多種套管氣回收技術簡析

劉倩*

（中國石油華北油田公司第三采油廠工程技術研究所）

隨著地層壓力的降低，原油采出液中的溶解氣會逐步析出，集聚在油套環形空間，這部分氣稱為套管氣。套管氣含大量烷烴，有的還含有硫化氫氣體［1］。當套管氣積聚到足以使套管壓力大于系統生產壓力時，定壓放氣閥開啟，套管氣進入生產系統；當套管壓力等于或低于系統壓力時，定壓放氣閥不能開啟，套管氣無法進入生產系統。為避免造成套管憋壓、動液面下降或氣鎖現象而影響油井正常生產，不得不放空套管氣。部分需要加藥的油井，加藥時需放空套管氣。套管氣直接放空會造成能源浪費、環境污染和安全隱患。套管氣回收技術的應用既可避免資源浪費又可解決套管氣放空造成的大氣污染問題。

1 套管氣回收技術

華北油田通過技術改造和創新，采用懸抽式、自控式、噴射式和可拆卸式套管氣回收裝置對套管氣進行回收利用。

1.1 懸抽式套管氣回收裝置

1.1.1 工作原理

懸抽式套管氣回收裝置主要由懸繩裝置、增壓抽氣泵、潤滑裝置、過濾裝置四部分組成。增壓抽氣泵安裝于抽油機三角架的底部，泵進出口安裝有單流閥，以抽油機游梁上下往復運動為動力，由固定在抽油機游梁后端的懸繩裝置拉動增壓抽氣泵活塞，同步往復運動。活塞上行時套管氣從下腔進氣，活塞下行時下腔氣體導入上腔，同時上腔的壓縮氣體進入管線。潤滑裝置為活塞與缸壁提供強制潤滑。裝置示意圖見圖1。

圖1 懸抽式套管氣回收裝置示意圖

1.1.2 裝置特點及應用

懸抽式套管氣回收裝置結構簡單、安裝便捷、密閉循環、安全可靠、維修方便，不影響油井正常生產和修井作業，壽命較長；以抽油機往復運動為動力，無需額外動力，安裝前后檢測電流無變化，能提高抽油機平衡效果；根據氣量大小調整參數，可連續或間歇操作，實現間抽；對叢式井可根據氣量大小選擇不同的規格，實現多口井并聯回收。

懸抽式套管氣回收裝置適用于抽油機井或井數少于5口且系統壓力不大于3 MPa的叢式井，避免套管氣量過大對管輸流體有較大沖擊。

懸抽式套管氣回收裝置單個裝置投資費用約3×104元，投資周期短，見效快。

采油一廠對9口油井安裝了懸抽式套管氣回收裝置進行試驗，由于各單井氣液比不盡相同，可回收套管氣約30～300 m3/d，平均單井日回收天然氣105 m3。對叢式井井場相鄰抽油機井采用并聯共用一套回收裝置，節約了投資費用。

1.2 自控式套管氣回收裝置

1.2.1 工作原理

自控式套管氣回收裝置是運用流體力學理論，在油井正常的抽排液過程中，回收裝置無需任何外動力和有效功耗即可運行。回收低壓套管氣，使套管氣與油井液體同時進入生產集輸管線，在聯合站集中回收利用，達到在無功耗的情況下回收套管氣的目的［2］。該裝置在上沖程時，采出液由生產閥門流出充滿排液缸并推動活塞向右行進，行進中從套管中抽氣進入氣缸。由于排液缸與氣缸的兩個活塞通過連桿連接，所以氣缸活塞也向右行進。下沖程時，井口壓力低于集油管線壓力，氣缸活塞連同排液缸活塞向左側行進，套管氣通過排氣單流閥進入排液管線與采出液混合后進入集油管線。

1.2.2 裝置特點及應用

自控式油井套管氣回收裝置為負壓抽氣裝置，安裝后不增加套管壓力，可解決低沉沒度油井套管氣的回收問題。該裝置與集油管線融為一體，即便活塞密封失效，套管氣也不會泄漏到大氣中，杜絕了安全和環保事故隱患；無潤滑點，壓縮裝置沒有呼吸通道，缸體不會發生冷凝、凍結、結垢；系統相對獨立，流程短；裝置設有排液旁通管匯及過載安全保護閥。其結構尺寸較大，需要有足夠的安裝空間。

自控式油井套管氣回收裝置適用于高寒地區，日套管氣逸出量100 m3以下且系統壓力不大于3 MPa的油井。單個裝置投資費用約2×104～4×104元。裝置示意圖見圖2。

圖2 自控式套管氣回收裝置示意圖

二連油田20口油井安裝了自控式套管氣回收裝置進行試驗，現場試驗裝置內徑均為90 mm，適用于單井日產氣5～100 m3。安裝前后上下沖程電流及油壓沒有明顯變化，說明自控式油井套管氣回收裝置不影響抽油機平衡。套壓較之前降低了50%～90%，基本上與油壓形成了最有利的微正壓關系，運行穩定可靠。經聯合站總氣量統計，實驗井日回收套管氣共1 627 m3，平均單井日回收氣74 m3，年可回收利用氣量59.4×104m3。回收的套管氣可用作燃料氣供站內加熱爐，折算可減少自用油473 t。應用效果見表1。

表1 自控式套管氣回收裝置應用效果統計表

1.3 噴射式套管氣回收裝置

1.3.1 工作原理

噴射式套管氣回收裝置利用了噴射引流的原理，由吸氣室、混合室、擴壓室組成。采出液從生產閥門流入液體入口后，突然變徑節流，造成液體出口的壓力降低；利用兩者壓差，低于氣體入口壓力時，套管氣進入吸氣室；隨后進入混合室與采出液進行混合，再經過擴壓室增壓至高于集輸管網壓力流入集輸干線，進行外輸［3］。裝置示意圖見圖3。

