吳國(guó)罡　邱志文　賈　莉（中國(guó)石油玉門油田分公司青西油田作業(yè)區(qū)）

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全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)組在油田伴生氣回收中的應(yīng)用

吳國(guó)罡邱志文賈莉（中國(guó)石油玉門油田分公司青西油田作業(yè)區(qū)）

油田伴生氣是天然氣資源的一種，通常伴隨原油開采產(chǎn)生。針對(duì)伴生氣等熵指數(shù)大、氣量小、回收可靠性要求高等特點(diǎn)，應(yīng)用了一種新型全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)組。該機(jī)組具有可靠性高、無人值守、適宜小流量等特點(diǎn)，已在青西油田伴生氣回收生產(chǎn)中得到應(yīng)用。在3口油井上正式投入運(yùn)行的壓縮機(jī)組已經(jīng)安全生產(chǎn)超過4000 h，回收天然氣約600 m3/d，累計(jì)年回收天然氣量（0℃，1 atm）11×104m3。從現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)表明，機(jī)組可滿足伴生氣回收的技術(shù)要求，表現(xiàn)出良好應(yīng)用效果，具有較高的推廣價(jià)值。

伴生氣回收渦旋壓縮機(jī)組噴油

引言

油田伴生氣（以下稱伴生氣）是伴隨原油開采而產(chǎn)生的一種氣態(tài)混合物，屬于天然氣資源的一種，由于其成分復(fù)雜，處理加工困難；同時(shí)，一般氣量較小，可利用的壓能低，不利于集輸，過去往往采用直接燃燒或放空的方法處理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年全球天然氣產(chǎn)量為32 500×108m3，其中2.5%～3.0%（約800×108～l000×108m3）消耗于火炬直接燃燒，相當(dāng)于全球半個(gè)月或德國(guó)和法國(guó)的全年用氣量［1］。

隨著清潔生產(chǎn)，節(jié)能降耗日益受到人們重視，加之能源需求的不斷增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外都在積極探索新技術(shù)，開發(fā)新裝備，對(duì)伴生氣進(jìn)行高效回收。美國(guó)Compressco公司開發(fā)的內(nèi)燃—壓縮一體式伴生氣回收設(shè)備GasJack，在俄克拉荷馬州、科羅拉多州的多個(gè)油田得到推廣應(yīng)用，達(dá)到了油氣產(chǎn)量雙增收的良好效果［2］。美國(guó)Emerson公司開發(fā)的一種渦旋式伴生氣回收設(shè)備在北美油田得到大面積推廣，僅到2003年應(yīng)用就達(dá)到400套以上［3］。國(guó)內(nèi)各油田也在積極推進(jìn)回收伴生氣的工作，大慶新店油田采用當(dāng)?shù)匕l(fā)電、當(dāng)?shù)丶訜醿?chǔ)油罐等多種方法回收利用伴生氣，在使油井保持合理套壓值的同時(shí)，增加了原油產(chǎn)量，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［4］。一種撬裝回收設(shè)備在新疆準(zhǔn)噶爾邊緣油田得到應(yīng)用，可以方便靈活地回收邊遠(yuǎn)油井伴生氣，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到950萬元，不僅避免了大量寶貴資源的浪費(fèi)，而且獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益［5］。

為了滿足伴生氣回收利用要求，一種新型全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)組［6］在青西油田得到應(yīng)用。該機(jī)組充分考慮了油田伴生氣小氣量、要求高可靠性、無人值守等特點(diǎn)，利用渦旋壓縮機(jī)適應(yīng)流量小、可靠性高的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。

1　伴生氣回收中的技術(shù)問題及解決思路

渦旋壓縮機(jī)（圖1）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少、容積效率高、工作腔磨損小等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足伴生氣回收高可靠性、小氣量的要求。同時(shí)，渦旋壓縮機(jī)易于做成全封閉結(jié)構(gòu)，可以保證伴生氣在回收過程的安全性，從總體上看，是用于伴生氣回收的理想機(jī)型。但是，全封閉渦旋壓縮機(jī)在壓縮天然氣這樣的熵指數(shù)較高的氣體時(shí)，由于工作腔無法實(shí)施外部冷卻，必須采用噴油等手段實(shí)施內(nèi)部冷卻。

