密闭单井罐节能减排技术研究

郭剑波 齐绍新 温达明（吉林油田公司勘察设计院）

吉林油田是能源生产基地，也是消耗能源的大户。如何做到既满足油田长期稳定高产的要求，又能把原油生产过程中的损耗和所需的能耗降到最低限度，这是油田生产中所面临的一个重要问题。目前，吉林油田随着采出原油综合含水率的不断增高，能耗在不断地增长，因而，集油系统需要大量改造或改进，以达到节能降耗的目的。

1 生产状况与研究意义

1.1 单井油罐生产现状

随着油田开发进程的不断深入，井区的不断扩展，一些新建探井或边远区块的油井暂时无法带入集输系统，产出的原油只能暂时储存于单井油罐中，待满罐后装车运至集中卸油点。单井油罐中储存的原油低于凝固点，存在凝结现象，不利于装车运输，需要对单井油罐中的原油进行加热以防止原油凝结。

吉林油田在以往生产当中所采用的单井罐为开式单井罐，加热方式多为明火或者电加热，装车方式为潜油泵装车，伴生气直接排入到大气当中。明火加热单井罐需要在井场附近设置蓄油池，人工操作工作量大，环境污染严重。电加热单井罐用电能代替燃油进行加热，减轻了工人的劳动强度，防止了燃烧原油对大气造成污染，改善了井场环境。但电加热与明火加热单井罐都是开式流程，罐内轻烃直接排入大气，造成环境污染和能源浪费。

1.2 密闭单井罐技术研究意义

通过吉林油田单井罐应用现状，有2/5的单井罐采用井口套气做为加热燃料，但是仍有3/5油井采用原油或电加热为燃料。由于采用常压单井罐生产，油气挥发大，井口产气没有充分利用，大部分放空。这不但造成可利用能源的浪费，而且对大气及环境造成污染。为了实现单井罐环保、节能生产，我们进行了密闭单井罐技术研究。

2 密闭单井罐结构与工作原理

2.1 结构

设备的整体结构分为集油室和操作室，集油室结构分为：壳体、进油管、油气分离装置、加热装置、装车装置、安全保护装置六部分。还有一些附属设施（橇座、梯子、平台、吊环、人孔、清灰口、防爆门、排污口、电加热器接口等）。操作室：双开门操作间，里面有操作阀门和装车泵。见图1。

图1 密闭单井罐结构简图

2.2 工作原理

单井产的油、气、水混合物由进油管线经布液元件直接进入单井罐的集油室进行存储。当液位超过火筒时，罐内的气体首先经过分离装置分离后通过出气管进入火嘴，作为加热燃料点燃，开始对罐内的原油进行加热，对于气量不足的油井，辅以电加热方式。

当原油加热到装车温度时，原油利用罐内压力或装车泵，由出油管进入装车管线去装车。装完油后，还会有一部分原油残留在卸油管线内，打开扫线装置的阀门，利用罐内天然气的气压能将残留在管线内的原油压到拉油车内。在运行1年或半年后，集油室需要进行排污，排污口直接连接排污阀，杂质通过排污阀排出。

3 技术措施

密闭单井罐技术是工艺技术、机械结构技术、仪表监控技术相结合的技术。主要采用了五项技术措施：加热结构与工艺技术、装车结构与工艺技术、分离技术、安全保护技术、自控技术。

3.1 加热结构与工艺技术

密闭单井罐的加热采用火筒直接加热和电加热混合的方式。根据单井罐的现场实际运行工况，可以选用不同的加热方式。当气量大，能够满足原有加热的时候，采用火筒直接加热；当气量无法达到加热需要时，可采用电加热。这种加热方式大大提高了单井罐的适用范围。

火筒采用双回程式，在有效空间内，增加传热面积，增加了传热效果。这种结构形式与以往的单程火筒相比，换热充分，热效率高。

3.2 装车结构与工艺技术

密闭单井罐的装车方式及结构与以往的完全不同，它是依靠罐的内压将原油压入装车管线实现装车的方式；装车结构由过滤器、下出油管、连通管、上出油管四部分构成。

由于各个区块的差异，每口油井生产原油及生产工况不同，一台单井罐用于不同的井口，运行工况也不同，有可能出现因罐的内压低而无法完成装车。因此，在新的装车结构中，过滤器与下出油管相连，上下出油管中间由连通管活性相连接。当罐内的压力降低而无法将原油压入到罐车内时，可将中间的连通管去掉，接入抽油泵来完成装车。过滤器是为了滤掉原油中砂粒等固体颗粒，既可净化原油同时又可以满足抽油泵的安全运行。

