魏立軍 程顥 王林平 馮建設(shè) 石磊 覃川
(1.長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院;2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室)
長(zhǎng)慶油田具有豐富的伴生氣資源,伴生氣同石油、天然氣一樣,是不可再生的優(yōu)質(zhì)資源[1],伴生氣中丙烷、丁烷是生產(chǎn)液化石油氣(LPG)的重要組分;戊烷、己烷等更重組分又是生產(chǎn)穩(wěn)定輕烴的組分;副產(chǎn)品干氣,主要是甲烷和乙烷,可以作為加熱爐燃料、燃?xì)獍l(fā)電、生產(chǎn)LNG/CNG。對(duì)伴生氣進(jìn)行回收和綜合開發(fā)利用,可以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)伴生氣是一種易燃易爆氣體,溫室效應(yīng)是二氧化碳的21 倍,如果不能有效回收利用,不僅浪費(fèi)資源,給油田安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患,而且污染環(huán)境、增加大氣溫室效應(yīng)。
對(duì)于伴生氣回收和綜合利用工程[2]來(lái)說(shuō),最主要的是前端井場(chǎng)的伴生氣密閉回收,為后端的輕烴廠提供充足的原料。目前井場(chǎng)伴生氣回收主要以地面回收工藝為主,占主體地位的是各種類型的定壓放氣閥,但是定壓放氣閥應(yīng)用要求套壓必須大于回壓,定壓放氣閥才能工作,對(duì)于套壓低于回壓的油井,套管氣無(wú)法回收;還試驗(yàn)過(guò)其它一些地面回收工藝,但是都存在投資高,無(wú)法大規(guī)模推廣的問(wèn)題[3-7]。針對(duì)油井伴生氣地面回收工藝的局限性,研制了油井井下集氣混抽工藝管柱,伴生氣全部通過(guò)集氣管柱進(jìn)入油氣混抽泵,實(shí)現(xiàn)了井下回收伴生氣的目的,套壓為零。但在長(zhǎng)期的效果跟蹤過(guò)程中發(fā)現(xiàn)油井套壓緩慢回升,說(shuō)明還是有部分伴生氣緩慢進(jìn)入油套環(huán)空,形成套壓,兩個(gè)月內(nèi)套壓上升為0.2 MPa,這部分伴生氣無(wú)法有效回收,為了解決這個(gè)問(wèn)題,依托中石油科技專項(xiàng)“低碳與清潔發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”開展技術(shù)攻關(guān),從構(gòu)成油井井下集氣混抽工藝管柱的封隔器、油氣分離管、油氣混抽泵等主要部件分別改進(jìn)、完善,提升伴生氣的井下回收效果[8]。
分析油井井下集氣混抽工藝管柱的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致集氣效率不斷下降可能有兩個(gè)原因,一是封隔器密封不嚴(yán),伴生氣通過(guò)封隔器直接進(jìn)入油套環(huán)空;二是油氣分離管的長(zhǎng)度不夠,油井來(lái)液也不穩(wěn)定,當(dāng)某段時(shí)間來(lái)液增多,分離出來(lái)的伴生氣過(guò)多,超過(guò)混抽泵的排氣能力,聚焦在泵吸入口不能及時(shí)通過(guò)混抽泵進(jìn)入油管時(shí)就會(huì)通過(guò)油氣分離管的環(huán)空進(jìn)入油套環(huán)空,導(dǎo)致集氣效率下降,套壓升高。
減緩伴生氣進(jìn)入油套環(huán)空的對(duì)策主要有三個(gè):一是增大封隔器的裙邊外徑,增強(qiáng)封隔能力;二是通過(guò)增加油氣分離管的長(zhǎng)度,增加環(huán)空容積;三是改進(jìn)油氣混抽泵,提高油氣混抽能力。
封隔器主要作用是封隔油套環(huán)空,防止伴生氣直接進(jìn)入油套環(huán)空。雙向皮碗式封隔器,采用優(yōu)質(zhì)耐磨的像膠,通過(guò)與套管的過(guò)盈配合(皮碗最大外徑128 mm,套管內(nèi)徑124 mm)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)單向密封[9],為了進(jìn)一步提高密封性能,對(duì)皮碗封隔器進(jìn)行改進(jìn),將皮碗最大外徑由128 mm 增加至132 mm,改進(jìn)后雙向皮碗式封隔器總長(zhǎng)600 mm、皮碗最大外徑132 mm、剛體最大外徑114 mm、最小內(nèi)通徑62 mm、工作壓差10 MPa、抗拉強(qiáng)度450 kN。同時(shí)對(duì)倒角斜度進(jìn)行優(yōu)化,方便現(xiàn)場(chǎng)下井試驗(yàn)。