全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)通過合理的油路設(shè)計(jì)，在考慮壓縮機(jī)內(nèi)部機(jī)械潤(rùn)滑的同時(shí)，充分解決了壓縮腔內(nèi)部冷卻的問題，使全封閉渦旋壓縮機(jī)能夠用于伴生氣回收。

由于作業(yè)區(qū)部分油井位置較為偏遠(yuǎn)，伴生氣回收設(shè)備需要具有很高的自動(dòng)控制水平，應(yīng)當(dāng)達(dá)到自動(dòng)運(yùn)行、無人值守的技術(shù)要求。目前，全封閉噴油壓縮機(jī)組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了停開機(jī)、排液、排污等全部自動(dòng)控制，并且通過加入遠(yuǎn)程傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，整體上達(dá)到了無人值守、免日常維護(hù)的目標(biāo)。

圖1　渦旋壓縮機(jī)

2　全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)性能

全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)組流程見圖2。油氣混合物經(jīng)過前端氣液分離器，除去其中含有的原油雜質(zhì)。該分離器在保證噴油系統(tǒng)潔凈的同時(shí)，還可以防止井口大量來油情況下對(duì)壓縮機(jī)造成影響。前端氣液分離器設(shè)置有自動(dòng)排污閥，分離器內(nèi)液位到達(dá)指定位置后自動(dòng)排污。經(jīng)過分離的天然氣進(jìn)入機(jī)組主體部分，經(jīng)過機(jī)組增壓后的天然氣在通過計(jì)量后由排氣口排出。機(jī)組通過控制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開停機(jī)，自動(dòng)冷卻油，自動(dòng)排液及放空等功能，達(dá)到了無人值守的要求。機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)通過無線方式進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，用于監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。

圖2　機(jī)組流程圖

全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)組熱力性能見圖3，其數(shù)據(jù)采集自現(xiàn)場(chǎng)。從圖3可以看出，壓縮機(jī)組排氣量隨進(jìn)氣壓力增大而增大，隨排氣壓力增大而減小。測(cè)試井的最大進(jìn)氣壓力可達(dá)0.20 MPa（G），最小進(jìn)氣壓力為0.02 MPa（G）。進(jìn)氣壓力為0.02 MPa（G），排氣壓力為1.2 MPa（G）時(shí)，排氣量（0℃，1 atm）為54 m3/h；進(jìn)氣壓力為0.18 MPa（G），排氣壓力為1.2 MPa（G）時(shí)，排氣量為144.4 m3/h。

圖3　機(jī)組在不同工況下的熱力性能

3　全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)性能對(duì)比

為充分說明全封閉噴油渦旋壓縮機(jī)性能特點(diǎn)，將其與其他型壓縮機(jī)進(jìn)行了比較，見表1。由表1可知，渦旋壓縮機(jī)不僅具有易損件少、可靠性高、易撬裝的優(yōu)勢(shì)，而且特別適用于伴生氣回收中常見的小流量，具有非常好的推廣應(yīng)用前景。

表1　與其他天然氣壓縮機(jī)型的比較

4　機(jī)組在油田伴生氣回收中的應(yīng)用

4.1生產(chǎn)現(xiàn)狀

新型伴生氣回收壓縮機(jī)組已經(jīng)在青西油田窿103井、柳108井及青2-6X井上得到應(yīng)用。這3口井位置較偏遠(yuǎn)，在伴生氣回收壓縮機(jī)組安裝前，由于氣體壓力低，伴生氣不能進(jìn)入輸送管網(wǎng)，通過井口原油儲(chǔ)罐直接放空的方式進(jìn)行處理。在壓縮機(jī)組安裝后，可以保證油井伴生氣在集氣增壓后進(jìn)入天然氣輸送管網(wǎng)，增加了生產(chǎn)效益，并且避免了資源的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝流程見圖4。油井生產(chǎn)的油氣混合物首先進(jìn)入井口油氣分離器，經(jīng)過分離后，原油進(jìn)入儲(chǔ)罐，伴生氣則在通過壓縮機(jī)組增壓后進(jìn)入天然氣輸送管網(wǎng)。

