油田伴生气回收技术现状及对策*

2020-08-17赵智玮金业海

安全、健康和环境 2020年7期

赵智玮，金业海

(中国石化胜利油田分公司，山东东营 257000)

0 前言

伴生气是在油田开发过程中伴随原油一起采出的天然气。以前，一些低产量的伴生气因回收成本高，直接排放到大气中，造成大气环境污染。随着环保要求越来越严，油田伴生气禁止直接排放到大气环境中，这给油田伴生气回收提出了更高的要求[1,2]。近几年，某油田不断开发油井伴生气回收利用技术。某油田约有60%的油井含有伴生气，其中，气量小于100 m3/d的井约占86.3%，套压小于0.5 MPa的井约占74.0%，套压小于1 MPa的井约占86.2%，整体呈现气量小、套压低的特点。

伴生气主要成分是烷烃类，与石油同为不可多得、不可再生的优质资源[1]，若能完全回收，既减少大气污染，又收集储存了优质能源，因此应把伴生气的回收利用放在油田开发工作的重要位置，并积极开展伴生气回收技术研究。

1 某油田伴生气治理现状

1.1 某油田伴生气治理技术

现阶段，某油田最常用的伴生气治理技术为油套连通、燃烧利用[3]，其中油套连通技术占84.5%。油套连通技术是采用定压放气阀控制套压，根据油压大小调好压力，释放套管气，并防止液体回流入井筒，适用于套压大于回压的井，一般气量大于50 m3/d以上。该方法可自动回收套管气，安装方便，结构简单；缺点是套压小于回压时不能回收，定压放气阀冬季易冻堵，影响控气效果，阀体内部的弹簧易腐蚀造成开关困难，个别高套压井油套连通后会造成计量站干线压力高[4]。

燃烧法占某油田伴生气回收利用的13.6%，可用于水套炉加热、拉油井多功能罐加热以及岗位值班室、注采站取暖，优点是热效率高，节约电能，但是部分井燃烧排放不达标会造成环境污染。燃烧利用单井消耗气量至少30 m3/d。

某油田约有1 000余口低套压井采用憋压生产的方式，这种方式能够使部分伴生气溶解在产出液中进入泵筒从而举升到地面，无需额外地面装置。但也存在两点问题：一是随着套管压力升高，溶解在原油中的天然气增加，气蚀作用也随之增强，进入泵筒后，伴随着溶解气及凝析气的析出、气蚀作用的发生，抽油泵的液体充满度会有所降低，进而影响泵效；二是套管压力升高，油套环行空间气柱增长，动液面下降，泵的沉没度减小，当套管压力每升高0.1 MPa时，油套环行空间液面将下降约10.2 m。

针对部分井憋压生产的问题，某油田研发了移动式油井套管气回收装置。该装置由一次油气分离器、高压连接软管、单流阀、智能旋涡流量计、二次油气分离器、天然气压缩机、安全报警装置、自动控制仪表盘、防暴控制开关箱等组成，见图1。能够使天然气由天然气压缩机进口的0.1 MPa升高为1.6 MPa,从而使增压后的天然气经智能旋涡流量计计量后进入集油干线内[4]。

图1 移动式套管气回收装置结构示意

此外，某油田还应用了100余套压缩机进行伴生气回收，压缩后的伴生气有些直接进入井口流程，有些与井组伴生气一同压缩后燃烧加热水套炉。这种方式的优点是压缩机能够实现自动启停，缺点是结构不合理易导致部件失去润滑而损坏，维修保养复杂。

除以上4种回收方式外，某油田经过多年研发探索，形成了多种伴生气回收方式，并开展小范围的试用。不同伴生气治理技术及其优缺点见表1。

1.2 目前伴生气治理存在的问题

某油田目前形成的伴生气治理技术绝大部分只适合气量较大的流程井，当气量小于100 m3/d时，除油套连通和无动力回收装置以外，其他几种回收方式的经济性无法保证。

除流程井以外，某油田还有约2 000口拉油井，这类井的伴生气治理方式较单一，如果气量较多，则采用多功能罐作为储油罐，伴生气在多功能罐中燃烧，加热罐内产出液。但如果气量无法满足多功能罐的加热需求，则仍旧采用高架罐作为储油罐，伴生气和挥发气直接排到大气中。如何在最经济的条件下最大限度地利用好这些边远单井伴生气，为油田节约经济成本的同时尽可能地创造出经济价值，实现资源的最大化利用[5]，是必须要考虑的问题。