油氣分離管由外管和內(nèi)管組成,為便于取材和最大程度減小加工件,盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件,因此外管選用油田常用的73 mm 平式油管,內(nèi)管選用48 mm油管。油氣分離管環(huán)形空間有效截面積為1 210 mm2,油氣分離管長(zhǎng)9 m,環(huán)形空間容積0.010 89 m3,為了增加環(huán)空容積,將油氣分離管由9 m 延長(zhǎng)到18 m,環(huán)空容積增加1 倍,進(jìn)一步提升裝置在井筒內(nèi)的集氣能力。
同時(shí)為了方便油氣分離管的運(yùn)輸,把油氣分離管設(shè)計(jì)為上下兩部分,每段4.5 m,4 段接到一起構(gòu)成18 m 的集氣管柱采用整體式串聯(lián)設(shè)計(jì),包括上油氣分離管柱、下油氣分離管柱,如圖1、圖2所示。
圖1 上油氣分離管柱
圖2 下油氣分離管柱
原來(lái)的油氣混抽泵與常規(guī)抽油泵相比,設(shè)計(jì)防氣滑閥、負(fù)壓緩沖區(qū)及交換槽,增強(qiáng)排氣能力,達(dá)到油氣混抽的目的[10],地層流體經(jīng)油氣分離管聚集在泵吸入口,下行程時(shí)防氣滑閥關(guān)閉,油管內(nèi)液柱載荷作用于滑閥上,負(fù)壓區(qū)因體積擴(kuò)大而強(qiáng)制形成負(fù)壓,有助于油氣混合物克服游動(dòng)閥的阻力,進(jìn)入泵筒。
但在分離出來(lái)的氣量較大的時(shí)候,泵吸入口全部都是伴生氣,依靠氣壓頂開游動(dòng)閥還是存在滯后的問(wèn)題,導(dǎo)致排氣不及時(shí),伴生氣進(jìn)入油套環(huán)空。
為了進(jìn)一步提升油氣混抽泵的排氣能力,柱塞采用強(qiáng)啟閉雙柱塞,下行程柱塞在摩擦力作用下強(qiáng)制開啟,防止氣鎖。同時(shí)和防氣滑閥配套,排氣能力進(jìn)一步提高。
由三部分構(gòu)成,一是封隔器,封隔油套環(huán)空,使伴生氣進(jìn)入油氣分離管;二是油氣分離管,利用重力分離原理促使伴生氣聚集在混抽泵吸入口;三是強(qiáng)啟閉油氣混抽泵,實(shí)現(xiàn)油氣混抽,井下回收伴生氣的目的。
在長(zhǎng)慶油田開展了13 口井的改進(jìn)型油井井下集氣混抽工藝管柱現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)前后產(chǎn)液量、套管氣量、系統(tǒng)效率等參數(shù)變化情況,評(píng)價(jià)該工藝的適用性。
通過(guò)13 口井試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1,試驗(yàn)后產(chǎn)液量保持穩(wěn)定,機(jī)采系統(tǒng)效率略有提升;套管氣量明顯降低,單井套管氣由試驗(yàn)前的385 m3/d,降到試驗(yàn)后的55 m3/d,說(shuō)明85.7%的伴生氣通過(guò)油井井下集氣混抽工藝管柱進(jìn)入輸油管線,持續(xù)跟蹤半年,套壓緩慢上升到0.2 MPa,相比前期兩個(gè)月上升到0.2 MPa,伴生氣逸散到套管的速度降為原來(lái)的1/3,井下集氣油氣混抽的效果明顯得到改善,相比以前可以回收更多的伴生氣,為下游輕烴回收裝置提供可靠的氣源。
表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果
1)雙向皮碗封隔器最大皮碗外徑增大后的可以實(shí)現(xiàn)油套環(huán)空的有效封隔,防止伴生氣直接進(jìn)入油套環(huán)空,改變伴生氣運(yùn)移路徑,進(jìn)入油氣分離管。
2)油氣分離管改進(jìn)后,環(huán)空容積增加1 倍,進(jìn)一步提升裝置在井筒內(nèi)的集氣能力。
3)采用強(qiáng)啟閉泵配套防氣滑閥的結(jié)構(gòu),油氣混抽泵的混抽能力進(jìn)一步提升,85.7%的套管氣進(jìn)入輸油管線,實(shí)現(xiàn)了井下集氣的目的。
4)試驗(yàn)后產(chǎn)液量保持穩(wěn)定,機(jī)采系統(tǒng)效率略有提升,說(shuō)明該工藝不會(huì)對(duì)油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率造成影響。