气田增压外输用天然气压缩机的选型与应用效果

刘仲禹，白俊生

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西西安 710065）

1 引言

延969井区靖2集气站，随着气田开发时间的延长，气井压力、产量不断下降，部分井口压力太低，从而导致产出气进入不了集输系统，这不但减少了气田的收益，也是对资源的极大浪费。为达到稳产并满足外输压力的要求，尽可能地多采出天然气，势必需要进行气田增压开采的工作，需在集气站内增设压缩机增压外输。

靖2集气站与2016年12月底投产，投产井建成产能8.3×104Nm3/d，运行2年以来，目前该集气站实际产量降为4.3×104Nm3/d，实际外输压力难以满足下游净化厂5.3 MPa的进站压力需求。因此需要在站内增设一台压缩机，满足下游用气量及用气压力需求。根据气井的无阻流量及经验配产，增加压缩机后，头两年稳产期，压缩机增压排气量为8.3×104Nm3/d，将2.4 MPa的井口来气压到5.7 MPa；随着后期气井压力和气量的衰减，压缩机排气量由稳产期产量8.3×104Nm3/d，逐渐减小到0.5601×104Nm3/d（极限经济开采气量），来气压力由2.4 MPa衰减到0.66 MPa（极限开采压力），为满足下游用气要求，压缩机排气压力应维持在5.7 MPa。

2 压缩机组选型概况

天然气集输系统常用的压缩机主要有离心式和往复式2种。离心式压缩机适用于排量大、流量稳定的工况；往复压缩机适用于流量变化幅度较大，增压压比大的工况。考虑到随着气田开采时间的延长，气井产量和压力都是递减的，压缩机需要适应变工况并稳定运行。

由于现场电网变压器容量不满足压缩机轴功率要求，考虑到站内自用天然气可作为燃料气，故采用燃气发动机驱动压缩机。

综上考虑，最终决定靖2集气站内选用1台整体橇装式往复式压缩机组，2缸一、两级压缩，燃气发动机驱动并配有减速箱，配套PLC及电气控制就地柜成套安装在橇内。

压缩机主要技术参数表1。

由于气井来天然气流量和压力随着开采时间的延长，均逐步递减，故压缩机处在变工况运行环境。初期，井口来气压力较高，压比较低，一级压缩即可满足要求；后期，随着时间的推移，井口来气压力降低，需求压比越来越大，须两级压缩才能达到排气压力要求。同时为适应气量减少，现场压缩机应采取顶开吸气阀+打回流的流量调节方式。

表1 燃气驱压缩机主要技术参数

靖2集气站往复压缩机采用D型2列2缸设计，气缸均为双作用型式。

在进气压力为1.4～2.4 MPa（G） 时，压缩机2个气缸均作为一级气缸，一级压缩，排气量在34565～83000 Nm3/d。

当进气压力小于1.4 MPa（G） 时，压缩机切换为两级压缩，其中1个气缸为一级气缸，另1个气缸的盖侧吸气阀顶开，盖侧端当作平衡腔，轴侧端为二级气缸工作腔。当进气压力为1.4 MPa（G） 时的排气量约为28260 Nm3/d，进气压力为0.66 MPa（G） 时，压缩机排气量约为12887 Nm3/d。当来气量继续下降时可以通过压缩机旁路调节流量并根据进气压力来控制回流量，保持进气压力稳定，从而使压缩机正常运行。压缩机工艺气流程如图1。

天然气中含有H2S和CO2，压缩机气缸、活塞、气阀等从材质、加工工艺上必须满足抗H2S和CO2腐蚀的要求，延长压缩机使用寿命，减少检修维护时间。

3 压缩机组应用效果评价

实施增压生产后，进一步降低了管线和井口压力，增大了地层与井口的压差，提高气井的产气量显著。稳产期，产气量由目前的4.3×104Nm3/d提高到气井投产建成时的产量8.3×104Nm3/d，稳产取得较好的效果，满足下游用气需求。

图1 压缩机工艺气流程

压缩机选型配置上，压缩机能力的核算按初期最大气量来设计，但要考虑井口气量逐年减少的情况，既要求压缩机满足前几年大流量、低压比的工况，也要满足后期小流量、高压比的工况。压缩机采用D型2列2缸设计，通过切换管线上8字盲板方向，改变气路流向来实现一级压缩流程改成两级压缩流程。为适应气量减少，压缩机应采取顶开吸气阀+打回流的流量调节方式。同时解决了高低载荷使用要求的矛盾。前期气量大，压缩机轴功率大，后期气量减少，压缩机所需驱动功率较小。燃气发动机相比电动机有更好的驱动功率匹配效果，通过调节燃气消耗量以及发动机的调速系统，来适应压缩机轴功率的变化，杜绝了“大马拉小车”的能量浪费的情况。