氣田增壓外輸用天然氣壓縮機的選型與應用效果

劉仲禹 白俊生 北京石油化工工程有限公司西安分公司 西安 710075

隨著氣田開發時間的延長，某集氣站的氣井壓力、產量不斷下降，部分井口壓力太低，從而導致產出氣無法進入集輸系統，這不但減少了氣田的收益，也是對資源的極大浪費。為達到穩產并滿足外輸壓力的要求，盡可能地多采天然氣，勢必需要進行氣田增壓開采，需在集氣站內增設壓縮機增壓外輸。

該集氣站于2016年12月底投產，投產井建成產能8.3×104Nm3/d，運行2年后，該集氣站實際產量降為 4.3×104Nm3/d，實際外輸壓力難以滿足下游凈化廠5.3MPa的進站壓力需求。因此需要在站內增設一臺壓縮機，滿足下游用氣量及用氣壓力需求。根據氣井的無阻流量及經驗配產，增加壓縮機后，頭兩年穩產期，壓縮機增壓排氣量為8.3×104Nm3/d，將2.4 MPa的井口來氣增壓到5.7 MPa；隨著后期氣井壓力和氣量的衰減，壓縮機排氣量由穩產期產量8.3×104Nm3/d，逐漸減小到0.5601×104Nm3/d(極限經濟開采氣量)，來氣壓力由2.4MPa衰減到0.66MPa(極限開采壓力)，為滿足下游用氣要求，壓縮機排氣壓力應維持在5.7MPa。

1 壓縮機組選型

天然氣集輸系統常用的壓縮機主要有離心式和往復式兩種。離心式壓縮機適用于排量大、流量穩定的工況；往復式壓縮機適用于流量變化幅度較大，增壓壓比大的工況。考慮到隨著氣田開采時間的延長，氣井產量和壓力都是遞減的，壓縮機需要適應變化工況并穩定運行。

由于現場電網變壓器容量不滿足壓縮機軸功率要求，考慮到站內自用天然氣可作為燃料氣，故采用燃氣發動機驅動壓縮機。

綜上考慮，最終決定集氣站內選用1臺整體橇裝式往復式壓縮機組，兩缸一級/兩級壓縮，燃氣發動機驅動并配有減速箱， 配套PLC 及電氣控制就地柜成套安裝在橇內。壓縮機主要技術參數見表1。

表1 燃氣驅壓縮機主要技術參數

初期，井口來氣壓力較高，壓比較低，一級壓縮即可滿足要求；后期，隨著時間的推移，井口來氣壓力降低，需求壓比越來越大，須兩級壓縮才能達到排氣壓力要求。同時為適應氣量減少，現場壓縮機應采取頂開吸氣閥+循環回流的流量調節方式。

該集氣站往復壓縮機采用D型2列兩缸設計，氣缸均為雙作用型式。

在進氣壓力為1.4～2.4MPa(G)時，壓縮機2個氣缸均作為一級氣缸，一級壓縮，排氣量為34565～83000 Nm3/d。

當進氣壓力小于1.4MPa(G)時，壓縮機切換為兩級壓縮，其中1個氣缸為一級氣缸，另1個氣缸的蓋側吸氣閥頂開，蓋側端當作平衡腔，軸側端為二級氣缸工作腔。當進氣壓力為1.4MPa(G)時的排氣量約為28260 Nm3/d，進氣壓力為0.66MPa(G)時，壓縮機排氣量約為12887Nm3/d。當來氣量繼續下降時可以通過壓縮機旁路調節流量并根據進氣壓力來控制回流量，保持進氣壓力穩定，從而使壓縮機正常運行。壓縮機工藝氣流程見圖1。

圖1 壓縮機工藝氣流程

天然氣中含有H2S和CO2，壓縮機氣缸、活塞、氣閥等從材質、加工工藝上必須滿足抗H2S和CO2腐蝕的要求，以延長壓縮機使用壽命，減少檢修維護時間。

2 壓縮機組應用效果評價

實施增壓生產后，進一步降低了管線和井口壓力，增大了地層與井口的壓差，明顯提高了氣井的產氣量。穩產期產氣量由目前的4.3×104Nm3/d提高到氣井投產建成時的產量8.3×104Nm3/d，穩產取得較好的效果，滿足下游用氣需求。

壓縮機選型配置上，壓縮機能力的核算按初期最大氣量來設計，但要考慮井口氣量逐年減少的情況，既要求壓縮機滿足前幾年大流量、低壓比的工況，也要滿足后期小流量、高壓比的工況。壓縮機采用D型2列兩缸設計，通過切換管線上8字盲板方向，改變氣路流向來實現一級壓縮流程改成兩級壓縮流程。為適應氣量減少，壓縮機應采取頂開吸氣閥+循環回流的流量調節方式。同時解決了高低載荷使用要求的矛盾。前期氣量大，壓縮機軸功率大，后期氣量減少，壓縮機所需驅動功率較小。燃氣發動機相比電動機有更好的驅動功率匹配效果，通過調節燃氣消耗量以及發動機的調速系統，來適應壓縮機軸功率的變化，杜絕了“大馬拉小車”的能量浪費的情況。

3 結語

綜上所述，對該集氣站設置的增壓壓縮機在選型、配置等方面的選擇是正確、合理的，對氣田穩產起到了良好效果。