淺析零散氣源收集處理工藝技術(shù)

劉冬琴，侯冰潔，李 凱，朱 磊，潘國(guó)輝

（1.江蘇油田礦業(yè)開發(fā)有限公司，江蘇揚(yáng)州 225100；2.江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚(yáng)州 225265）

油氣井在開采、試油、排液等過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的天然氣，氣量的多少和穩(wěn)定性變化很大，一般情況下通過(guò)直接放空外排或點(diǎn)火炬燃燒處理，造成資源浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成污染。江蘇油田的偏遠(yuǎn)、零散氣井由于產(chǎn)量小、開發(fā)期短、投資效益差，達(dá)不到規(guī)模開采和管道輸送條件，造成資源閑置。江蘇油田礦業(yè)開發(fā)有限公司本著實(shí)踐探索的精神，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，針對(duì)不同的氣源制定不同的工藝技術(shù)并確定關(guān)鍵設(shè)備選型，同時(shí)根據(jù)運(yùn)行情況不斷完善工藝和設(shè)備，經(jīng)過(guò)研究-實(shí)踐-再研究-完善-推廣，形成了高壓降壓直充、高壓降壓直充和降壓后再增壓切換充裝及低壓增壓充裝、低壓增壓進(jìn)流程等特色技術(shù)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，杜絕了零散井天然氣外排環(huán)保事件的發(fā)生，具有良好的社會(huì)效益。

1 零散氣源概況

江蘇油田零散氣源主要包括零散單井氣源、集輸站和拉油點(diǎn)富余氣源以及單井套管氣。零散井口氣氣量小、站點(diǎn)多且井場(chǎng)布置分散、地處偏遠(yuǎn)地區(qū)且分布區(qū)域廣，介質(zhì)成分復(fù)雜、氣相物質(zhì)組分復(fù)雜。

1.1 零散單井氣源

零散單井氣源組分（見表1）。

結(jié)合試氣資料分析，取樣點(diǎn)4 為高壓干氣，其余均為高壓濕氣。

表1 零散單井氣源組分

表2 零散單井天然氣全分析樣分析結(jié)果

其中，對(duì)取樣點(diǎn)1 和取樣點(diǎn)3 的天然氣取全分析樣，分析結(jié)果中硫含量（見表2）都低于GB 17820 的一類氣指標(biāo)值（見表3），油區(qū)零散氣組分中乙烷和丙烷含量高，熱值高。

表3 GB 17820-2018 天然氣質(zhì)量要求[1]

1.2 集輸站和拉油點(diǎn)富余氣源

集輸站和拉油點(diǎn)富余氣源組分（見表4）。

外排的富余氣是與油、水及固雜并存的復(fù)雜介質(zhì)。

拉油點(diǎn)B 的油井套壓0.5 MPa～1.8 MPa。各井經(jīng)過(guò)定壓裝置把壓力降至0.5 MPa 后進(jìn)入B1 的多功能罐，分離出來(lái)的氣主要用于流程保溫，壓力定為0.3 MPa，當(dāng)壓力高于0.3 MPa 時(shí)通過(guò)放散管放空，估計(jì)日放空量500 m3～1 000 m3，氣溫高時(shí)放空氣量可能會(huì)增加，存在嚴(yán)重的安全環(huán)保問(wèn)題。

表4 集輸站和拉油點(diǎn)富余氣源組分

1.3 單井套管氣

目前，江蘇油田采油管理區(qū)對(duì)套管氣回收與利用的主要方式有：油套連通、移動(dòng)式壓縮回收裝置回收、供井口燃?xì)饧訜釥t使用等。其中油套連通只適用于油井回壓較低的油井，適用范圍不廣；移動(dòng)式壓縮回收裝置能較好地解決套管氣禁排后對(duì)油井的影響，但由于油井分散，且單臺(tái)費(fèi)用較高，就經(jīng)濟(jì)效益而言不適合大范圍推廣應(yīng)用；井口燃?xì)饧訜釥t雖然可以解決排放問(wèn)題、減輕伴生氣對(duì)油井的影響，同時(shí)又能加熱油井產(chǎn)液，降低油井回壓，節(jié)能減排效果明顯，但也存在不足，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）若套管氣量小，不能滿足加熱需要，需要加強(qiáng)巡查和重新點(diǎn)火從而增加員工工作量；（2）若套管氣量大燒不完，仍存在回收問(wèn)題，解決方法是增加提溫液量。