3.3 分离装置技术

以往单井罐在常压下运行，原油进入单井罐后，原油伴生气直接放空。在密闭单井罐中，产生的伴生气作为单井罐的加热燃料用来加热原油，为了使气体能够充分燃烧，提高单井罐的热效率，需要在气体燃烧前进行净化分离。对此，在新设备中改变了以往单井罐的进液管的结构，并设置分离装置。

新的进液管采用花管形式，在进液管的末端500 mm范围内均匀开设三排圆孔，中间一排向下，两侧的与中间孔成60度夹角斜向下开设。这种结构可使来液平稳地进入罐内，利于气体从液体当中溢出。

分离装置采用金属丝网作为分离元件，丝径：D0=0.02 cm；厚度：H=20 cm；比表面积：α=2.8 cm2/cm3；孔隙率：ε=0.982。金属丝网作为捕雾元件应用比较广泛，它有着比较好的捕雾效果，适合于气体净化，并且便于拆卸更换。

3.4 安全保护技术

原油先是在单井罐内存储，然后定期加热装车外运。原油在加热时会产生大量的气体，使罐的工作压力增大，形成了变载的工况，在变载荷工况下容易引起容器疲劳失效，为了保证设备在这种工况下能够安全平稳的运行，设备在壳体设计压力选取、压力控制、安全泄放三个方面采取了保护措施。

1）壳体设计压力选取。根据单井井口的工作压力，提高设计压力等级。通过提高设计压力可减小压力波动对设备壳体强度的影响。

2）压力控制。在容器上设置了压力远传报警装置。当罐内的压力达到最高工作压力时自动进行报警，操作人员可根据压力情况决定何时进行加热装车。

3）安全泄放。根据生产工况，在罐体顶部设置1个安全阀作为泄压装置。在燃气管线上设置1个安全阀，2个安全阀设定成一高一低两个不同的启跳压力。这样可以保证设备在超压泄放时，遇到突然气体体积增大，压力升高时，拥有足够的泄放面积。在管线上安装一个手动放空阀，当气量过大时超过压力上限报警，可开启手动放空阀门。

3.5 自控技术

对单井罐内的液体温度、压力、液位参数进行检测，并将信号传至仪表箱上，超限报警。对单井罐的安全、平稳运行起到了至关重要的保护作用。

采取的主要措施有：

◇温度检测二点，采用防爆铂热电阻和双金属温度计，并可以将温度信号传给电加热器；

◇压力检测一点，采用电接点压力表；

◇液位检测采用浮球液位计，现场仪表信号均远传至仪表箱上，超限报警；

◇温度、压力显示采用智能型数字显示仪表，直观、醒目。

4 效益及推广应用前景分析

吉林油田原有的852口单井油罐全部为开式油罐，油气挥发大，装车时加热更加速油气挥发，加热燃料以套气为主，但是仍有大量油井采用原油为燃料，井口产气没有充分利用，每年损失掉的伴生气约100×104m3标气，同时挥发掉了一部分轻质油，减少了原油商品率。不但造成可利用能源的浪费，而且对大气及环境造成污染。采用密闭单井罐后，完全可以回收利用损耗掉的伴生气。

在装车过程中，装车时间缩短比较明显，由原来的40min缩短到5～6min。设备运行过程中，操作人员都是原地进行操作，便可完成加热、装车的全过程，员工的劳动强度大大降低。

根据吉林油田各区块单井生产情况，密闭单井罐进行了系列化、橇装化设计。通过一段时间的现场试验，密闭单井罐技术在油田应用已经成熟，可以在吉林油田推广应用。此项技术一旦产业化成功，能为今后我国其它油田的单井罐运行地区提供技术服务。

5 结论及认识

新型密闭单井罐技术先进，节能环保，在油田推广应用，经济和社会效益非常明显，具体体现为：

一个提高：节约能源、环境保护、操作成本低、投资回收快、经济效益、社会效益都大大提高。

三大优点：操作成本低、降本增效快；安全可靠操作方便，大大减轻工人劳动强度和管理难度；橇装式安装，搬运灵活，节省费用。

七大功能：密闭储存油气不污染环境；天然气和轻油可全部回收利用；加热设施灵活，产气少的油井照常升温；液量计量一眼可知，取资料方便而准确；拉油装车不用动力自装车；装车管线不冻结，特别适合冬季生产；安全保障措施齐全。