盧洪源

中油遼河工程有限公司，遼寧盤錦124010

遼河油田油品以稠油[1]為主，隨著油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，遼河油田開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行了多種轉(zhuǎn)換。火驅(qū)開(kāi)發(fā)是提高原油采收率、性價(jià)比較好的采油方式，特別對(duì)于已開(kāi)采的老區(qū)，可以使原油采收率大幅提高。

火驅(qū)開(kāi)發(fā)地面配套系統(tǒng)主要包括：注空氣系統(tǒng)、油氣集輸系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)等。曙采火驅(qū)配套的注空氣系統(tǒng)為集中建站注氣，注氣規(guī)模為100萬(wàn)m3/d。錦采火驅(qū)的配套注空氣系統(tǒng)為分散移動(dòng)注氣，注氣規(guī)模為9.1萬(wàn)m3/d。高升采油廠[2]火驅(qū)的配套注空氣系統(tǒng)為分散建站注氣，注氣規(guī)模為28萬(wàn)m3/d。本文以高升火驅(qū)的注空氣系統(tǒng)為例，介紹了其主要工藝流程，分析了站內(nèi)存在問(wèn)題，并對(duì)站內(nèi)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，滿足生產(chǎn)需求。

1 高升采油廠火驅(qū)注空氣系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 作業(yè)區(qū)注空氣系統(tǒng)

高升采油廠的高3區(qū)塊、高3-6-18區(qū)塊和高2-4-6區(qū)塊三個(gè)斷塊自1977年開(kāi)始陸續(xù)投入開(kāi)發(fā)，歷經(jīng)40年的強(qiáng)化開(kāi)采，開(kāi)發(fā)方式經(jīng)歷了蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)和火驅(qū)。

轉(zhuǎn)火驅(qū)開(kāi)發(fā)以來(lái)，先后在高3-6-18區(qū)塊、高3區(qū)塊、高2-4-6區(qū)塊建成了4座壓縮機(jī)站，1號(hào)注空氣站為高3-6-18區(qū)塊注氣（10 MPa、16 MPa）；2號(hào)注空氣站、3號(hào)注空氣站為高3區(qū)塊注氣（10 MPa）；4號(hào)注空氣站為高2-4-6區(qū)塊（16 MPa）和高3區(qū)塊注氣（10 MPa）。

目前高升火驅(qū)共包括兩個(gè)區(qū)塊：高3-6-18區(qū)塊、高3區(qū)塊。高3-6-18區(qū)塊2008年開(kāi)展火驅(qū)，高3區(qū)塊2010年開(kāi)展火驅(qū)，截至目前，兩個(gè)火驅(qū)區(qū)塊共有油井494口，開(kāi)井237口，日產(chǎn)液865 t，日產(chǎn)油282.2 t，日產(chǎn)氣18萬(wàn)Nm3/d。目前火井開(kāi)井27口，日注氣28萬(wàn)Nm3/d。

站內(nèi)工藝流程均為：大氣→空壓機(jī)→緩沖罐→管道→井口。

1.2 存在問(wèn)題

（1）高升火驅(qū)區(qū)塊原為合作開(kāi)發(fā)，2016年移交至高升采油廠。原地上、地下的注空氣管道均未進(jìn)行探傷就投產(chǎn)。注空氣站壓縮機(jī)及注氣管道發(fā)生過(guò)多次內(nèi)燃和爆炸事故。

（2）已建空壓機(jī)生產(chǎn)廠家較多，維修不規(guī)范，設(shè)備故障率高，使用率低。原設(shè)備廠家的檢測(cè)結(jié)果為：已建壓縮機(jī)由于使用不當(dāng)，已無(wú)法維持高壓生產(chǎn)，建議降壓使用。這樣，注氣壓力就不能滿足預(yù)期要求。

（3）壓縮機(jī)組未配置干燥器，配置的氣液分離器處理能力小，使用效果差，以致存在機(jī)油乳化、管道和井筒管柱腐蝕等嚴(yán)重問(wèn)題。

（4）與站內(nèi)壓縮機(jī)相連的各路水管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，冷卻效果差，壓縮機(jī)出口超溫。

