潘國輝，陳聰穎，姚新玲

（江蘇油田分公司采油一廠工藝研究所，江蘇揚(yáng)州225265）

油井伴生氣綜合回收技術(shù)研究與應(yīng)用

潘國輝，陳聰穎，姚新玲

（江蘇油田分公司采油一廠工藝研究所，江蘇揚(yáng)州225265）

研究分析采油一廠伴生氣資源基礎(chǔ)，針對小斷塊油田零散區(qū)塊多，油井伴生氣規(guī)模小、回收難度大等特點(diǎn)，開展伴生氣回收工藝研究，針對不同套壓、不同區(qū)塊的伴生氣開展了回收工藝的適應(yīng)性研究，研發(fā)了水浴熱循環(huán)節(jié)流降壓裝置，研制定壓回收裝置、動(dòng)力回收設(shè)備，移動(dòng)式抽氣裝置進(jìn)一步改進(jìn)與完善，滿足了油井伴生氣的回收工藝的需求。年回收伴生氣215.6×104m3，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。

伴生氣；降壓；回收；移動(dòng)

江蘇油田屬于零散小斷塊，由于規(guī)模小、效益不高，所以在滾動(dòng)開發(fā)投產(chǎn)時(shí)，沒有完善的地面管網(wǎng)，因此，在套管氣回收利用工藝技術(shù)研究不多。一方面隨著伴生氣體的積聚使套管內(nèi)氣體壓力升高，影響原油產(chǎn)量、增加采油過程的能耗，如果直接排空會(huì)造成能源浪費(fèi)、環(huán)境污染、危害安全。另一方面，由于油井伴生氣量因開發(fā)區(qū)塊、生產(chǎn)層位、開發(fā)時(shí)間變化而變化，套管氣的壓力大小直接影響回收工藝的選用，套管氣壓力高，釋放時(shí)吸收熱量，伴生氣中的水分、輕質(zhì)成分會(huì)發(fā)生冰凍，凍堵回收流程，影響回收工作的正常運(yùn)行，因此，回收工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大。

當(dāng)初始壓力在3 MPa，壓降達(dá)到2.5 MPa的情況下，溫降達(dá)到12℃；當(dāng)初始壓力達(dá)到5 MPa時(shí)，壓降達(dá)到4.5 MPa的情況下，溫降達(dá)到23℃，由此可見當(dāng)壓降超過一定的壓力值會(huì)給回收工藝帶來的凍堵現(xiàn)象，需要根據(jù)不同的套管壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，適應(yīng)不同油井套壓的回收裝置［1-3］。

主要技術(shù)思路如下：

（1）在套壓大于回壓的情況下，只需要采用定壓節(jié)流裝置進(jìn)行伴生氣回收。

①壓力在3 MPa及以下，溫降在12℃以內(nèi)，優(yōu)化應(yīng)用低壓定壓回收裝置，實(shí)現(xiàn)伴生氣的回收。

②壓力大于3 MPa時(shí)，溫降達(dá)到12℃以上，可以借助井口油溫，預(yù)防發(fā)生凍堵現(xiàn)象，設(shè)計(jì)防凍堵定壓回收裝置，實(shí)現(xiàn)伴生氣的回收。

③壓力高于5 MPa時(shí)，溫降達(dá)到23℃以上，需要對節(jié)流裝置進(jìn)行加熱保溫，設(shè)計(jì)水浴加熱定壓回收裝置，實(shí)現(xiàn)伴生氣的回收。

（2）在套壓小于或等于回壓的情況下，需要采取動(dòng)力回收裝置進(jìn)行伴生氣的回收。

①利用抽油機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，設(shè)計(jì)固定式抽氣裝置，控制日回收伴生氣量在0.04×104m3以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)伴生氣的回收。

②利用外部動(dòng)力系統(tǒng)提供動(dòng)力，設(shè)計(jì)移動(dòng)式抽氣裝置，控制日回收伴生氣量在0.04×104m3以上，實(shí)現(xiàn)伴生氣的回收。

1　定壓回收伴生氣裝置的研究與應(yīng)用

1.1普通定壓回收裝置的研究

當(dāng)套壓在3 MPa以下，壓降在2.5 MPa以內(nèi)，根據(jù)溫降曲線，溫降在12℃，井口溫度正常28℃，出氣溫度在16℃。在這種情況下，不需要加溫或保溫措施，可直接采用減壓的方式直接回收伴生氣。

