代清華

（長城鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

隨著生活中對天然氣資源需求的日益增長，公眾及社會對環(huán)境保護(hù)的日趨重視，使得在天然氣利用過程中既要重視天然氣的高效利用，同時(shí)又要注意環(huán)境保護(hù)。但在開發(fā)的過程中間接地、潛在地、長遠(yuǎn)地對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生影響，油氣田開發(fā)過程中還存在著巨大的環(huán)境保護(hù)改造空間。

目前在天然氣回收領(lǐng)域研究較多的是針對天然氣正常開采階段，需要放空天然氣的情況有：（1）站內(nèi)檢修以及設(shè)備維修和更換；（2）天然氣井由于生產(chǎn)壓力過高，在冬季易形成水合物堵塞天然氣閘閥或管道[1]?；厥占夹g(shù)主要有噴射技術(shù)[1]、CNG技術(shù)[2]、天然氣發(fā)電技術(shù)[2]等。比較早實(shí)施并取得實(shí)效是文昌13-1/2油田回收項(xiàng)目，該項(xiàng)目于2006年10月投產(chǎn)至2 00 7年底共回收5.25萬m3液化氣及3.65萬m3凝析油，創(chuàng)造利稅3.6億元，火炬放空氣量從2006年的3 496萬m3降至2007年的627萬m3，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益非常顯著[3]。2006年3月開始實(shí)施火炬放空氣回收工程并在當(dāng)年投入運(yùn)行的溫米、丘陵、丘東等油田，回收天然氣約52 000 m3/d，回收混涇約11 t/d，年產(chǎn)值2 445.96萬元，純利潤1 567.92萬元，投入產(chǎn)出比1∶2.53[4]。勝利油田、冀東油田和大港油田在2009年前后也實(shí)施了天然氣回收工程的，其中冀東油田在北28站每年可回收天然氣525 ×104m3，每年毛利315萬元[2]。

在天然氣正常開采階段實(shí)施的回收工程技術(shù)已比較成熟，工程案例也取得了明顯的效益，但在天然氣井開發(fā)期的放空排液階段實(shí)施回收的研究不多，天然氣井在開發(fā)的過程中存在不同程度的資源浪費(fèi)和污染，在先期開采壓裂放噴排液的工藝中，天然氣也多是直接燃燒物排放，對環(huán)境存在著重大的污染和資源的浪費(fèi)，在這階段同樣有著巨大的天然氣回收價(jià)值。

1 放噴排液過程燃燒掉的天然氣量分析

天然氣在先期開采中，需要采用壓裂放噴排液工藝，以獲得穩(wěn)定的產(chǎn)量。放噴可分為兩個(gè)階段，第一階段為連續(xù)放噴階段，第二階段為間斷性放噴。連續(xù)放噴階段井口壓力逐漸減小，從點(diǎn)火放噴開始，隨著天然氣的含量不斷增加壓力也不斷增加，但壓力恢復(fù)較慢，在返排液量逐漸減少后進(jìn)入第二階段放噴，間斷放噴壓力上升較快，間放過程中壓力波動(dòng)較大，但間放壓力恢復(fù)較快。返排液量逐漸減少直至最后成為一條平穩(wěn)的直線，壓力達(dá)到要求后方正式投產(chǎn)。

天然氣井產(chǎn)量計(jì)算公式：

Qgas=（146～148）d2×Pup/24

式中：Qgas為產(chǎn)量，m3/h；

D為油嘴，mm；

Pup為上游壓力，MPa。

下面通過某海水平型天然氣井的放噴過程分析計(jì)算可在此過程中可回收的天然氣量。圖1是該井放噴數(shù)據(jù)示意圖。

壓裂完開井放噴3h 30 min點(diǎn)火，井口油壓從17.5 MPa下降至0，返液平均在35 m3/h；經(jīng)過8 h放噴后壓力開始上升，從0上升至1 MPa，平均返液在31 m3/h左右。再經(jīng)過10 h 30 min的放噴后，井口油壓從1 MPa上升至6 MPa，平均返液26 m3/h左右，而且是從遞減趨勢逐漸減少，再經(jīng)過8 h放噴后，油壓從6 MPa上升至7.5 MPa，平均返液16 m3/h。然后轉(zhuǎn)入間斷放噴，關(guān)井2 h，壓力從7.5上升至14 MPa，采用8+8 mm油嘴開井放噴2 h，30 min后壓力從14 MPa下降至5 MPa，1h 30min后再上升至10 MPa，返液共計(jì)15 m3，假定理想狀態(tài)下壓力勻速上升和下降，開井后30～50 min開始返液，然后液量從多逐漸減少，最后成霧狀狀態(tài)和無液狀態(tài)。