1.3 影響因素分析

（1）注空氣管道輸送介質(zhì)為高壓壓縮空氣，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)大于或等于起點(diǎn)輸送壓力，設(shè)計(jì)溫度應(yīng)考慮壓縮機(jī)出口介質(zhì)溫度，一般為50℃。管道應(yīng)選用耐高壓、探傷檢測(cè)合格的管道。

（2）空壓機(jī)和注空氣管道發(fā)生內(nèi)燃及爆炸的主要原因是設(shè)備及管道積碳[3]?？諌簷C(jī)使用的潤(rùn)滑油常以霧狀形態(tài)與高溫、高壓、高氧分壓的空氣或金屬催化劑接觸，導(dǎo)致潤(rùn)滑油快速氧化變質(zhì)。受熱蒸發(fā)的潤(rùn)滑油中較重組分的油殘留在排氣閥腔和排氣管道中不斷受熱分解、脫氫聚合，其產(chǎn)物與吸入氣體中的機(jī)械雜質(zhì)和/或壓縮機(jī)內(nèi)金屬磨屑混合，沉積在機(jī)體表面上被進(jìn)一步加熱，即成為積碳[4]。

如果積碳進(jìn)入主機(jī)，由于主機(jī)的部件是非常精密的，異物進(jìn)入必然會(huì)對(duì)主機(jī)造成損傷，導(dǎo)致主機(jī)抱死甚至報(bào)廢。當(dāng)壓縮機(jī)在排氣閥及排氣管道處產(chǎn)生較多的積碳時(shí)，氣體溫度迅速上升，高的氣體溫度又加劇了潤(rùn)滑油氧化反應(yīng)，而反應(yīng)熱又不能及時(shí)放出，使得排氣管道內(nèi)氣體溫度繼續(xù)升高。當(dāng)溫度達(dá)到潤(rùn)滑油的自燃點(diǎn)時(shí)，積存在積碳中的潤(rùn)滑油開(kāi)始燃燒。不完全燃燒產(chǎn)物、油的熱分解產(chǎn)物、氣體中的油霧與空氣組成了爆炸氣體，就發(fā)生了爆炸。

空壓機(jī)的潤(rùn)滑油品質(zhì)對(duì)積碳影響很大，較好的潤(rùn)滑油可以有效減少、減緩積碳形成。另外，定期清潔空氣過(guò)濾器并控制空壓機(jī)的環(huán)境溫度也是有效預(yù)防積碳形成的措施。

（3）空壓機(jī)應(yīng)盡量選用有資質(zhì)、業(yè)績(jī)好的較大廠商，同時(shí)設(shè)備規(guī)格型號(hào)應(yīng)盡量相同，便于維護(hù)管理。對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行正確的維護(hù)保養(yǎng)，可以延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命。

（4）干燥器可有效減少空氣中水分，防止管道、井筒腐蝕。氣液分離器可阻止機(jī)油混入壓縮空氣中，減少積碳形成。

（5）站內(nèi)軟化水裝置無(wú)法正常運(yùn)行，不能保證循環(huán)水指標(biāo)，造成管路結(jié)垢嚴(yán)重，影響冷卻效果，造成空壓機(jī)出口氣體超溫。

2 工藝優(yōu)化

2.1 注氣量預(yù)測(cè)（見(jiàn)表1）

表1 注氣量預(yù)測(cè)

2.2 工藝流程優(yōu)化

優(yōu)化后工藝流程為：大注氣→螺桿機(jī)→干燥器→緩沖罐→往復(fù)機(jī)→空氣儲(chǔ)罐→干線→支線→井口。

（1）空壓機(jī)進(jìn)氣口可設(shè)置在室內(nèi)或引出室外，壓力為大氣壓，取值0.1 MPa，進(jìn)口段應(yīng)設(shè)置過(guò)濾裝置，防止異物進(jìn)入。