該定壓閥主要由本體、閥座、柱塞、隔膜、彈簧、調(diào)節(jié)螺釘?shù)冉M成。為了防止彈簧腐蝕失效，設(shè)計(jì)了隔膜腔，通過隔膜將液體與彈簧分隔，使彈簧處在一個(gè)較好的工作環(huán)境；為了解決閥的壽命，采用了陶瓷柱塞與閥座。該閥通過軟管與油套三通相連，根據(jù)油井的回壓大小調(diào)好開啟壓力，當(dāng)溢出的套管氣在環(huán)空聚集壓力超過設(shè)定值時(shí)便泄放到出油流程中，混入原油輸?shù)较掠巍６▔洪y通過放氣三通與套管相連，通過快速接頭連接油管線。根據(jù)不同油井井況選定合理套壓后，把相應(yīng)的定壓彈簧裝入套管定壓放氣閥，打開套壓閥門即可起到套管氣定壓的作用。

目前本廠共安裝定壓放氣裝置油井共計(jì)374口，占全油田油井總數(shù)的21%。通過該裝置的推廣應(yīng)用，在全廠有效地將套管內(nèi)伴生氣回收至集油系統(tǒng)，從而避免了放空造成的環(huán)境污染及資源浪費(fèi)。

1.2防凍堵定壓回收裝置的研究

油井套管氣在生產(chǎn)過程中往往帶有輕質(zhì)成分及水，當(dāng)初始套管氣壓力達(dá)到5 MPa的情況下，通過定壓節(jié)流回收伴生氣，因伴生氣壓力的突然降低，會(huì)吸收熱量，過低的溫度會(huì)使天然氣內(nèi)的水蒸汽、重?zé)N在套管氣輸送管路內(nèi)凝結(jié)，并堵塞管路，影響套管氣的正?；厥蘸托箟?。

設(shè)計(jì)思路：改變節(jié)流點(diǎn)的位置，利用流體的溫度，提高節(jié)流部位的溫度，防止凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。

根據(jù)焦耳－湯姆遜效應(yīng)曲線，設(shè)計(jì)壓力控制在5 MPa以內(nèi)，將設(shè)備安裝在井口油嘴套頂端，利用產(chǎn)出液的溫度對節(jié)流部位進(jìn)行保溫，當(dāng)伴生氣壓降達(dá)到不超過5 MPa的情況下，溫降在23℃，也就是伴生氣溫度在15℃左右，加上產(chǎn)出液的溫度，不會(huì)產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象。

在使用過程中，逐步降低定壓值，使套壓緩慢降低并穩(wěn)定到合理套壓點(diǎn)，設(shè)計(jì)壓力控制在5 MPa以內(nèi)，安全壓力范圍提高到1.25倍的生產(chǎn)壓力，氣體排放量根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場氣質(zhì)的情況，一般控制在0.5×套壓/油壓×104m3。

1.3撬裝式水浴加熱定壓回收裝置的研制

通過利用高壓套管器回收裝置較好的實(shí)現(xiàn)對高壓套管氣油井的卸壓、排放難題，排除由此引發(fā)的安全環(huán)保隱患，明顯提高油井的動(dòng)態(tài)液面，提高產(chǎn)量從而有效的生產(chǎn)、回收、利用油田伴生天然氣，降低伴生天然氣的損耗，節(jié)能減排。針對聯(lián)盟莊、富民等高飽和油田油井，套壓達(dá)5 MPa以上，利用普通定壓閥和防凍堵定壓回收裝置，在生產(chǎn)過程中往往產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象。為解決此類油井套管氣有效回收，研制撬裝式水浴加熱定壓回收裝置，有效提高伴生氣的回收效率。

技術(shù)方案設(shè)計(jì)：采用電加熱水浴，將控制閥體、節(jié)流管線、安置在水中，在氣管線流程上安裝測溫探頭，當(dāng)溫度低于設(shè)定下限時(shí)，啟動(dòng)電加熱系統(tǒng)，加熱水保溫輸氣管線，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，停止加熱（見圖1）。

圖1　撬裝式水浴加熱定壓回收裝置

2　動(dòng)力回收伴生氣裝置的研究與應(yīng)用

2.1固定抽氣裝置研制與改進(jìn)應(yīng)用

（1）第一代固定式抽氣裝置的研制－游梁式固定抽氣裝置，針對部分油田回壓高的油井，當(dāng)油套管氣的套壓與回壓持平時(shí)，安裝定壓放氣閥等油套連通裝置無法將套管氣進(jìn)行回收。為此，研發(fā)了固定式套管氣回收裝置。

該裝置將抽氣筒活塞連桿連接在游梁上，憑借游梁上下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，依靠游梁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)抽氣筒活塞上下運(yùn)動(dòng)，完成對套管氣的抽吸與壓縮，壓縮后的氣體注入出油流程，混輸至下游。

