張軍輝 ，白 聰 ，張 丹 ，季 聞 ，樊 虹 ，吳曉燕 ，孔麗萍

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300450；2.海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100027；3.中國(guó)石油管道局工程有限公司天津分公司，天津 300450）

所謂伴生氣，指的是油層中伴隨石油一起逸出的氣體和一些溶于石油中的天然氣。不僅涵蓋了甲烷、乙烷成分，同時(shí)還涵蓋了部分比較容易揮發(fā)的液態(tài)烴及微量的二氧化碳、氮、硫化氫等各類(lèi)雜質(zhì)。主要用途是制取甲醇、乙二醇、醋酸、乙烯、丙烯等化工原料或用作燃料[1]。伴生氣根據(jù)所處的地理位置不同，可以分為直接進(jìn)入管網(wǎng)的伴生氣（氣量較大，并且與附近大型管網(wǎng)相鄰，經(jīng)處理后可直接進(jìn)入管網(wǎng)供下游用戶使用）和零散邊遠(yuǎn)井區(qū)的伴生氣（這部分伴生氣量少和分散，遠(yuǎn)離天然氣管網(wǎng)不適宜專(zhuān)管外輸），本文主要討論非管網(wǎng)氣的利用技術(shù)。

零散邊遠(yuǎn)井區(qū)的伴生氣因氣量小且不穩(wěn)定、氣質(zhì)懸殊大、地點(diǎn)分散、氣體集輸困難、就地?zé)o用戶和遠(yuǎn)離管輸系統(tǒng)、處理工藝復(fù)雜、不具有經(jīng)濟(jì)性等原因長(zhǎng)期未得到開(kāi)發(fā)利用，由于這種利用的不充分，造成了極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。針對(duì)某油田特點(diǎn)，為了經(jīng)濟(jì)、合理地開(kāi)發(fā)利用這部分天然氣資源，變資源為產(chǎn)能，研究采用壓縮天然氣、天然氣發(fā)電、輕烴回收等技術(shù)應(yīng)用[2]。

1 井口伴生氣的成分調(diào)查分析

通過(guò)對(duì)某油田129口油井生產(chǎn)參數(shù)、層位、運(yùn)行等現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)所有油井進(jìn)行仔細(xì)的比較與篩選，選取有代表性的重點(diǎn)區(qū)塊典型井32口進(jìn)行測(cè)試，其中一廠3口，二廠9口，三廠17口，五廠2口，六廠1口，具體分析結(jié)果（見(jiàn)表1）。

由以上測(cè)試數(shù)據(jù)看出，油井套管伴生氣由可燃性氣體（C1～C8的烴類(lèi)）和不可燃性氣體（CO2、N2）兩部分組成，其中85%以上的油井套管伴生氣中可燃性氣體（C1～C8的烴類(lèi)）的含量占90%以上，只有5口井不可燃性氣體（CO2、N2）含量在10%以上。而可燃性氣體中甲烷含量均在56%以上，大部分油井甲烷含量達(dá)70%以上，其余為乙烷、丙烷，其他碳?xì)渲亟M分只占少部分（見(jiàn)表2）。因此，油田伴生氣氣質(zhì)富，是優(yōu)質(zhì)的燃料，也可作為其他化工原料[4]。

2 伴生氣產(chǎn)氣量的調(diào)查分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況研究，采用兩種計(jì)量方式對(duì)56口油井的產(chǎn)氣量進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量。其一，是應(yīng)用濕式氣體流量計(jì)，額定流速為0.2 m3/h，計(jì)量范圍0 m3～100 m3，計(jì)量精度為0.01 L；其二是應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)接天然氣表進(jìn)行計(jì)量，額定流速為4 m3/h，計(jì)量范圍0 m3～10 000 m3，計(jì)量精度為 0.001 m3。

表1 單井伴生氣氣體組分分析表

表1 單井伴生氣氣體組分分析表（續(xù)表）

表2 各采油廠單井伴生氣氣體組分含量對(duì)比分析表

針對(duì)不同設(shè)備的氣量采用不同的計(jì)量方式：對(duì)套管氣量大的油井的伴生氣采用高壓天然氣表計(jì)量；對(duì)套管氣比較少的油井的伴生氣采用濕式氣體流量計(jì)計(jì)量；對(duì)多功能儲(chǔ)集器分離出的伴生氣和溶解揮發(fā)氣采用濕式氣體流量計(jì)計(jì)量。