第一階段（從14 MPa下降至5 MPa）；

Qgas1=147× （9.5+0.1） ×11.32/24×0.5=3 754 m3。

第二階段（從5 MPa上升至10 MPa）；

Qgas2=147×(7.5+0.1)×11.32/24×1.5=8 916 m3。

總體氣量：

Qgas間=Qgas1+Qgas2=12 670 m3。

該井累計(jì)間斷性放噴11次，共計(jì)放噴時(shí)間20 h，每次間放2 h，壓力變化較大，但壓力恢復(fù)較快，壓力最高達(dá)到18 MPa，累計(jì)出液166 m3，平均每小時(shí)出液8.3 m3。按照第一次間放的產(chǎn)量可估算出天然氣間放累計(jì)產(chǎn)量：

Qgas累=Qgas間×11=139 370 m3

從計(jì)算的結(jié)果得出，兩個(gè)階段都存在巨大資源浪費(fèi)，而且燃燒后對大氣存在很大的污染，不管是第一階段還是第二階段，放噴的時(shí)間越長浪費(fèi)的天然氣就越多。

圖1 某水平井放噴數(shù)據(jù)示意圖

2 放噴排液天然氣回收技術(shù)

要做到既不影響壓裂后放噴排液，又不造成資源的浪費(fèi)，如果先期排液達(dá)不到良好的效果會直接影響的后期天然氣的產(chǎn)量。

中國專利“一種油氣田放噴燃燒罐裝置”（專利號CN201520561980.2）公開了一種油氣田放噴燃燒罐裝置，用于減小油氣田開采過程中放噴燃燒時(shí)對環(huán)境的污染，不足之處是未能對放噴天然氣進(jìn)行回收[5]。

中國專利“天然氣井初期放噴氣回收裝置”（專利號CN201520843783.X）公開了一種天然氣井開采初期放噴天然氣的回收裝置，不足之處是未對放噴流體進(jìn)行分流，放噴液體入口氣液固沖擊力大，易造成容器損壞，且放噴流體進(jìn)入容器后有霧狀物體，該設(shè)備無處理，需天然氣自身的壓力驅(qū)動(dòng)液體進(jìn)入油水分離器，對放噴增加了阻力，影響天然氣井放噴效果，該發(fā)明另一不足之處是無排液回收裝置[6]。

中國專利“撬裝式放噴氣回收系統(tǒng)及回收方法”（專利CN201520843783.X）公開了一種天然氣井開采放噴氣回收系統(tǒng)及回收方法，不足之處是該裝置中一級、二級除沙設(shè)備在運(yùn)行過程對放噴返排液的流動(dòng)產(chǎn)生阻力，影響放噴效果，對天然氣井后期生產(chǎn)產(chǎn)生不利效果[7]。

中國專利2016104568287（申請?zhí)枺┕_了一種助排增產(chǎn)放噴排液天然氣回收裝置及方法[8]。回收技術(shù)方案下文進(jìn)行簡要介紹。

圖2是放噴排液天然氣回收流程示意圖、圖3是沉降高壓加收容器結(jié)構(gòu)示意圖。

無阻放噴：采用較粗的平式油管為放噴管線，壓裂完后返排液從井口出來后進(jìn)入放噴管線，然后把放噴管線分成兩條管線進(jìn)行分流放噴，并分別安裝油嘴套，根據(jù)井口壓力變化便于返排液量的控制，然后進(jìn)入沉降高壓回收容器后再把兩條管線分成四條管線，起到分流的作用，增強(qiáng)返排效率，減小流體的流動(dòng)阻力，同時(shí)也減小了進(jìn)入容器的沖擊力。放噴的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，壓力、氣液比例、出口排量這幾個(gè)參數(shù)隨著放噴的變化而變化，氣液固三相流的流動(dòng)狀態(tài)也不是穩(wěn)定的紊流和層流（放噴前期主要是壓裂液的返排，含油較少）。