表3　應(yīng)用效果分析

圖4　伴生氣回收工藝流程圖

4.2控制系統(tǒng)設(shè)置

考慮到油井正常生產(chǎn)的需要，根據(jù)油井的產(chǎn)油能力、工藝流程等情況設(shè)置合理的壓縮機(jī)組控制參數(shù)，以保證油井套管壓力在生產(chǎn)要求區(qū)間內(nèi)，并且油氣分離器內(nèi)原油進(jìn)罐正常。機(jī)組控制參數(shù)設(shè)置情況見表2。

表2　控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定值

機(jī)組進(jìn)氣壓力設(shè)置為0.03～0.07 MPa（G），用于保證油氣分離器內(nèi)原油正常進(jìn)罐。排氣壓力設(shè)置為小于1.5 MPa（G），用于保證排氣壓力不要過高。放空閥開啟壓力設(shè)置為0.3 MPa（G），用于保證壓縮機(jī)功率在額定范圍內(nèi)。機(jī)組油冷卻系統(tǒng)運(yùn)行和傳統(tǒng)的螺桿式噴油壓縮機(jī)系統(tǒng)類似，通過溫控閥控制經(jīng)過冷卻器油量，通過監(jiān)測(cè)排氣溫度控制風(fēng)扇開啟，以保證壓縮機(jī)噴油溫度、排氣溫度在正常范圍內(nèi)。目前機(jī)組設(shè)置冷卻風(fēng)扇開關(guān)排氣溫度分別為90℃和85℃，根據(jù)季節(jié)不同應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)節(jié)溫度控制范圍。

4.3應(yīng)用效果分析

在窿103、柳108及青2-6X井上正式投入運(yùn)行的壓縮機(jī)組已經(jīng)安全生產(chǎn)超過4000 h，回收天然氣約600 m3/d，累計(jì)年回收天然氣量11×104m3。年節(jié)能減排效果折合標(biāo)準(zhǔn)煤146 t，預(yù)估產(chǎn)生年經(jīng)濟(jì)效益22萬元（忽略設(shè)備運(yùn)行能耗等因素）。1臺(tái)壓縮機(jī)組成本（包括設(shè)備和施工安裝）約80萬元，預(yù)期成本回收周期3.5年，壓縮機(jī)機(jī)組投入運(yùn)行產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯（表3）。

5　結(jié)論

新型渦旋式壓縮機(jī)用于低壓低產(chǎn)井伴生氣的回收，在技術(shù)上是可行的。渦旋式壓縮機(jī)可通過加入遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，便于油田信息化、數(shù)字化、精細(xì)化管理水平的提高。可以選擇氣量較大的井或者通過多個(gè)井口串并聯(lián)的方式，將壓縮機(jī)組的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，達(dá)到更好的應(yīng)用效果。

對(duì)低壓井伴生氣實(shí)施回收，不僅避免了油田伴生氣直接放空造成的資源浪費(fèi)，而且消除了對(duì)環(huán)境的污染和安全隱患，可以降低青西油田油氣生產(chǎn)的能源消耗，符合國(guó)家節(jié)能政策，并產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］蘇欣，王勝雷，張琳，等.油田伴生氣利用對(duì)策及現(xiàn)狀［J］.天然氣與石油，2008（2）：33-37.

［2］Atkinson M K，Bowery M S，F(xiàn)ord M E，et al.Cylinder block for integral gas compressor and internalcombustionengine［P］：USA，WO2007/047174 A2，2007-04-26.

［3］Emerson process management.Gas compressor overview［C］.Gas-electric partnership conference.USA，2008.7.

［4］戴英波，李智.外圍小油田伴生氣回收綜合利用［J］.油田節(jié)能，2004（4）：38-39.

［5］王協(xié)琴.回收邊遠(yuǎn)小油田放空天然氣的撬裝設(shè)計(jì)［J］.天然氣技術(shù)，2007（2）：72-75.

［6］彭學(xué)院，高翔，馮健美，等.一種全封閉臥式噴油渦旋壓縮機(jī)：中國(guó)，201010604908.5［P］.2012-08-27.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.019

2015-07-14）

吳國(guó)罡，高級(jí)工程師，1992年畢業(yè)于西安石油大學(xué)（采油工程專業(yè)），從事油田生產(chǎn)、設(shè)備及節(jié)能節(jié)水管理工作，E-mail：wgg@petrochina.com.cn，地址：甘肅玉門市老市區(qū)青西油田作業(yè)區(qū)，735200。