通過(guò)對(duì)以上56口單井調(diào)查，各單井產(chǎn)氣量差距較大，日產(chǎn)氣量在100 m3以下的占65%以上，100 m3/d～200 m3/d的為12.5%，另外，200 m3/d～600 m3/d的有七口井，分別是官 39、官 177、歧 603-3、歧 119-7、歧119-1、歧 119、莊 5-2，900 m3/d～1 000 m3/d 的五口井分別是莊海 1X1、莊海1-2、莊海 1-3、莊海 2X1、歧85-1。1 000 m3/d以上的只有烏33-19日產(chǎn)氣量可達(dá)1 500 m3。調(diào)查結(jié)果（見(jiàn)表3）。

氣量不同的油井在各采油廠的分布。采油一廠產(chǎn)氣量較平均，日產(chǎn)氣量在20 m3左右；采油二廠各井日產(chǎn)氣量差距大，在 15 m3～1 000 m3，少的只有 15 m3，多的可達(dá)1 000 m3，產(chǎn)氣量特別大的單井，如采油二廠的莊海 1X1、1-2、1-3 三口井，日產(chǎn)氣量近 1 000 m3，已經(jīng)用作壓縮天然氣；采油三廠井口多，氣量基本在230 m3以內(nèi)，多數(shù)已用于加熱，其中烏33-19單井產(chǎn)氣量很大，日產(chǎn)氣量在1 500 m3左右，已進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓縮天然氣處理；采油五廠單井日產(chǎn)氣量在20 m3～30 m3；采油六廠多數(shù)井沒(méi)有伴生氣產(chǎn)生，只有扣4-8井日產(chǎn)氣量達(dá)120 m3，套壓可達(dá) 1.0 MPa。

表3 邊遠(yuǎn)油井套管伴生氣氣量調(diào)查表

油田油井套管伴生氣組分分析結(jié)果顯示，油田85%以上的油井，套管伴生氣可燃性氣體（C1～C8的烴類(lèi)）的含量占90%以上?？扇夹詺怏w中甲烷含量均在56%以上，大部分油井伴生氣甲烷含量達(dá)70%以上，其余的為乙烷、丙烷，其他碳?xì)渲亟M分只占少部分。油田伴生氣氣質(zhì)富，是優(yōu)質(zhì)的燃料并可作為其他化工原料。

通過(guò)對(duì)單井伴生氣產(chǎn)氣量的測(cè)試及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，某油田油井伴生氣的日產(chǎn)總氣量約11 000 m3，已用天然氣5 000 m3/d，利用率為45.5%。從分布情況看（見(jiàn)表4），產(chǎn)氣量在900 m3/d以上的只有4口井，其余均在600 m3/d以下，而氣量在100 m3/d以下的占65%，有的單井日產(chǎn)氣量只有20 m3～30 m3。

表4 伴生氣氣量井口分布對(duì)比表

3 油井伴生氣的利用技術(shù)

為了使油井伴生氣得到充分利用應(yīng)該根據(jù)氣量氣質(zhì)不同產(chǎn)生的油井伴生氣采取不同的利用方式，主要有：用于加熱爐加熱、伴生氣發(fā)電、CNG加氣站、非管網(wǎng)加氣、小型撬裝輕烴回收、合成汽油和甲醇等。本文著重分析介紹CNG加氣站、伴生氣發(fā)電以及小型撬裝輕烴回收。

3.1 CNG加氣站

壓縮天然氣是天然氣加壓并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中，主要成分是甲烷，具有成本低，效益高，無(wú)污染，使用安全便捷等特點(diǎn)，可作為車(chē)輛燃料使用。CNG加氣站在全國(guó)多個(gè)城市已有應(yīng)用，主要用于出租車(chē)、公交車(chē)等，天然氣汽車(chē)保有量已達(dá)到6 000多輛，氣化率在15%左右，以日加氣1×104m3的CNG加氣站為例來(lái)說(shuō)明該項(xiàng)目可獲得的經(jīng)濟(jì)效益（見(jiàn)表5）。

表5 CNG加氣站的效益分析（加氣量1×104m3/d）

天然氣壓縮機(jī)回收工藝如下：

井組天然氣壓縮機(jī)回收工藝：井組天然氣壓縮機(jī)采用外加電源，電機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，低壓套管氣進(jìn)入到壓縮機(jī)的一二級(jí)缸內(nèi)，壓縮排出注入采油樹(shù)流程混合至下游。

