高壓高產氣井放空天然氣回收技術

王亞娟 王洪峰 王小培 朱松柏 聶延波 王敏

（中國石油塔里木油田公司庫車油氣開發部）

庫車山前氣田為西氣東輸主力氣源，試油期間測試放噴天然氣全部放空燃燒，向大氣中排放了大量的二氧化碳和烴類氣體，具有井口壓力超高、井口溫度超高、井口產量超高的特征，尤其是克深區塊試采井的溫度、壓力、產量，最高井口關井靜壓超110 MPa，天然氣回收難度極大，國內外無先例借鑒。

1 背景及現狀

當今社會石油產品供應越來越緊張，天然氣放空造成了極大的浪費和環境污染，加之環保意識的增強和能源可持續發展的要求，放空天然氣回收工作越來越受到重視[1]。冀東油田、勝利油田、大港油田等各大油田公司較早就對天然氣放空的問題非常重視，組織開展了放空天然氣的回收規劃設計工作，并逐步實施[2]。目前各油田公司所使用的天然氣回收利用技術主要有CNG技術和脫烴工藝技術等，CNG技術主要是通過將天然氣進行脫水之后而被壓縮至20 MPa，然后將其充入至專門的CNG拖車之中；脫烴工藝技術主要是外冷脫烴和膨脹制冷脫烴[3]；表1比對分析了5種放空回收方法[4-9]。表2對比了國內外高壓氣田放空天然氣回收現狀。

表1 放空回收方法優缺點對比

2015年庫車山前開展延長測試氣回收初期，采用壓縮機集氣—增壓天然氣回收技術，工藝流程是將高壓天然氣節流降壓后利用壓縮機將低壓管線氣增壓至高壓集輸管網壓力，壓縮機能耗較高，耗電量400 kW/h，此種工藝耗電量非常高。后經3年技術攻關，形成了適用于高壓高產氣井的放空氣高壓分離回收技術，并積極推進測試氣回收新工藝“高壓分離回收技術”的應用。并替代原“集氣—增壓回收技術”，已在庫車山前高壓氣井天然氣回收中成功應用20井次。

表2 國內外高壓氣田放空天然氣回收現狀統計

2 高壓分離回收技術

2016年對“集氣—增壓回收技術”總結的基礎上形成高壓分離回收技術，高壓分離器充分利用高壓氣井自身高壓特點，經分離后直接進入管網，實現安全節能、全自動化、無人值守。

2.1 工藝流程

氣液兩相原料流體經過井口油嘴節流至壓力約10～13 MPa，溫度約40～55℃，流體經高壓分離器進行分離，分離出的天然氣通過氣相出口進入外輸管網。高壓分離器液相進入1.6 MPa低壓分離器再次分離，分離出的油水兩相流體進入計量環保罐后裝入罐車外運（圖1）。

“高壓分離回收技術”主要配置設備包括：高壓分離器、低壓分離器、T型三通、L型彎頭、管線、由壬三通、L型彎頭。

2.2 技術系統

1）低壓配電系統。現場施工運行作業使用電，從變壓器引出主電源至防爆配電柜，分別為高壓分離器、低壓分離器、數采綜合營房、電泵裝油系統及相關自動化儀器儀表、視頻監控、電伴熱等設備供電。另在數采綜合營房配備UPS不間斷電源，為相關自動化儀器儀表及視頻監控進行緊急供電，從而確保現場工藝裝置的安全運行。

2）自動化控制系統。地面控制系統均為撬裝OCS控制器獨立運行，地面壓力信號與現場井口BB井控系統進行聯鎖。當地面撬裝設備壓力高于設定值時自動關井，具有緊急關井聯鎖功能，從而確保運行安全可靠。地面各撬裝采用就地控制與中控室控制相融合，撬塊上的各重要工藝參數的顯示、控制、報警以及各相關邏輯聯鎖保護控制均由中控室DCS+PC系統進行遠程監控。

3）地面數采系統（PLC+PC）。地面數采系統與中控系統相融合，可遠程實時監控各撬裝分離器、降壓流程及大罐所安裝的壓力、溫度，液位及分離器出口產量，原DCS可監控采油樹油壓、套壓及外輸系統各級壓力及溫度，于緊急情況可遠程關井。

3 高壓分離回收技術實施效果

克深區塊單井試油期間開展測試放空氣回收，在鉆井顯示發現良好后，開始組織測試氣回收，由承包商鋪設回收管線，并在井場連接好回收氣設備，試油放噴開始后直接開展放空氣回收，大大減少天然氣放空，降低耗電量，實現節能減排，保護環境，取得了良好的效果。

3.1 降低耗電量實現節能減排

采用高壓分離器回收放空氣技術運行用電量為5 kWh，主要用電設備為設備儀表、控制系統、鍋爐、循環泵及加藥泵。每年按照回收100天工作量，相比“集氣—增壓回收技術”，30×104m3壓縮機耗電量400 kWh，高壓分離回收技術項目實施后，年度可節約用電量100=94.8×104kWh。高壓分離回收技術的應用，每年可節省電費58.78萬元，實現每年利潤總額為181.07萬元。

3.2 節約標準煤減少碳排放

2016—2017年利用高壓分離技術共開展20井次放空氣回收，共回收天然氣超4.37×108m3，減少碳排放量75.15×104t，節約標煤28.68×104t，實現節能減排。

圖1 高壓分離回收技術工藝流程

4 結論及前景

放空氣回收技術在未來的天然氣開發中具有良好的應用前景，“十三五”期間庫車山前新區預計完鉆新井92口，按照新井開展延長測試1個月算，“十三五”期間可回收天然氣約10.89×108m3，創純利潤約9.2億元。

21世紀是天然氣時代，該技術對于國內其他氣區天然氣回收具有借鑒意義，按照集團公司“十三五”規劃，未來將在塔里木、鄂爾多斯、柴達、川渝等地區建成超過10×1010m3的大氣區，天然氣回收技術將會有巨大的應用前景。