表1 某油田伴生气治理技术对比

2 技术方案

采油厂拉油点日常的使用开支主要为电费、运输、人工、设备损耗等费用。在这些费用中降低电费是最切合实际的。降低电费也就是降低耗电量，因此改进思路就是将伴生气作为燃料，产生电能或者替代电能，达到降低电费的目的。据此提出了一种适合小气量高架罐拉油井的伴生气治理方案。该方案的核心是将高架罐设计为可电液联合加热的密闭容器，伴生气进行现场处理后直接加热高架罐内产出液。方案由两大部分组成：伴生气防冻堵回收技术和伴生气净化利用技术。

2.1 伴生气防冻堵回收技术

根据现场调研，管线冻堵是造成伴生气回收装置失效的主要原因。伴生气冻堵发生在冬季，原因是伴生气含大量水气，在通过定压放气阀时节流降温导致阀体冻堵，也会在管线内壁冷凝堵塞管道。根据这一原理，设计了U形管防冻堵装置，见图2。该装置接在井口，伴生气经过定压放气阀以前先在多组U形管内运移，气体内的水气在U形管壁上冷凝回落进入集液槽。经过多组U形管道后，伴生气内的水气含量大幅降低，去除水气以后的伴生气再通过定压放气阀，避免阀体和后端排气管线冻堵。这一装置不包含任何活动部件，可靠性高。

图2 U形管除湿器

2.2 伴生气净化利用技术

2.2.1结构组成

该套装置主要由伴生气净化、伴生气利用两大部分组成。井口伴生气经过除硫(按需)、除湿、除杂、压缩、存储稳压、减压燃烧后对高架罐进行加热。工艺流程见图3，结构组成见图4。

图3 小气量高架罐拉油井伴生气治理工艺流程

图4 小气量高架罐拉油井伴生气治理装置结构组成

2.2.2技术原理

a) 密闭高架罐。密闭高架罐为压力容器，顶部设有捕雾装置、定压阀和安全阀，底部在现有高架罐电加热基础上加装燃烧火筒，罐内伴生气和挥发气体超过定压阀的设定压力即可排出，进入伴生气净化利用流程。通过远程监控和自动点火技术，自动对储罐内的产出液进行加热，亦可与四化建设相结合实现远程操控。

b) 伴生气净化。考虑到加热效率和环保问题，在燃烧伴生气以前应先经净化处理。对于含硫伴生气，需先采用固体除硫装置去除伴生气的硫以后再进行下一步净化。对于湿气和杂质，采用物理方法(重力分离和冷凝)去除，净化后的气体被压缩，储集在储气罐内。整套伴生气净化装置为撬装式，储气罐装有压力监测部件，当气压达到设定值时，先经减压而后燃烧加热密闭高架罐内的产出液，从而达到伴生气利用的目的。

c) 压力平衡。由于密闭高架罐的气体和液体被装在同一个密闭空间内，当液体装太满时，气体的空间势必会减少，此种情况下如果运输车来拉油，密闭高架罐内的少量气体无法对抗大气压将液体排到拉油车内。为了解决这一潜在问题，密闭高架罐和储气罐之间用压力平衡管线连接，当运输车辆来拉油时，储气罐内的气体对密闭高架罐内的压力进行平衡，有助于产出液排出，从而解决液体装太满无法排出的问题。

2.3 经济效益预测

本套装置将伴生气作为燃料，替代电能进行产出液加热。电的发热当量为3.6 MJ/kWh，伴生气发热当量为42 MJ/m3，1 m3伴生气发热量相当于11.7 kWh的电。按照电价平均0.85元/kWh，伴生气2.00元/m3，则可得到电加热费用是伴生气加热费用的4.97倍。现在某油田高架罐每台装有2根电热棒，单根电加热棒功率为20 kW。若每个偏远单井每天回收10 m3伴生气进行储罐加热，则每口井每天可节约电加热费用1.2万元，经济效益显著。