接轉(zhuǎn)站天然氣壓縮機(jī)回收工藝：回收工藝流程為：天然氣分離缸→一級(jí)過(guò)濾器→二級(jí)過(guò)濾器→冷卻器→儲(chǔ)氣罐→單流閥→外輸管線。

根據(jù)對(duì)多口井的調(diào)研和綜合評(píng)價(jià)，對(duì)于產(chǎn)氣量大于900 m3/d的單井，可以在井組進(jìn)行壓縮天然氣回收，井距較遠(yuǎn)的可以1口井安裝1套裝置，也可以多井組3~6口井安裝1套裝置的方案。

此工藝方案主要由分離器、天然氣壓縮機(jī)、流量計(jì)、限壓閥、油氣隔離等設(shè)備組成。井口氣先經(jīng)前期油氣分離、過(guò)濾，再經(jīng)壓縮升壓、隔離保護(hù)，將升壓后的套管氣輸送到汽車(chē)儲(chǔ)氣罐實(shí)現(xiàn)汽車(chē)外運(yùn)或輸送到外輸油管道混輸至接轉(zhuǎn)站（見(jiàn)圖1）。

該回收裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、配有負(fù)壓自動(dòng)停機(jī)、超壓和電網(wǎng)電壓過(guò)載保護(hù)等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能滿足油田防火、防爆安全要求，技術(shù)成熟安全可靠。

以用一臺(tái)30 kW的天然氣壓縮機(jī)每天壓縮1 000 m3天然氣為例，每天需要壓縮8小時(shí)，每度電按0.63元計(jì)算，每年消耗電費(fèi) 30×8×365×0.63≈5.5 萬(wàn)元，壓縮機(jī)及配套設(shè)備投入約30萬(wàn)元。按天然氣市售價(jià)格為2.0元/立方米計(jì)算，2.0×1 000×365=73萬(wàn)元，可獲利潤(rùn)37.5萬(wàn)元，有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

因此根據(jù)CNG產(chǎn)量的大小，儲(chǔ)運(yùn)的難易程度可以選擇合理的下游CNG加氣站規(guī)模。

如果油田伴生氣CNG產(chǎn)量較大，可以在臨天然氣管線的地方建立天然氣母站，從天然氣管線直接取氣，天然氣經(jīng)過(guò)脫硫脫碳等工藝，進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)出儲(chǔ)氣瓶組儲(chǔ)存或通過(guò)售氣機(jī)給車(chē)輛加氣或者子站加氣，氣量一般在2 500 m3/h～4 000 m3/h。

油井天然氣加氣站可以建立在距離伴生氣產(chǎn)量較大的油井附近，子站可以選擇建立在加氣站周?chē)鷽](méi)有天然氣管線的地方，通過(guò)子站運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)從母站運(yùn)來(lái)的天然氣給天然氣汽車(chē)加氣。一般還需配小型壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣瓶組為提高運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)的儲(chǔ)氣率，用壓縮機(jī)將運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)內(nèi)的低壓氣體升壓后，轉(zhuǎn)存在儲(chǔ)氣瓶組內(nèi)或者直接給天然氣加氣。無(wú)儲(chǔ)氣系統(tǒng)的簡(jiǎn)易加氣子站工藝流程（見(jiàn)圖2）。

3.2 伴生氣發(fā)電

圖1 CNG加氣站流程圖

圖2 無(wú)儲(chǔ)氣系統(tǒng)簡(jiǎn)易加氣子站工藝流程圖

利用油井的伴生氣進(jìn)行發(fā)電可以同時(shí)解決伴生氣的回收利用和邊遠(yuǎn)區(qū)塊電力供應(yīng)的兩大問(wèn)題。小區(qū)塊油田應(yīng)用子發(fā)電小系統(tǒng)供電可省去投資較大的高壓線路，一次投資小，同時(shí)供電系統(tǒng)在區(qū)塊內(nèi)自成體系，受外部條件的影響小，各類(lèi)天然氣發(fā)電機(jī)都有適應(yīng)不同用途要求的變形機(jī)，基本能滿足各種不同功率的要求。天然氣發(fā)電機(jī)組具有啟動(dòng)迅速、操作簡(jiǎn)單、有自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，可無(wú)人值守等特點(diǎn)，能廣泛用于無(wú)電情況下的單井抽油、集輸泵站、注水泵站，有利于保障開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的用電需求，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益都將十分可觀，但是，自發(fā)電小系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的小電網(wǎng)，要發(fā)電設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，性能可靠，在生產(chǎn)運(yùn)行管理上要求具有較高水平。目前，小型天然氣發(fā)電機(jī)國(guó)內(nèi)外均有成系列的定型產(chǎn)品，通過(guò)調(diào)研，國(guó)內(nèi)小型發(fā)電機(jī)組一般是在柴油發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)上改造發(fā)展起來(lái)的，大修周期已大于一萬(wàn)小時(shí)，發(fā)電效率在30%以上。國(guó)外此類(lèi)產(chǎn)品，多為雙燃料機(jī)組，即以天然氣作燃料外，還可用柴油。其發(fā)電機(jī)為對(duì)置活塞式發(fā)電機(jī)，具有高效、低耗、低排放、性能穩(wěn)定、維修性能好的特點(diǎn)。

