 m3，降低井口回壓0.2～0.4 MPa，減少抽油機動力耗能15%以上。

在井場中采用壓縮機組增壓回收技術能充分回收井口伴生氣，但由于井場分布點多、面廣，采用該技術成本高，且由于壓縮機組露天布置，雨雪天氣等外界環(huán)境條件會嚴重影響壓縮機組增壓效率和使用壽命。 因此壓縮機組增壓回收技術適宜用在井口伴生氣量較大的單井井場，或由多個單井組成的叢式井場［5-6］。

2.3 增壓泵回收技術

增壓泵回收技術是在綜合了定壓閥回收技術、壓縮機組增壓回收技術的優(yōu)點后開發(fā)的井口伴生氣回收技術，增壓泵內(nèi)部結構見圖4。 工作原理：將增壓泵掛在抽油機油梁上，氣缸體與抽油機支架鉸接，柱塞上部與油梁鉸接。 當抽油機抽油桿向上工作時，抽油機油梁帶動活塞向上動作，在泵的底腔形成負壓，此時來氣壓力0.3 MPa，大于增壓泵底腔的壓力，氣體打開單向流動閥進入泵的底腔。 當抽油機抽油桿行至上止點轉換方向，抽油桿向下運動，同時帶動活塞桿向下運動壓縮底腔的氣體至0.7 MPa，外輸至輸油管線。 同時在增壓泵活塞桿向下作用的同時，增壓泵頂腔形成負壓，氣流在一定的壓力下沖開頂部單向流動閥，進入泵頂腔。 當抽油機運行至下止點時，轉變方向對頂腔氣體進行壓縮至0.7 MPa，然后外輸，底腔處于吸氣狀態(tài)。 抽油機抽油桿上下動作的過程完成一個工作循環(huán)。 增壓泵是利用抽油桿在上下作用時通過油梁對套管泵活塞桿作用， 繼而通過對氣體作功來實現(xiàn)增壓目的。 套管氣增壓泵所需要的能量主要是抽油機所消耗的電量， 即電機通過減速箱傳遞給活塞桿上的扭矩。 增壓泵回收技術具有降低井口回壓，提高井底泵的效率，消除井底泵氣鎖現(xiàn)象發(fā)生的特點［7-8］。 增壓泵在長慶油田侯南作業(yè)區(qū)測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 增壓泵測試數(shù)據(jù)

3 結論

通過對抽油機井下抽油原理的分析，提出了井口伴生氣的回收技術和方法，分析和比較了井口伴生氣回收中的定壓閥回收技術、壓縮機組增壓回收技術和增壓泵回收技術，特別是新近研制成功的增壓泵回收技術。 該技術吸收了定壓閥回收技術和壓縮機組增壓回收技術的優(yōu)點，具有能耗低、安裝簡單、維護方便、回收氣量大的特點。 該技術的推廣應用不但可回收井口伴生氣，減少環(huán)境污染，而且能使過去被燒掉的伴生氣資源得以綜合利用，社會效益顯著。 該項技術的應用成果可推廣到中國各大油田以及邊遠井場的伴生氣回收。

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