（2）油氣田用壓縮機(jī)一般為往復(fù)式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)。

離心式壓縮機(jī)適用于進(jìn)氣流量20 000 m3/h以上，排氣壓力70 MPa以下，但流量調(diào)節(jié)范圍?。?0%）的場(chǎng)合。離心式壓縮機(jī)具有輸氣量大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低、機(jī)組尺寸小、使用壽命長(zhǎng)、維修工作量小的特點(diǎn)。對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)、天然氣處理廠、氣田外輸增壓等氣量較大且波動(dòng)幅度不大的場(chǎng)合，宜優(yōu)先選用。當(dāng)流量較小時(shí)，應(yīng)選用往復(fù)式壓縮機(jī)或螺桿式壓縮機(jī)。依據(jù)對(duì)沈鼓、陜鼓、承壓等壓縮機(jī)廠家市場(chǎng)調(diào)研，目前在售的離心機(jī)規(guī)格大部分為100萬(wàn)m3/d以上機(jī)型，最小不低于72萬(wàn)m3/d。

往復(fù)式壓縮機(jī)適用于進(jìn)氣流量18 000 m3/h以下，特別適用于小排量、高壓力的場(chǎng)合，常用規(guī)格為5、10、15和20萬(wàn)m3/d，也有用10、20、30和40 m3/min來(lái)表示。單純選用往復(fù)機(jī)增壓，進(jìn)口為大氣壓，如果出口壓力較高，會(huì)造成設(shè)備壓比過(guò)大、壓縮級(jí)數(shù)多、尺寸龐大。往復(fù)式壓縮機(jī)效率高，壓比大，對(duì)于壓力及流量的波動(dòng)適應(yīng)性較強(qiáng)，工況易于調(diào)節(jié)，無(wú)喘振現(xiàn)象，流量變化對(duì)效率的影響較小，適用于氣田分散增壓。但也有體積大、活動(dòng)部件多、機(jī)組噪音大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輔助設(shè)備多，以及占地面積大、維護(hù)工作量大、維護(hù)費(fèi)用高的特點(diǎn)，單機(jī)功率較低（一般不超過(guò)6 000 kW）。

螺桿壓縮機(jī)適用于中低壓力及中小排氣量，排氣壓力5 MPa以下，常用規(guī)格為5、8、10萬(wàn)m3/d。螺桿式壓縮機(jī)具有可調(diào)范圍廣、操作平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，適用于油氣處理、煤層氣增壓和火驅(qū)空氣壓縮。目前遼河油田在運(yùn)螺桿壓縮機(jī)，基本為進(jìn)口壓力0.1 MPa，出口壓力1.0 MPa，為后端往復(fù)機(jī)供氣，減小往復(fù)機(jī)壓比。

高升火驅(qū)計(jì)算管道壓損，空壓機(jī)出口的壓力為12 MPa，輸量為60萬(wàn)m3/d。依據(jù)壓力及輸量參數(shù)，考慮空壓機(jī)對(duì)火驅(qū)年注空氣量的適應(yīng)性，選用“螺桿機(jī)+往復(fù)機(jī)”組合方式[5]。

（3）出站飽和空氣隨著輸送溫度的降低，有冷凝水析出，易造成注空氣管道及注氣井筒腐蝕[6]，不同溫度下的飽和空氣析出水量見(jiàn)表2。注空氣管道及注氣井筒腐蝕后的鐵屑等雜質(zhì)隨空氣注入地下，因此必須對(duì)注空氣站出站空氣進(jìn)行干燥。

表2 飽和空氣析出水量

往復(fù)機(jī)入口宜設(shè)置干燥機(jī)[7]，用于脫去氣體中水分，滿足井口注氣要求，同時(shí)防止水分進(jìn)入往復(fù)機(jī)和管道發(fā)生腐蝕。干燥機(jī)分為微熱再生吸附式、無(wú)熱再生吸附式、鼓風(fēng)熱再生吸附式、冷凍式、壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)。冷凍式干燥機(jī)0.9 MPa下水露點(diǎn)2～10℃，不滿足工藝要求；壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)要求進(jìn)氣溫度110～140℃，工藝條件達(dá)不到。因此，針對(duì)微熱再生吸附式、無(wú)熱再生吸附式和鼓風(fēng)熱再生吸附式干燥機(jī)進(jìn)行比選，見(jiàn)表3。