圖3 噴射式套管氣回收裝置示意圖

1.3.2 裝置特點及應用

噴射式套管氣回收裝置尺寸小、結構簡單，易加工；無行進機構，不易損壞，無需額外動力；與采出液混合后流體穩定，對集輸管網沒有沖擊。裝置的主要技術參數需根據不同油井工況進行多次試驗和優化。其變徑角度、變徑大小、混合室的水平長度、混合室的直徑以及擴壓室的擴張尺寸需要針對現場工況進行有效試驗。

由于裝置需先降壓再進行升壓，所以要求油管壓力不宜過小。適用于油壓和套壓雙高的油井，要求系統壓力不小于1.0 MPa。整個裝置投資費用約0.5×104元。

采油二廠岔31-65抽油機井出油管線回壓為1.2 MPa，套壓1.0 MPa，原定壓放氣閥不工作。安裝了噴射式套管氣回收裝置后，平均每天回收天然氣21.5 m3，套壓由1.0 MPa降至0.45 MPa。試驗兩個月共回收天然氣1 353 m3，現場試驗效果較好。

1.4 可拆卸式套管氣回收裝置

1.4.1 工作原理

可拆卸式套管氣回收裝置是根據單向閥及受力平衡原理設計。裝置兩端為快速接頭，將出油管線和出氣套管線連通，具有開關、單流和除雜的功能。這種易拆裝便攜式油套連通裝置包括連接短節、連接管和三通。在連接短節與連接管之間固定安裝有定壓單流閥，在連接管與三通之間固定安裝開關閥，在三通的一個出口上安裝壓力表。該裝置采用現場常用部件快速組裝而成。當需要對套管氣進行放空時，將套管內的氣體引入到油管管線內，在放空套管氣的同時，加速油管管線內流體的流動。與定壓放氣閥的原理相同，當套壓小于或等于油壓時，由于氣相單流閥的存在，連通器不工作；當套壓大于油壓時，打開球閥，利用套管氣的沖擊力將氣體由套管打入油管，隨集輸管線進入聯合站后再進行氣液分離［4］。裝置示意見圖4。

圖4 可拆卸式套管氣回收裝置示意圖

1.4.2 裝置特點及應用

整個裝置簡單小巧，可隨身攜帶，主要由一根撓性軟管組成。但由于撓性軟管一般口徑較小，氣量較大的井在排氣瞬間容易造成快速接頭滑脫。如果氣中攜液或雜質造成連通器阻塞，氣鎖之后再使用該裝置就無效。對于未安裝任何套管氣回收裝置的油井，在修井或熱洗作業前，使用該裝置回收套管氣，可以避免對正常作業的影響。

采油三廠作業大隊每個作業班組均配備了1～2套可拆卸式套管氣回收裝置，用于每次洗井或修井作業前的氣體回收。路43-21井由于原油中的蠟質將泵中凡爾卡住，采出液無法被泵抽至油管中，必須進行洗井作業。作業前套壓保持在0.7～1.0 MPa，油壓0.4～0.6 MPa，設置裝置中的氣流單向閥開啟最小壓差為0.1 MPa。安裝了可拆卸式套管氣回收裝置后，套管內氣體壓力不斷降低直到套壓和油壓基本相等時，將油套連通器拆卸下來，隨后進行洗井作業。整個操作過程簡單方便，后期進行熱污水及洗井液頂替時流速均勻，不影響洗井效果。

2 環保效益分析

采油一廠共在120口抽油機井安裝了89套懸抽式套管氣回收裝置，預計單井平均日回收氣量約34.14 m3，每天回收4 097 m3天然氣。參照發改辦氣候[2011]1041號《省級溫室氣體清單編制指南》中油田天然氣二氧化碳排放系數為2.162 2 kg/m3，折合計算減少溫室氣體（以二氧化碳計）排放8.85 t/d。

采油二廠在20口井安裝了噴射式套管氣回收裝置，預計單井平均日回收氣量約90.2 m3，每天回收1 804 m3天然氣，折合計算減少溫室氣體（以二氧化碳計）排放約3.9 t/d。

二連分公司在150口井安裝了自控式套管氣回收裝置，預計單井平均日回收氣約44.82 m3，每天回收6 723 m3天然氣，折合計算減少溫室氣體（以二氧化碳計）排放約14.53 t/d。

三個采油廠共計每天可減少27.28 t碳排放，折合每年約8 184 t。目前碳排放市場，2018年7月10日北京地區碳交易價格為69.1元/t，預計每年可創經濟效益56.55×104元。套管氣處理后可不再考慮VOCs（揮發性有機物）的排放問題。

3 結束語

四種套管氣回收工藝各具特點，可根據優缺點及適用范圍，綜合考慮油井的位置、地質特征、油井生產等情況，選擇適合的套管氣回收裝置。

對于叢式井較多（井數≤5）且系統壓力不大于3.0 MPa的抽油機井可優先選用懸抽式套管氣回收裝置；冬季氣溫低的地域且產氣量小于100 m3/d的油井，為避免低溫在套管氣中形成水合物，造成管線冰堵，應優先采用自控式套管氣回收裝置；對于油壓、套壓雙高，同時系統壓力大于1.0 MPa的油井，可優選噴射式套管氣回收裝置；未安裝任何套管氣回收裝置的油井，在修井或洗井作業前安裝可拆裝式油套連通器回收裝置以保證人員和設備安全。