產(chǎn)氣量300 m3/d～900 m3/d的單井適宜于天然氣發(fā)電，也可以多井組2～3口井安裝1套裝置。對(duì)于開(kāi)采過(guò)程中油氣井的段塞流現(xiàn)象目前使用較多的是雙燃料發(fā)電機(jī)，該系統(tǒng)雙燃料發(fā)電系統(tǒng)主要由氣罐、柴油儲(chǔ)罐、伴生氣過(guò)濾器、流量計(jì)、雙燃料發(fā)電機(jī)及其配套冷卻系統(tǒng)以及輸變電和用電設(shè)備（如抽油機(jī)、集輸泵、注水泵等）組成。井口氣經(jīng)過(guò)儲(chǔ)氣罐并油氣分離后經(jīng)過(guò)濾計(jì)量進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，發(fā)出0.4 kV的電可直接供用電設(shè)施，也可升壓至6 kV供整個(gè)區(qū)塊生產(chǎn)生活用（見(jiàn)圖3）。

利用天然氣發(fā)電，每立方米氣可發(fā)3 kW·h電，以日產(chǎn)氣量為300 m3的單井為例，每天可發(fā)900 kW·h電（單井抽油機(jī)及井上其他日用電量在800 kW·h左右），按0.63元/度的電費(fèi)計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)20.7萬(wàn)元。而一臺(tái)功率為75 kW的天然氣發(fā)電機(jī)，只需投入17.5萬(wàn)元，當(dāng)年即可贏利，效益可觀。

大慶新店油田在杜35-13井上安裝了一臺(tái)天然氣發(fā)電機(jī)，靠油井自身產(chǎn)生的伴生氣進(jìn)行發(fā)電，為抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，通過(guò)一年多的生產(chǎn)情況觀察，該井生產(chǎn)狀況一直比較平穩(wěn)，日產(chǎn)液3.0 t，日產(chǎn)油3.0 t，單井平均日產(chǎn)氣量4 800 m3，平均日消耗氣量600 m3，從2003年8月至今，杜35-13井已累積生產(chǎn)原油468 t，單井節(jié)電達(dá)到18.15×l04kW·h，充分利用了油井生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的伴生氣，達(dá)到了節(jié)能增效的目標(biāo)。

3.3 油田伴生氣輕烴回收

圖3 伴生氣發(fā)電工藝流程圖

可采用小型撬裝輕烴回收裝置。該裝置以處理分散的小氣量富氣為目標(biāo)，按處理量分別有3×103m3/d、5×103m3/d、1×103m3/d三種規(guī)格。是目前國(guó)內(nèi)處理量最小的輕烴回收裝置。此工藝是利用壓縮機(jī)將伴生氣抽吸增壓后外輸，即從井口套管環(huán)形空間接出一個(gè)定壓?jiǎn)蜗蚍艢忾y，套管及原油儲(chǔ)罐中的伴生氣一同進(jìn)入氣液分離器，氣體經(jīng)壓縮機(jī)增壓后，換冷、分離，干氣就地作為生產(chǎn)用的燃料，分離出的液烴外運(yùn)。壓縮機(jī)的吸入壓力為微正壓，既可實(shí)現(xiàn)回收伴生氣，又不影響原油的開(kāi)采和運(yùn)輸。該設(shè)備投資相對(duì)較高。