表3 干燥機(jī)選用對(duì)比

經(jīng)比選，微熱再生式干燥器再生耗氣量較小、設(shè)備價(jià)格低，且費(fèi)用年值最低。因此推薦選用微熱再生吸附式干燥機(jī)。

（4）螺桿空壓機(jī)和往復(fù)空壓機(jī)之間設(shè)置緩沖罐，保證往復(fù)空壓機(jī)的吸氣穩(wěn)定。緩沖罐的數(shù)量可以“一對(duì)一”，也可以“多對(duì)多”。

（5）往復(fù)空壓機(jī)出口設(shè)置空氣儲(chǔ)罐，對(duì)高壓氣體進(jìn)行儲(chǔ)存和緩沖，減少下游管道氣流脈動(dòng)?？諝鈨?chǔ)罐的設(shè)置與緩沖罐類似，可以“一對(duì)一”，也可以“多對(duì)多”。

（6）螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)潤(rùn)滑油消耗，但需定期更換，不需設(shè)置潤(rùn)滑油補(bǔ)充系統(tǒng)。往復(fù)壓縮機(jī)持續(xù)消耗潤(rùn)滑油，需設(shè)置潤(rùn)滑油補(bǔ)充系統(tǒng)。潤(rùn)滑油補(bǔ)充系統(tǒng)由潤(rùn)滑油罐和潤(rùn)滑油泵組成。

（7）空壓機(jī)組安全放空、緩沖罐超壓放空，均通過(guò)放空管道引至站內(nèi)放空管。

（8）壓縮機(jī)橇內(nèi)的排污系統(tǒng)采用自動(dòng)排污控制，級(jí)間分離器排污通過(guò)管路聯(lián)接匯總，各排污口通過(guò)氣動(dòng)球閥控制排放油水。站內(nèi)干燥機(jī)和空氣緩沖罐等非標(biāo)設(shè)備的排污采用手動(dòng)控制，通過(guò)排污管道接入排污系統(tǒng)。為便于排污介質(zhì)集中回收和處理，一般設(shè)置常壓排污罐，排污罐配套設(shè)有排污泵。

（9）壓縮空氣通過(guò)注氣干線、支線輸至注氣井口，井口設(shè)置流量計(jì)，就地/遠(yuǎn)程顯示。單井注空氣量通過(guò)角式調(diào)節(jié)閥手動(dòng)調(diào)節(jié)。

（10）空壓機(jī)常用冷卻方式分為風(fēng)冷和水冷，選用設(shè)備為空冷器和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。參照遼河油田其他注空氣站生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)冷機(jī)型的空壓機(jī)機(jī)房室內(nèi)溫度較高，不利于設(shè)備運(yùn)行和溫度控制，同時(shí)也給工人操作帶來(lái)不便，而水冷機(jī)型具有冷卻效果較好、運(yùn)行成本低、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

冷卻水循環(huán)[8]系統(tǒng)包括水泵、循環(huán)水池、冷卻塔、污水池等設(shè)備設(shè)施。常見(jiàn)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)有開(kāi)式循環(huán)和閉式循環(huán)。相對(duì)于閉式循環(huán)，開(kāi)式循環(huán)具有造價(jià)低、便于維修管理等優(yōu)點(diǎn)，但水體易受污染，造成管路結(jié)垢，影響冷卻效果。而閉式循環(huán)雖然造價(jià)略高，但對(duì)于空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、水系統(tǒng)的維護(hù)管理均有很好的效果。為防止水循環(huán)管路結(jié)垢，冷卻水采用處理后的軟化水，因此冷卻水循環(huán)系統(tǒng)一般配備軟化水裝置。

2.3 工藝方案

利用原注氣2站站址新建高采注空氣站1座，規(guī)模為60萬(wàn)m3/d，工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

