大港油田零散天然氣的綜合利用

霍夙彥 趙昕銘 夏敏敏 陳忻 張菲

（大港油田公司 天津 300280）

大港油田是典型的斷塊油田，油田區塊零散、地質構造復雜，從東北方向西南方呈長條型分布。主力開發生產的油田包括13個，因產氣規模、外輸氣能力和油氣田分布等方面的差異，分為集輸區和非集輸區。集氣區天然氣產量99×104m3/d，約占大港油田的58.8%。非集氣區產氣量較低，約69.4×104m3/d，占大港油田的41.2%。其中港西油田和埕海油田產氣相對豐富，非集氣區所產天然氣除供加熱系統和天然氣發電機發電使用外，富余約24.7×104m3/d天然氣放空燃燒。天然氣生產情況見表1。

表1 天然氣生產情況表

天然氣集輸區所轄油田的油井產液集輸到轉油站后，通過站內分離緩沖罐進行氣液分離，天然氣通過氣管網輸送到天然氣處理站；天然氣非集輸區主要分布在中南部油田，油井伴生氣隨油井產液通過集油管道輸送至接轉站或聯合站，經過處理后主要為站內生產加熱系統提供燃料或用于發電，富余的天然氣放空燃燒；對于部分伴生氣量小或邊遠區塊的油井，伴生氣利用率較低，為了保證油井正常生產，長期放空燃燒，天然氣損耗嚴重。

為了更好地節能減排，減少能源浪費，提高天然氣的綜合利用率，大港油田研究應用零散天然氣回收利用技術，充分利用天然氣資源，減少電力購置，達到了節能減排、減少環境污染和降低安全隱患的目的。

1 優選零散天然氣綜合利用技術

天然氣是低碳烴的混臺物，以甲烷為主。天然氣用途主要可分為三大類：一是用于發電機發電；二是作為燃料，供民用或工業用；三是作為一種高效、優質、清潔的能源及重要的化工原料，并在世界能源生產和能源利用中的比重不斷提高。

天然氣的用途很廣，可用于發電、燃料電池、汽車燃料、城市燃氣、化工，其中許多技術已經成熟，顯示了良好的社會和經濟效益，一些技術雖然還處于試驗階段，也取得了較大的進展。

針對大港油田天然氣系統存在的問題和應用試驗情況，進行了零散天然氣綜合利用技術應用分析及優選。

1.1 套管氣回收利用技術

定壓放氣閥是安裝在油田井口上，用于回收采油伴生的天然氣，實現油氣集輸、調整電潛泵井套管壓力、控制合理的電泵沉沒度，充分發揮泵效的一種閥門；定壓排氣元件可借助流量計，對套管氣、油氣超壓后進行精準排壓。根據常規和加藥井口的使用情況，定壓放氣閥配套兩種功能。

南部油田在原油開采中由于其原油物性和供液條件的特殊性等因素，憋套壓生產導致氣鎖、滑脫等現象比較普遍。為了保證油井產量，避免關套生產影響油井液面和抽油泵的充滿系數，采油三廠油井套管氣均采取外排的方式進行生產。在采油三廠選取了供液充足、供液不足、無液面顯示等不同類型的抽油機和電泵井進行試驗。經過實踐驗證，采取調節控放套管氣的油井，定壓放氣閥壓力控制在0.4MPa，可以確保不影響油井產量。到目前為止，試驗油井液量產量沒有明顯變化，功圖載荷狀況基本不變，證明油井憋壓生產，對油井正常生產沒有造成負面影響。

表2 單井安裝定壓放氣閥生產情況分析表

在先期試驗取得成功的基礎上，加大推廣應用力度，繼續在南部油田34口油井應用定壓放氣閥，油井均生產正常。截止目前已經在141口油井安裝定壓放氣閥，成功回收了套管氣。

通過單井安裝定壓放氣閥回收套管氣進系統等措施，用于天然氣發電和生產熱力系統，節能效果顯著。增加天然氣發電量與去年同期對比，日增加天然氣發電量2.5萬度。截止09年底，累計增加天然氣發電量700萬度，節約電費開支392萬元。

1.2 天然氣發電技術

天然氣發電機是以天然氣為主燃料的動力機組，具有節能、降耗、降低成本、環保等優點，是未來最具發展潛力的一種動力機組，特別是利用油田伴生氣發電，不僅利用了這部分資源，還保護了環境；該裝置可以將天然氣的熱能轉換為電能，主要由進氣系統、潤滑系統、測量系統、點火系統、調速系統及配套的發電機組組成。

大港中南部油田區塊無天然氣系統管網，油井伴生氣無法進系統，天然氣不能及時回收利用不僅造成資源浪費、污染環境、也影響了油田的整體開發效益。因此，為了充分利用天然氣資源，減少網購電費支出，最大限度地節能降耗，大港油田引進了天然氣發電技術，在友誼油田進行試驗，取得成功。

友誼油田是采油二廠最偏遠的油田，由于沒有外輸管線，天然氣無法輸送到聯合站應用，只能點火把放空燃燒，寶貴的天然氣資源白白浪費。在2004年在友誼油站安裝1臺天然氣發電機，目前每天發電量3120度。