試驗(yàn)應(yīng)用6井次以來，在安裝方式以及安全保護(hù)措施方面不斷優(yōu)化與改進(jìn)，目前已累計(jì)應(yīng)用14井次，已累計(jì)回收收套管氣15×104m3。

（2）第二代固定式抽氣裝置的研制－井口固定式抽氣裝置，針對第一代固定裝置在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，改變思路，由伴生氣轉(zhuǎn)化為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的主體。將設(shè)備移到井口，對抽油機(jī)的運(yùn)行沒有影響，主要利用伴生氣上頂柱塞向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一定的位移，當(dāng)抽油機(jī)下行時(shí)，光桿帶動(dòng)上部的方卡在管柱重力下帶動(dòng)活塞下行，將伴生氣壓入集輸流程，實(shí)現(xiàn)伴生氣的回收。

柱塞受力的平衡設(shè)計(jì)，為解決平衡問題，在井口安裝對稱的兩只柱塞氣缸，實(shí)現(xiàn)了兩組抽氣裝置同時(shí)工作。

現(xiàn)場應(yīng)用以來，在安裝方式以及安全保護(hù)措施方面不斷優(yōu)化與改進(jìn)，目前已累計(jì)應(yīng)用20井次，日回收伴生氣0.3×104m3。

2.2移動(dòng)式套管氣回收工藝研究應(yīng)用

針對油井套壓與回壓持平，并具有伴生氣回收潛力的油井，依靠定壓放氣閥無法回收，設(shè)計(jì)使用移動(dòng)式抽氣裝置可有效回收這類油井伴生氣。同時(shí)油井作業(yè)或大排量需要回收伴生氣時(shí)，使用移動(dòng)式伴生氣回收裝置，將伴生氣快速的回收到集輸系統(tǒng)，充分利用。

該裝置由套管氣抽吸裝置、三相電動(dòng)機(jī)和壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。裝置投用后可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)需求，設(shè)定套壓的范圍值。對于部分油井套管壓力需控制的井，即可使用該套壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)套管壓力值高于裝置設(shè)定上限值時(shí)，即裝置自動(dòng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行抽氣；當(dāng)壓力下降到設(shè)定下限值時(shí)，裝置自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在同一井場，為滿足如有2口井以上需要回收伴生氣，設(shè)計(jì)了抽氣泵進(jìn)口多通閥，在每個(gè)閥前設(shè)計(jì)了單向控制裝置，防止井之間發(fā)生套管氣串通，影響油井的生產(chǎn)。

3　應(yīng)用及效果評價(jià)

通過對伴生氣回收、利用技術(shù)的不斷研究、改進(jìn)、應(yīng)用，充分回收利用了伴生氣資源，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（1）通過優(yōu)化推廣應(yīng)用普通定壓回收裝置，在本廠應(yīng)用374套，日回收伴生氣全部提供燃?xì)庀到y(tǒng)使用。

（2）通過防凍堵定壓閥的研制應(yīng)用，在聯(lián)盟莊、永43地區(qū)使用了13套裝置，解決了聯(lián)盟莊高飽和油氣藏伴生氣的回收問題。

（3）通過水浴加熱定壓回收裝置的研制與應(yīng)用，解決了聯(lián)28、聯(lián)3-9套壓在5 MPa以上生產(chǎn)井伴生氣的回收，同時(shí)滿足了油井生產(chǎn)的要求。

（4）通過優(yōu)化改進(jìn)固定式伴生氣回收裝置，在本廠應(yīng)用了20套，主要用于缺氣的瓦3塊及進(jìn)入系統(tǒng)管網(wǎng)的許淺地區(qū)，增加了伴生氣的回收量，降低了瓦3塊的燃油量。

（5）通過移動(dòng)式回收裝置的改進(jìn)應(yīng)用，在本廠應(yīng)用了6套裝置，解決了花17站氣源緊張的問題，許淺伴生氣大排量回收工藝的需求。

通過伴生氣的回收綜合應(yīng)用，解決了伴生氣排放污染環(huán)境的問題，取得了安全環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。

［1］許冬進(jìn)，馬麗，等.油田伴生氣回收裝置現(xiàn)狀和分析［J］.石油科技論壇，2010，（4）：27-34.

［2］韓麗霞，周雪峰，劉芳寧，等.高油氣比井伴生氣回收配套技術(shù)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2006，（3）：157-159.

［3］徐文慶.新型套管氣回收裝置研制與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2009，37（2）：81-82.

TE933.1

A

1673-5285（2016）10-0044-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.011

2016－08-12