進(jìn)入沉降高壓回收容器后，4條入口分別安裝比普通的放噴鴨嘴更長的緩沖器，起到保護(hù)容器的作用，緩沖器后面設(shè)置擋板，使返排液經(jīng)過沉砂區(qū)后沉降過濾，返排出的壓裂砂和地層巖屑沉降在沉砂區(qū)，液體經(jīng)過由隔砂網(wǎng)和過濾網(wǎng)組成的雙隔離裝置后把返排出的壓裂砂、巖屑和雜質(zhì)進(jìn)行過濾，然后進(jìn)入液體沉降區(qū)，液體通過出口排至儲液罐，液體的排出采用自溢式和外力抽吸式兩條管線進(jìn)入儲液罐，采用一臺高壓泵，通過外力的作用及時(shí)排出液體，增強(qiáng)了放噴的效果，減小放噴的阻力，實(shí)現(xiàn)液體不落地達(dá)到回收的目的。

圖2 放噴排液天然氣回收流程示意圖

圖3 沉降高壓回收容器結(jié)構(gòu)示意圖

利用天然氣不溶于水的原理，在天然氣和返排液進(jìn)入容器內(nèi)后自動(dòng)分離，在重力的作用下返排液沉降在容器的底部，利用天然氣比重輕流動(dòng)速度快的特點(diǎn)很快和液體分離，通過容器內(nèi)分離區(qū)上方的出口進(jìn)入捕霧器后進(jìn)入管線排出容器外，再經(jīng)過過濾器，過濾器過濾后分成兩條管線，一條直接連接進(jìn)站管線，壓力高的井可直接進(jìn)站，中間加單流閥；第二條管線進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行二次增壓后進(jìn)站，通過壓縮機(jī)克服流體經(jīng)過管線的阻力和進(jìn)站回壓，因?yàn)樵诘貙雍途矁?nèi)液體排出主要靠天然氣的壓力排出地面，所以只有克服了在流動(dòng)中產(chǎn)生的阻力才能更好的提高放噴效果，通過引用壓縮機(jī)起到抽吸作用，提高了放噴效果，同時(shí)又可以回收天然氣，避免了傳統(tǒng)的放噴點(diǎn)火天然氣燃燒后產(chǎn)物對大氣的污染。兩條管線可同時(shí)使用，在氣量較大的時(shí)候促進(jìn)放噴的效果。

該回收方案的主要特點(diǎn)可歸納如下：

（1）分流放噴減小流動(dòng)阻力和流動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力；

（2）容器交換空間大，根據(jù)不同井型、壓裂規(guī)?？稍O(shè)計(jì)不同大小的容積，基本大小設(shè)計(jì)在25～35 m3就能滿足不同條件下放噴排液的處理，實(shí)現(xiàn)液體和天然氣的回收，能儲存返出的壓裂砂和巖屑；

（3）天然氣回收采用負(fù)壓抽吸的作用增強(qiáng)天然氣推動(dòng)液體的返排，對低滲透、低壓、產(chǎn)量低的氣井有促進(jìn)放噴的作用，能提高放噴效果和天然氣的產(chǎn)能；

（4）搬遷安裝方便、操作簡單、便于掌握、安全可靠。

3 結(jié)束語

通過對放噴數(shù)據(jù)的分析計(jì)算得出在放噴排液的過程中存在巨大的資源浪費(fèi)和環(huán)境的污染，研制放噴排液過程中的天然氣回收裝置十分迫切。從各文獻(xiàn)上查到的回收技術(shù)方案中，專利2016104568287（申請?zhí)枺┕_的“一種助排增產(chǎn)放噴排液天然氣回收裝置及方法”通過外加力的作用克服了流體在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的阻力，促進(jìn)了放噴，回收了天然氣和液體，避免了環(huán)境污染。該系統(tǒng)適用范圍廣，不但適用于壓裂后放噴，也適用于單井產(chǎn)量較低、井內(nèi)有大量的積液的處理、油氣井措施作業(yè)過程中放噴油氣的回收。