增壓站與上下游井站的相互影響研究

鐘興偉 張劍 陳小明

摘 要：為提高氣田采收率，通常在氣田低壓生產階段采取增壓上產措施。增壓站的投運雖然提高了產能及采收率，但是安全生產風險也有所提高，增壓站與上游井站、與下游場站的平穩運行，是確保整個開采工藝流程的關鍵環節之一，值得重視。

關鍵詞：壓縮機組;壓力;負荷;堵塞;故障

中圖分類號：TE934文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）07-109-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.053

1 增壓開采工藝

壓縮機的用途比較廣泛，氣田開采主要是用于增壓開采及氣田注氣。增壓開采是借助壓縮機通過增加天然氣的內能，從而提高氣井生產壓差及其帶液能力，達到挖潛增效目的的一種油氣田開發手段。通常使用的是往復式活塞壓縮機組。

對于壓縮機而言，其處理的原料氣氣質、進氣溫度、進氣壓力、排氣溫度、排氣壓力、處理量等參數，都會把壓縮機限制在一定范圍內運行。

2 壓縮機組對上下游場站的影響

對于單井增壓措施，增壓機的運行情況變化只是對局部有明顯影響，對于氣田全局的影響較小，因此文章僅分析集中增壓導致的影響。

2.1 工況變化

壓縮機組在正常運行中，其轉速基本固定在額定轉速的80%～90%之間，所以轉速調節范圍最大也就是10%額定轉速，對排氣量以及進氣壓力、排氣壓力的影響相當小，所以對上下游場站的影響可以忽略不計[1]。

單雙作用、串并聯、缸徑等工況的變化對壓縮機排氣壓力影響則較小，對壓縮機組處理量和進氣壓力影響較大，因此此類工況調整應及時通知上下游井站。

2.2 潤滑油影響

壓縮機組壓縮缸采用強制潤滑方式，注油器強行將潤滑油推入壓縮缸內潤滑，潤滑后的潤滑油無法回收，混入了原料氣當中。如果潤滑油量過大，過多的潤滑油進入管線，會降低管網輸送效率，進入下游端的脫水站，會污染脫水劑（常見的是污染三甘醇），較多的潤滑油也會影響計量的準確性。所以，壓縮缸的潤滑油量要嚴格按要求通過計算后調整。

壓縮缸的潤滑油量由缸徑、沖程、轉速、壓力決定，過多的潤滑還可能引起積碳而降低排氣閥的壽命。

2.3 壓縮機故障

氣閥損壞、活塞環磨損過大等故障，都會導致處理量降低、排氣溫度升高等現象，如不及時排除，則導致上游端管網壓力升高，氣井帶液能力變差，氣水同產井有被水淹的風險。同時，如果上游端管網壓力升高較多，可能會導致上游端安全閥起跳。冷卻器故障也會導致排氣溫度高，排氣溫度的升高會導致下游井站產生較大安全生產風險。

3 上游井站對壓縮機組的影響

3.1 設備故障

上游端管網設備，排污閥、放空閥關閉不嚴，控制閥未全開等故障，都會導致壓縮機組吸氣壓力降低，從而使壓縮機組壓比和排氣溫度升高。壓比升高后，活塞桿桿負荷增加，有超負荷風險。

若遇到上游管線或設備出現爆裂情況，大量原料氣泄漏，則壓縮機組進氣壓力會迅速下降，機組負荷迅速上升。如果壓縮機組未設置進氣壓力過低連鎖保護自動停機，或連鎖保護自動停機失效，則壓縮機組會出現超負荷停機、活塞桿斷裂、氣閥損壞等嚴重故障。如果吸入了空氣，則會發生燃燒、爆炸等事故。

3.2 原料氣氣質

往復式天然氣壓縮機組處理的原料氣絕大多數都是濕氣，原料氣含液量會影響潤滑效果，含液越多則潤滑效果越差，會加劇壓縮缸磨損。原料氣中的液體或泡沫，會導致氣閥閥片在起閉過程中產生液擊現象，氣閥閥片與彈簧易損傷。所以，上游端過濾分離、消泡、排污的效果直接影響壓縮機組的工作效果。如果排污不及時，較多液體進入壓縮缸，則可能導致壓縮缸頂缸，活塞桿、曲軸、連桿等部件發生變形，造成巨大經濟損失。此外，氣質較差的原料氣也加劇了冷卻器管束的腐蝕，冷卻器管束易穿孔泄漏。

3.3 工藝作業

上游端進行開關井、清管等作業對壓縮機組影響較大，需要及時通知增壓站及下游場站，使增壓站人員加密排污，避免過多的氣田水進入壓縮缸。同時，要密切關注進氣壓力變化情況，如果壓力下降較快，則說明上游管線有堵，應及時卸載空負荷待命運行。

開關井作業會導致壓縮機組進氣壓力波動較大，相對于整體式壓縮機組，應及時調整轉速，并利用工況軟件及時計算工況是否能適應。如果超范圍，則上游合理控制產能或者壓縮機組更改工況。

清管作業通常需要增壓機提高處理量，盡量使進氣壓力處于較低狀態，以提高清管器或清管球的通過能力。清管器或清管球運行波動會導致壓縮機組進氣壓力波動比較明顯，整體式壓縮機組需要隨時觀察并合理調整轉速，同時要注意加強排污以避免氣田水及較多雜質進入壓縮缸。

