降低海上油氣田火炬放空天然氣量的技術思路探討

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(中國海洋石油有限公司，北京 100010)

0 引 言

《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃》將萬元GDP能耗降低20%左右和主要污染物(COD和SO2)排放總量降低10%作為兩個約束性指標，并把節能減排納入經濟社會發展的統計、評價考核體系，國資委將節能減排作為中央企業負責人經營業績考核的重要內容，實行“問責制”和“一票否決”制。2008年4月1日，修訂后的《節能法》正式實施，標志著節約能源、保護環境正式成為我國的一項基本國策，中海油被列入30家國家節能減排實施單位之一。

部分海上油氣田在投產以來，發現除了生產設施自用與外輸外，還有每天幾萬到幾十萬方的富余天然氣放空到火炬燃燒，產生溫室氣體排放到大氣中，造成大氣污染，同時也造成清潔能源的浪費，不符合節能減排政策。某油田燃燒的火炬如圖1所示。

1 海上氣田中心處理設施減少主火炬排空天然氣量的可行性思路

氣田在正常操作條件下放空到火炬系統的天然氣來源于常明燈用氣、凝析油聚結分離器用的覆蓋氣或閃蒸氣、脫水介質的閃蒸氣、污水處理系統的溶解氣等。一般情況下常明燈用氣、脫水介質的閃蒸氣、污水處理系統的溶解氣這些天然氣因天然氣量小無工業回收價值。但是凝析油聚結分離器用的覆蓋氣或閃蒸氣從來源和去向上可根據氣田不同開發時期設計流程，使該部分天然氣得到回收利用，如圖2所示。

圖1 某油田燃燒的火炬

圖2 回收利用流程圖

通過上述流程優化調整后，一方面減少了去火炬系統的燃燒天然氣量，另一方面使火焰濃煙程度變小(因凝析油聚結分離器分離出來的氣體含重組份較高)。

2 離岸較遠且比較獨立的油氣田減少主火炬排空天然氣量的可行性思路

2.1 用冷劑分離法回收VOC并將其分離后生產液化氣和輕烴，可減少火炬放空量

油田伴生氣中除含甲烷、乙烷外，還常常含有易揮發有機混合物(VOC，通常可分為液化氣和凝析油)，回收VOC并將其進行分離后生產液化氣和輕烴。

冷劑制冷分離屬于冷凝分離法，它是利用物質相變的吸熱效應對原料天然氣制冷使輕烴冷凝而實現與干氣的分離，適合于天然氣具有C3+含量較高、壓力偏低、可用壓差小、裝置的處理量較小等特點。

如某油田VOC回收裝置主要由三大模塊組成：

(1)LPG回收處理系統，它包括LPG回收處理橇、熱油系統改造、冷卻水橇；

(2)LPG外輸站，它包括外輸泵橇、外輸計量及外輸軟管殘液回收橇、外輸滾筒橇；

(3)LPG儲罐，共有四個儲液罐，每個儲存罐700 m3，共儲存2 800 m3的LPG。工藝流程圖如圖3所示

圖3 工藝流程圖

該項目于2006年10月投產至2007年底共回收5.25萬m3液化氣(按年度液化氣銷售量)及3.65萬m3凝析油(實際裝艙量，質量流計量)，相當于減少排放二氧化碳14萬t，按照2007年的銷售均價計，項目創造利稅3.6億元，火炬放空天然氣量從2006年的3496萬m3降至2007年的627萬m3，經濟效益和節能減排效益取得非常突出的成績，已全部收回投資。

2.2 將富余的油田伴生氣經壓縮機壓縮后回注地層儲存或用于提高采收率可減少火炬的放空量

一般油田油藏由幾個斷塊構成，通過精細研究油藏斷塊，找出適合天然氣存儲或利于提高采收率的油藏斷塊，向該油藏斷塊注入壓縮后的天然氣，以用于提高油田采收率或油田后期缺氣時再開發利用，以達到節約資源(天然氣)、節約二次能源(柴油)、或增油的目標。伴生氣回注地層還包括井筒工藝及飽和天然氣水化物預防措施的配套研究。

一個中等規模油田的伴生氣除了設施自用外，富余的天然氣量一般在每天幾萬到幾十萬不等，小排量的高壓天然氣壓縮機比較適用。下圖為某油田典型的地面工藝流程圖，如圖4所示。

圖4 某油田典型地面工藝流程圖

2.3 利用小型航空渦輪燃氣發電機發電減少小氣量的油田伴生氣的火炬放空量

當一個油田伴生天然氣量在每天幾萬方左右時，用于回注或回收的經濟效益較差，如果采用可移動的小型航空渦輪發電機將伴生氣轉化為電能，減少油田用一次能源(原油)或二次能源(柴油)發電的消耗量，以達到減少放空量和節約一次能源或二次能源消耗的雙重目標。下圖為某油田利用小型航空渦輪燃氣發電機發電的工作原理圖，如圖5所示。

圖5 工作原理圖

3 利用小型壓縮機或輕烴泵把富余的天然氣或低壓輕烴壓縮后注入外輸海管，以減少火炬放空量

有登陸海管的海上油氣處理設施，天然氣在壓縮、冷卻、分離等過程中，會產生一部分低壓輕烴，在先期的設計過程中，一般是回到原油穩定分離系統，這部份輕烴在原油穩定過程又分離出來，重新回到火炬放空系統。另一方面原油在穩定分離過程中每天有幾萬方左右的伴生天然氣量，因壓力低就放空到火炬放空系統燃燒。

如果把油氣處理設施中分離出來的低壓輕烴集中起來通過輕烴泵增壓后直接外輸到海管，在陸岸進行綜合處理，不讓其在海上設施循環放空到火炬系統燃燒，減少輕烴的排放量，如圖6所示。

圖6

用小型天然氣壓縮機把油田的伴生氣壓縮后進入天然氣處理系統外輸。下圖為某油田利用小型壓縮機回收伴生氣的示意圖，如圖7所示。

圖7

4 用海底輸氣管網實現區域內油氣田富余伴生氣和地層氣的綜合利用，以減少單獨開發時放空到火炬燃燒的問題

隨著區域油田開發戰略的實施，根據區域勘探評價和產能規劃研究成果，結合區域潛力前景展望分析，在技術可行、經濟合理的前提下，統籌考慮已開發項目設施、在開發項目滾動開發計劃以及周邊小油田接入的可行性，將若干區塊或構造作為一個開發整體區域或一個油田來開發，進行全面規劃、分步實施，以達到所有資源的共享。

建設區域輸氣管網統一調配氣源可解決有的油田富氣，有的油田缺氣問題；還可以與陸岸終端連接，達到向陸地輸氣最大化的目的。

下圖為某區域聯網供氣項目示意圖，如圖8所示。

圖8 區域聯網供氣示意圖

5 結 論

通過對海上油氣田放空到火炬系統的氣體來源進行分析，氣體經過壓縮、回注、發電、外輸、流程優化調整等技術，使放空到火炬系統的可燃流體減少，使油氣田火炬放空天然氣量減小成為可行，同時達到收益、節能、減排三重目的。

[1] 王聚鋒，劉光成.海上油田富余伴生氣回注技術研究與應用[S].中國石油協會2008年全國石油石化企業節能減排技術交流會，2008.

[2] 劉祖仁.文昌13-1/2油田放空天然氣回收技術應用實踐[S].中國石油協會2008年全國石油石化企業節能減排技術交流會，2008.

[3] 中海石油研究中心.渤西渤南聯合供氣可行性研究報告[S].內部資料.