2 零散氣源收集處理工藝技術(shù)

針對(duì)上述不同的氣源特點(diǎn)，江蘇油田礦業(yè)開發(fā)有限公司研發(fā)了不同零散氣源收集處理工藝技術(shù)并確定關(guān)鍵設(shè)備選型，同時(shí)根據(jù)運(yùn)行情況不斷完善工藝和設(shè)備，經(jīng)過(guò)研究-實(shí)踐-再研究-完善-推廣，形成了高壓降壓直充、高壓降壓直充和降壓后再增壓切換充裝及低壓增壓充裝、低壓增壓進(jìn)流程等特色技術(shù)。

本次研究單井零散氣源硫含量都低于GB 17820的一類氣指標(biāo)值，故處理工藝流程無(wú)需脫硫。

2.1 零散單井氣的收集、處理及充裝工藝技術(shù)

2.1.1 高壓降壓直充工藝技術(shù) 對(duì)高壓?jiǎn)尉畾?，主要從?jié)能降耗的角度來(lái)制定收集和處理方案，即氣到達(dá)地面后經(jīng)過(guò)換熱器，換熱后的氣通過(guò)調(diào)壓閥，節(jié)流降壓后的氣通過(guò)加氣柱直接充裝給中壓槽車，充裝好后通過(guò)車載輸送給下游客戶。由于各井產(chǎn)出的介質(zhì)及其中的氣相物質(zhì)的組分不同，技術(shù)方案就有相應(yīng)差別，處理流程也不一樣。主要包括高壓干氣（無(wú)游離液）降壓直充工藝（見圖1）和高壓濕氣（有游離液）降壓直充工藝（見圖2）。

取樣點(diǎn)1 的氣源為高壓濕氣，氣從地層出來(lái)后經(jīng)過(guò)400 m 輸氣管線到達(dá)該天然氣場(chǎng)站，在站內(nèi)將高壓氣節(jié)流降壓至3.5 MPa～4.0 MPa 再進(jìn)行處理充裝，只在節(jié)流前有保溫。由于焦耳—湯姆遜效應(yīng)（節(jié)流效應(yīng)），溫度會(huì)迅速降低。當(dāng)管道溫度低于天然氣水露點(diǎn)時(shí)，水分子便會(huì)從天然氣組分中析出，在高壓低溫條件下生成天然氣水合物。天然氣水合物是水與小分子氣體如CH4、C2H6、C3H8等形成的固態(tài)結(jié)晶[2]，易堵塞管道、設(shè)備、儀表從而影響安全正常生產(chǎn)。

圖1 高壓干氣（無(wú)游離液）降壓直充工藝流程

圖2 高壓濕氣（有游離液）降壓直充工藝流程

為預(yù)防冰堵，該天然氣場(chǎng)站通過(guò)每天加氣結(jié)束后放空管線和設(shè)備中的天然氣，讓管線和設(shè)備呈空載狀態(tài)，破壞水合物形成的高壓條件來(lái)預(yù)防水合物形成。同時(shí)，將只在節(jié)流前換熱的一進(jìn)一出保溫流程改進(jìn)成了節(jié)流前后都換熱的兩進(jìn)兩出保溫流程，同時(shí)給分離器排污流程進(jìn)行保溫，有效預(yù)防并處理了冰堵問(wèn)題。

2.1.2 高壓降壓直充和降壓增壓充裝混合技術(shù) 高壓降壓直充和降壓增壓充裝混合工藝技術(shù)對(duì)于收集、處理和外銷高壓氣液同出的氣井氣具有普遍適用性（見圖3）。來(lái)氣（含液及雜質(zhì)）在節(jié)流降壓前后都經(jīng)過(guò)換熱，然后經(jīng)過(guò)兩級(jí)分離、過(guò)濾、脫水干燥后可以直接充裝，也可以經(jīng)過(guò)增壓充裝。兩進(jìn)兩出的換熱使得隨氣攜帶出來(lái)的液態(tài)物質(zhì)及低溫下分離出來(lái)的烴類物質(zhì)能更好地分離出來(lái)，從而保證了生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，也減少了對(duì)設(shè)備的損害。