正常生產(chǎn)流程：常壓空氣→螺桿空壓機(jī)→干燥器→緩沖罐→往復(fù)空壓機(jī)→空氣儲(chǔ)罐→出站。

排污流程：螺桿機(jī)、干燥器、空氣緩沖罐、往復(fù)機(jī)中低壓排污→污油污水回收裝置；往復(fù)機(jī)、空氣儲(chǔ)罐高壓排污→污油污水回收裝置。

表4 注空氣站工藝參數(shù)

放空流程：空壓機(jī)、干燥器、緩沖罐、空氣儲(chǔ)罐→放空管。

潤(rùn)滑油流程：潤(rùn)滑油罐→潤(rùn)滑油泵→往復(fù)機(jī)。

循環(huán)冷卻水流程：冷卻水塔來(lái)水→螺桿/空壓機(jī)→冷卻水回冷卻水塔；注空氣站→注氣干線→注氣支線→注氣井（井口計(jì)量）。

空壓機(jī)是注空氣工藝的核心設(shè)備，推薦注空氣壓縮機(jī)采用螺桿空壓機(jī)+往復(fù)機(jī)空壓機(jī)的組合方式。

對(duì)高升區(qū)塊注氣量（如圖1所示）的分析表明，該區(qū)塊近10年的注氣量為（35.91～48.74） 萬(wàn)m3/d。壓縮機(jī)建設(shè)分2期實(shí)施：1期工程新建20萬(wàn)Nm3/d往復(fù)機(jī)3臺(tái)（2用1備），配套10萬(wàn)Nm3/d螺桿機(jī)6臺(tái)；2期工程新建20萬(wàn)Nm3/d往復(fù)機(jī)1臺(tái)（后期注氣量達(dá)到60萬(wàn)Nm3/d），配套10萬(wàn)Nm3/d螺桿機(jī)2臺(tái)。

圖1 高升區(qū)塊注氣量

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)遼河油田火驅(qū)配套注空氣系統(tǒng)概況，并以高升采油廠火驅(qū)注空氣系統(tǒng)為例，對(duì)目前存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，優(yōu)化注空氣系統(tǒng)工藝流程，著重研究了注空氣系統(tǒng)中空壓機(jī)及配套設(shè)備上設(shè)施選用，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的注空氣方案，保障注空氣系統(tǒng)平穩(wěn)、安全運(yùn)行，為其他火驅(qū)區(qū)塊配套注空氣系統(tǒng)建設(shè)提供參考和借鑒。

[1]任芳祥，孫洪軍，戶昶昊.遼河油田稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)與實(shí)踐[J].特種油氣藏，2012，19（1）：1-8.

[2]金兆勛.高升油田火燒油層過(guò)程控制技術(shù)研究[J].鉆采工藝，2012，35（6）：41-44.

[3]伍曙光.積碳引起的空壓機(jī)后冷卻器自燃原因分析及預(yù)防措施[J].裝備維修技術(shù)，2009（2）：40-44.

[4]王柏華.空氣壓縮機(jī)積碳形成與排氣溫度控制[J].煤礦機(jī)電，2006（5）：84-85.

[5]孫國(guó)成，廖興沖.組合式空氣壓縮機(jī)組在新疆油田火驅(qū)采油工程中的應(yīng)用[J].新疆石油天然氣，2012，8（3）：78-81.

[6]韓霞.鄭408塊火燒驅(qū)油注氣井腐蝕原因分析及對(duì)策 [J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2010，22（3）：247-250.

[7]趙斌.吸附式壓縮空氣干燥機(jī)的對(duì)比分析[J].玻璃，2011，38（8）：13-19.

[8]申林.空壓站冷卻水循環(huán)系統(tǒng)改造[J].礦山機(jī)械，2011，39（5）：122-123.

[9]梁建軍，陳龍，計(jì)玲，等.火驅(qū)注氣燃燒工藝在新疆油田的應(yīng)用[J].新疆石油天然氣，2014，10（3）：61-63.?