海南某油田計(jì)劃將輕烴回收后的部分天然氣通過(guò)LNG廠液化后，經(jīng)公路運(yùn)輸系統(tǒng)供給給其他城市做燃?xì)庥?，而LNG廠生產(chǎn)所需要的電力，油品加工過(guò)程中的熱量和天然氣液化流程中淺冷史所需的冷量通過(guò)剩余天然氣滿足。像延慶油田這種產(chǎn)氣量中等但氣源分散的油田可考慮就地建設(shè)一些處理量不大但技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品單一的處理裝置，如建成打火機(jī)裝瓶廠、石油醚裝置、破乳劑廠、甲醇廠、穩(wěn)定輕烴裝置、輕油分餾裝置等等。井野外作業(yè)的惡劣環(huán)境，且投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

（2）對(duì)于產(chǎn)氣量在 300 m3/d～900 m3/d，套壓大于0.2 MPa可燃性氣體（C1～C8的烴類(lèi)）的含量占70%以上的單井應(yīng)用燃?xì)獍l(fā)電回收利用比較適宜。對(duì)于套管氣不穩(wěn)定的油井，可以采用雙燃料（伴生氣和柴油）發(fā)電機(jī)，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。既充分利用了伴生氣又節(jié)約了電能，同時(shí)減少了因余氣釋放伴生氣對(duì)周?chē)h(huán)境造成的污染。

（3）對(duì)于產(chǎn)氣量相對(duì)較少，日產(chǎn)氣量在100 m3以下甚至更低的單井，應(yīng)用小型高效加熱爐配合多功能儲(chǔ)集器（多功能儲(chǔ)集器是臥式密閉儲(chǔ)罐，內(nèi)有加熱盤(pán)管，從儲(chǔ)罐分離出來(lái)的伴生氣可用于加熱盤(pán)管），代替井口電加熱，充分利用單井伴生氣資源進(jìn)行來(lái)液加熱，減少系統(tǒng)回壓，提高油井產(chǎn)液量，既提高邊遠(yuǎn)區(qū)塊油井開(kāi)發(fā)效果又節(jié)省電能，減少污染。

4 結(jié)論與建議

總而言之，應(yīng)給予油井伴生氣的利用高度重視，并且結(jié)合各自特點(diǎn)因地制宜地制定相應(yīng)措施，優(yōu)化集輸工藝，盡量回收，因此建議：

（1）對(duì)于產(chǎn)氣量在900 m3/d以上可燃性氣體（C1～C8的烴類(lèi)）的含量占70%以上的油井利用CNG技術(shù)回收伴生氣較為適宜。其安全可靠，操作簡(jiǎn)便，適合單

寧夏石化年產(chǎn)3萬(wàn)噸車(chē)用尿素項(xiàng)目投產(chǎn)

2月26日，記者從中國(guó)石油寧夏石化公司了解到，該公司3萬(wàn)噸/年車(chē)用尿素項(xiàng)目建成投產(chǎn)后經(jīng)過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化，已正式產(chǎn)出合格的柴油尾氣凈化液。經(jīng)檢驗(yàn)，產(chǎn)品各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)合格、尿素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

寧夏石化車(chē)用尿素項(xiàng)目是該公司豐富尿素產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、積極探索化肥業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要舉措，也是該公司經(jīng)過(guò)科技研發(fā)推出的環(huán)保項(xiàng)目新產(chǎn)品。車(chē)用尿素，學(xué)名是柴油機(jī)尾氣處理液，其應(yīng)用原理是通過(guò)將尿素?zé)峤猱a(chǎn)生的氨氣與汽車(chē)尾氣中的氮氧化物產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，從而降低由于氮氧化物排放所引起的污染。目前，?guó)內(nèi)車(chē)用尿素市場(chǎng)剛剛起步，按目前國(guó)內(nèi)柴油車(chē)保有量算，如汽車(chē)尾氣全部得到處理，年需柴油尾氣凈化液大約在700萬(wàn)噸，全國(guó)年產(chǎn)能僅為200萬(wàn)噸左右。國(guó)內(nèi)主要車(chē)用尿素品牌主要分布在華東以及江南地區(qū)，寧夏石化3萬(wàn)噸/年車(chē)用尿素項(xiàng)目在寧夏地區(qū)是首套較大規(guī)模生產(chǎn)車(chē)用尿素的裝置。

寧夏石化車(chē)用尿素項(xiàng)目采用普通尿素提純工藝車(chē)，生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)用尿素水溶液，其中尿素含量為32.5%。目前，寧夏石化車(chē)用尿素裝置日產(chǎn)柴油尾氣凈化液30噸，預(yù)計(jì)今年將生產(chǎn)5 000噸。

（摘自寧夏日?qǐng)?bào)第21802期）