圖3 高壓降壓直充和降壓增壓充裝混合工藝流程

圖4 富余氣增壓充裝工藝流程

分離出來(lái)的液態(tài)物質(zhì)多，為了確保主流程通暢，凝析油罐放空閥門常開，造成了資源浪費(fèi)，同時(shí)存在安全和環(huán)保隱患。為解決這一問(wèn)題，增加了放空氣回收流程，即把低壓的凝析油罐的放空介質(zhì)經(jīng)過(guò)分離后增壓進(jìn)主流程，讓排污流程良性循環(huán)起來(lái)。

2.2 低壓增壓充裝工藝技術(shù)

集輸站點(diǎn)和拉油點(diǎn)的季節(jié)性富余氣壓力低且不穩(wěn)定，從保護(hù)設(shè)備的角度出發(fā)，選擇低壓進(jìn)氣的三級(jí)壓縮機(jī)（見圖4）。

這個(gè)技術(shù)適用于收集和處理集輸站點(diǎn)和拉油點(diǎn)的富余氣。由于富余氣進(jìn)站前基本上沒(méi)經(jīng)過(guò)處理，隨氣攜帶有液體和固雜，所以要經(jīng)過(guò)多級(jí)分離和過(guò)濾，如果不上脫水干燥裝置，則要加緩沖設(shè)備與分離器和過(guò)濾器配合使用，這樣才能把隨氣流攜帶的液態(tài)和固雜截住并分離出去，保護(hù)壓縮機(jī)。由于富余氣來(lái)氣不穩(wěn)，壓力波動(dòng)大，從節(jié)省成本角度出發(fā)，對(duì)壓縮機(jī)加變頻器，擴(kuò)大進(jìn)氣壓力范圍，確保在低壓時(shí)能連續(xù)生產(chǎn)。

2.3 低壓增壓進(jìn)流程工藝技術(shù)

針對(duì)套管氣影響油井生產(chǎn)這一情況，江蘇油田礦業(yè)開發(fā)有限公司進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了套管氣增壓回收設(shè)備。該設(shè)備進(jìn)氣壓力0.05 MPa～0.30 MPa，二級(jí)壓縮，二級(jí)排氣壓力1.4 MPa，進(jìn)氣端和出氣端有分離器，自動(dòng)排污。把同一個(gè)井場(chǎng)的油井套管用鋼管連接后并聯(lián)，套管氣管匯后進(jìn)入壓縮機(jī)增壓，增壓后的套管氣進(jìn)入集油干線到達(dá)油田聯(lián)合站，由聯(lián)合站統(tǒng)一處置，用于油田生產(chǎn)保溫，或者通過(guò)車載外輸出去作為燃料。

設(shè)備自動(dòng)啟停，來(lái)氣壓力低于0.08 MPa 時(shí)自動(dòng)停機(jī)，套管壓力恢復(fù)到0.30 MPa 自動(dòng)啟機(jī)。壓縮機(jī)排量是27 m3/h～72 m3/h，如果氣流穩(wěn)定，設(shè)備能連續(xù)工作，就按停機(jī)臨界壓力0.08 MPa 計(jì)算，一個(gè)套管氣回收點(diǎn)一天能收集2 600 m3套管氣進(jìn)流程。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)油田零散井氣源豐富，每年因地域限制、分散等原因防控或燒掉的天然氣高達(dá)上千萬(wàn)立方米，浪費(fèi)資源的同時(shí)又污染了環(huán)境。隨著油田開發(fā)力度的不斷增加，零散井氣源將越來(lái)越多。因此，零散井天然氣收集處理工藝技術(shù)的研究與開發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，其技術(shù)成果的應(yīng)用前景也十分廣泛，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，也解決了井場(chǎng)污染及資源浪費(fèi)的問(wèn)題，具有良好的社會(huì)效益。