3.4 液體影響

部分上游端管線在低洼處容易產生積液，過多的積液會形成堵塞，壓縮機組進氣壓力會降低。當降低到一定程度后，積液被前端的氣體推動，帶進增壓站，就可能會導致壓縮機組分離器液位高聯鎖停機。冬季較冷的地區，積液和氣田水污物都容易形成管線凍堵，增壓機進氣壓力會不斷下降直至進氣壓力低聯鎖停機或超負荷停機，很可能會導致活塞桿、連桿、氣閥等損壞。

3.5 氣井產能變化

隨著氣井被迫進行增壓開采，氣井壓力下降速度較快，產能降低。壓縮機組進氣壓力隨之降低，當壓比較大時，則壓縮機組要及時調整工況。

4 下游場站對壓縮機組的影響

4.1 設備故障

下游場站閥門異常關閉、管線凍堵等情況，會使壓縮機組排氣壓力及排氣溫度迅速升高，壓縮機負荷增加。如果沒能及時處理，壓縮機組可能會出現排氣壓力過高聯鎖停機、超負荷停機、安全閥起跳等，超負荷可能會導致活塞桿、曲軸連桿機構變形，也可能發生十字頭燒損故障。要特別強調的是，如果壓縮機組排氣管線上的安全閥起跳了，機組負載會瞬間大大降低，整體式的天然氣壓縮機組就肯定會超速停機，超速停機保護裝置若失靈了，則肯定會發生“飛車”事故。

下游場站如果出現較大泄漏，如設備損壞（管線、容器破裂），會使壓縮機組的排氣壓力降低，排氣壓力較大幅度降低，壓縮機組負荷變輕，同樣存在超速停機或“飛車”風險。

4.2 工藝作業

清管作業、脫水站或凈化廠檢維修等都會直接影響排氣壓力。

下游管網進行清管作業時，壓縮機組排氣壓力會產生一定幅度的波動，清管器（或清管球）發生卡阻，排氣壓力升高，壓縮機組會出現與上述管線堵塞同樣的風險。此時，增壓站人員應密切關注排氣壓力變化情況，如果壓力上升較快，則應及時卸載，空負荷待命運行。

脫水站短時間檢修，可以考慮開旁通越過脫水站;長時間大修，通常考慮壓縮機組也同時停產維保。

凈化廠設備檢修時，凈化能力可能會暫時降低，增壓站排氣壓力會升高，一般會選擇更改工況或排氣暫進入其他管網，也可能選擇增壓站同時停產開展維保工作。

4.3 用戶消耗變化

下游用戶耗氣量的增加，會使排氣壓力降低，耗氣量減少，排氣壓力升高。但這個過程比較緩慢且較有規律性，通常冬季耗氣量變化比較大，對壓縮機組影響較大。

5 案例

某增壓站于2008年9月30日正式投產，站內設置RTY630壓縮機組兩臺、RTY1030壓縮機組一臺，兩用一備，采用兩級壓縮，進站壓力1.40MPa，出站壓力6.0MPa，排量（33～38）×104 Nm3/d。

2016年11月19日22：15，調度員發現該增壓站增壓后氣量為零，立即通知增壓站開展排查;22：20，排查發現進站氣動球閥異常關閉;22：22，1#機組排氣溫度高報聯鎖停機，2#機組人工卸載停機。停機后檢查發現，兩臺壓縮機進排氣閥均存在不同程度的損壞，壓縮缸活塞環均損壞。

排查發現，上游氣動球閥因空壓機未能正常運行導致氣源保障失效，氣源壓力不足自動關閉。

6 建議

6.1 完整性監控

建立健全監控系統，對整個管網及設備實行實時監控，通過對壓力、溫度、產量等關鍵參數的監測，沿途場站都能觀察到這些關鍵參數，以便及早發現異常情況，及時處理。壓縮機組的超速、超（高/低）壓、超溫度、超振動等關鍵參數，一定要設置好報警及聯鎖停機，并按期檢測。

6.2 壓縮機組保養

定期做好壓縮機組的保養工作，特別是年度檢修，一定要按時、按質完成。定期開展壓縮機組狀態檢測、評估活動，根據需求對壓縮機組進行項修或大修。

目前，監測技術已能對壓縮機組內部關鍵部件實施在線監測，比如連桿、軸瓦、十字頭、活塞桿等部件，可考慮在線監測這些部件的運行溫度、跳動量、振動值等關鍵數據，以便及早發現隱患，及時排除故障，確保壓縮機組持久安全運行。

6.3 信息共享

將上下游井站關鍵參數進行共享并設置報警限，比如壓力、產量，一旦發生報警情況，操作人員可預判斷，及時就位。

在開展增壓站檢修、上下游管線作業、開關井作業、脫水站檢修、凈化廠檢修等作業時，各場站應及時相互傳遞信息，避免出現意外事故。

6.4 強化培訓

應對整個生產管網系統各場站的人員開展針對性培訓，將各場站的主體設備基本原理、場站相互可能的影響、可能導致的后果、防范措施、應急措施等內容給員工講透，并定期有針對性地開展應急演練，提高場站人員處理緊急情況的能力。

參考文獻

[1] 中國石化集團洛陽石化工程公司.SH/T 3143-2004石油化工往復壓縮機工程技術規定[S].北京：中國石化出版社，2004.