低壓套管氣回收裝置研制及應用

王 娟 丁海玲 李 崎

(1.中國石油華北油田公司第一采油廠；2.中國石油集團安全環保技術研究院有限公司；3.石油利德建設工程有限公司)

0 引 言

油井在產出原油時伴生大量套管氣，由于套管壓力小于系統壓力，部分套管氣無法隨原油進入生產系統，在給正常生產作業帶來了隱患的同時對環境造成不良影響[1]。近幾年隨著國家對環境保護要求的提高，隨著京津冀一體化建設進程加快，油井套管氣環保問題日益突出。回收這部分低壓套管氣不但能夠減少對環境的污染，還能有效利用這部分套管氣，減少自用油的消耗，達到節能減排的效果[2]。

1 套管氣回收現狀

目前，華北油田第一采油廠日常生產油井千余口，在雄安新區、任丘市、高陽縣城區及周邊有600余口，絕大部分有套管氣產生。其中160余口油井套管壓力大于系統生產壓力，采取安裝定壓放氣閥的方式使其進入生產系統[1]。但仍有540余口油井套管壓力等于或低于系統壓力，無法進入生產系統，造成套管憋壓，動液面下降，嚴重時可能發生氣鎖現象，影響油井正常生產[3]。此外給一線員工化學加藥操作帶來了困難[4]。

2 低壓套管氣回收裝置研發

2015年，華北油田公司第一采油廠為解決任丘市城區低壓套管氣對城區及居民的影響，研發了懸抽式低壓套管氣回收裝置。該裝置依托機械采油現有動力，無需其他額外動力源。

2.1 結構及工作原理

2.1.1 懸抽式低壓套管氣回收裝置結構

懸抽式低壓套管氣回收裝置，主要由懸繩裝置、抽氣裝置、潤滑裝置、過濾裝置4部分組成。其中懸繩裝置固定在抽油機游梁的后端，作為動力源。增壓抽氣泵安裝于抽油機三角架的底部。裝置安裝位置示意見圖1，裝置結構見圖2。

圖1 裝置安裝示意

圖2 裝置結構

2.1.2 懸抽式低壓套管氣回收裝置工作原理

利用抽油機游梁上下往復運動為動力，由懸繩裝置拉動增壓抽氣泵活塞同步往復運動，增壓抽氣泵進、出口安裝有單流閥，活塞下行游動凡爾打開，下腔氣體導入上腔，活塞上行游動凡爾關閉，液缸下腔進氣，上腔壓縮氣體進入輸油管線，實現對套管氣的回收。

強制潤滑裝置由油箱、手壓泵、油路管線、噴射頭組成，為活塞與缸壁提供強制潤滑。

2.2 懸抽式低壓套管氣回收裝置現場實驗

首臺裝置安裝在任870井，效果良好，日回收套管氣200 m3。

在實踐中發現套管氣中含有輕質油和水，冬季輕質油和水易凝結，影響抽氣裝置密封效果。為解決此問題，在抽氣裝置進氣前新增過濾裝置，見圖3，采用自然冷卻方式，使套管氣中的輕質油和水凝結流回套管中，延長了抽氣裝置密封的壽命。

圖3 新增過濾裝置

3 低壓套管氣回收裝置推廣應用

3.1 首批低壓套管氣回收裝置應用

單井平均日回收氣量計算：941÷9=105 m3。2015年，第一采油廠先后在9口采油井安裝了此設備(任85井、任868井、任855井、任862井、任平10井、任平17井、任平1、任平11、任871、任880)，經現場實驗證明，該懸抽式低壓套管氣回收裝置效果明顯。單井平均日回收套管氣105 m3。套管氣回收氣量見表1。

表1 套管氣回收氣量

3.2 第二批低壓套管氣回收裝置應用

2017年在集團公司的支持下，第一采油廠在任南、任北、雁翎三個作業區先后安裝了18臺懸繩式套管氣回收裝置。單井平均日回收套管氣101 m3。套管氣回收氣量明細見表2。

表2 套管氣回收氣量明細

3.3 第三批低壓套管氣回收裝置應用

2018年第一采油廠全面推廣應用低壓套管氣回收裝置，全廠安裝了94套懸抽式低壓套管氣回收裝置，同時將30口叢式井并聯使用。2018年套管氣回收裝置安裝分布情況見表3。

表3 2018年套管氣回收裝置安裝分布

4 套管氣回收效果分析

4.1 經濟效益

該裝置依托機械采油現有動力，無需其他額外動力源，對抽油機系統能耗無影響。單井日均回收套管氣均在100 m3以上，年回收套管氣約550萬m3，折合經濟效益2 400萬元。套管氣回收裝置單臺成本3萬元，項目投資回收期為3個月。該裝置投資少，見效快，投資回收期短[5]。

4.2 環境效益

回收的套管氣，全部用于加熱爐燃燒，年可替代自用油1.8萬t。用產排污系數法計算，年減排廢氣156萬m3，年減排二氧化硫98 t、氮氧化物21 t。

4.3 社會效益

通過對套管氣的回收，減少了套管氣直接排放對大氣環境的污染，消除了環境隱患。另外通過對套管氣的回收，消除了對周邊居民的影響，緩解了油田與地方的關系。

5 結論及建議

懸抽式低壓套管氣回收裝置解決了低壓套管氣回收難題。該此裝置設計實用，安裝方便；適應范圍廣，特別適用于套壓低于系統壓力的油井；裝置運行安全可靠，對抽油機系統無影響；有效解決了油井套管氣外排的問題，降低了井場隱患，安全環保效益、經濟效益、社會效益顯著，具有良好的推廣應用前景[6]。