1.3 天然氣發電機煙氣余熱回收技術

該技術采用針形管強化傳熱元件擴散受熱面積，水管煙側的受熱面可以大大增加，同時煙氣氣流經針形管表面時形成強烈的紊流，起到提高傳熱效率和減少煙灰積聚的作用。在發電機的煙道上安裝余熱回收裝置，高溫煙氣通過余熱回收裝置與冷卻水換熱，發電機煙道熱量通過換熱裝置的針型管傳遞到循環水，低溫水變成了高溫水，再通過油水換熱器對要加熱介質升溫，用于原油外輸摻水、采暖加熱，從而停用加熱爐或者減少加熱爐的負荷，達到節能的目的。

天然氣余熱回收裝置工作原理示意圖如下：

圖1 天然氣余熱回收裝置工作原理示意圖

該技術在南一聯合站得到有效應用。該站天然氣發電機余熱回收系統，給王徐莊來液加溫完全可以達到生產的要求，南一聯合站4#來液加熱爐停用，每天可節約用氣2500 m3/d。

1.4 并網發電技術

并網發電技術是指利用油田零散天然氣進行發電，發出的電經0.4/6kV升壓變壓器輸送到油田6kV生產電網中，由電網根據需要實現負荷平衡的技術。如采用專線并網，則并網線路上不帶任何負荷，所發電升壓后由6kV線路直接輸送到35/6kV變電站，由變電站實現負荷的統一平衡；如不采用專線并網，則該線路上帶有一定的生產負荷，由部分生產負荷實現電能的就地平衡，多余部分則由線路輸送到變電站，少的部分則由電網提供。

大港油田在南一站及莊大站發電機都是采用專線并網，所發電升壓后由6kV線路直接輸送到35/6kV變電站，由變電站實現負荷的統一平衡。大大提高了電網的穩定性，降低了小發電的事故率。

1.5 真空爐熱技術

真空加熱爐技術是利用水在不同壓力下沸點不同這一特性來工作的。它使爐殼內的中間介質水能夠在低于爐殼外部大氣壓的狀態下沸騰。產生的蒸汽遇到低溫盤管，會發生相變，由氣態變成液態，結成水滴，釋放出大量的汽化潛熱，使盤管內的流動工質被加熱，管外凝結的水滴又滴回水面，再次被加熱，從而完成整個換熱循環過程。

結合工程改造項目，在馬西聯和西二聯輸油系統應用高效真空加熱爐，替代原有爐效低、耗能高的方箱爐，投產后運行情況良好，平均爐效達85%以上。該種類型的加熱爐具有安全、高效、節能、操作方便的特點。經測算，較改造前節氣約288×104Nm3/a。

2 零散天然氣綜合利用技術實施

通過零散天然氣綜合利用技術的分析和優選，擬定在采油二廠天然氣富余的場站：南一聯、友誼站新增建5臺天然氣發電機，并配套煙氣余熱回收裝置；在采油三廠天然氣富余的場站：段一聯、家5站、官二聯、棗二聯新增建天然氣發電機6臺；在采油二廠莊一聯新建輸氣管道進系統管網，并更新2臺加熱爐。

在采油3廠可新建天然氣發電機區域的299口油井井口安裝定壓放氣閥，套管氣進系統進行回收，增加發電量，配套定壓放氣閥299套，其中普通定壓放氣閥239套；帶加藥裝置的定壓放氣閥60套。

3 零散天然氣綜合利用技術實施效益

根據現場運行的天然氣發電機實際生產數據，每臺600kW天然氣發電機日發電量12000度左右，每臺400kW天然氣發電機日發電量7500度左右，200kW天然氣發電機日發電量3800度左右，采油二廠新上4臺600kW和1臺200kW發電機組，凈增功率2600kW，日新增發電量約51800度，年增發電量將達到1890萬度左右。采油三廠新建5臺400kW和1臺200kW天然氣發電機，日增發電量41300度，年增發電量將達到1508萬度左右。

余熱回收裝置回收發電機熱量可用于采暖、協調來液加熱和罐區伴熱，每小時回收余熱11337600kJ，每天折合7558m3天然氣的發熱量，相當于3149 kW加熱爐的熱量；南一聯可再停運1臺2500kW的加熱爐，節約天然氣量3600 m3/d，友誼站停運2臺200kW的加熱爐，節約天然氣量768 m3/d；實際利用余熱6696000kJ，可節省氣量4368 m3/d，這些氣用于發電，做到能源的循環利用。由于剩余天然氣有效回收利用，減少了燃燒造成的環境污染。

莊一聯富余天然氣集輸進灘海油田輸氣系統中（包括更新加熱爐所節省的天然氣量），最終輸至壓氣站外銷，銷售收入為93萬元。

4 結論

（1）回收油井套管氣，可以安裝井口定壓放氣閥，壓力需控制在0.4MPa，以防止發生氣鎖，影響油井正常生產。回收的套管氣可以進入集輸管網，也可以給井口加熱爐提供燃料。

（2）零散天然氣發電是回收利用富余伴生氣的有效途徑，其供電形式靈活，可并網發電，也可單獨發電，可根據負荷大小選擇不同容量的機組，保證油區用電需要，而且發電機排煙管的余熱也可以回收再利用。

（3）零散天然氣的回收利用，不僅減少了零散氣放空燃燒造成的資源浪費，同時，減少環境污染和安全隱患，實現效益最大化，對于實現節能減排具有非常重要的現實意義。

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