氣液分離式套管氣回收裝置研制與應用

王　曼，覃　川，徐自強，程　顥，晏耿成

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

氣液分離式套管氣回收裝置研制與應用

王曼1，2，覃川1，2，徐自強1，2，程顥1，2，晏耿成1，2

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

當油井生產流程中的原油回壓高于定壓閥的排氣壓力時，存在原油倒流回定壓閥導致閥芯凍堵而無法使用現象，因此研制了氣液分離式套管氣回收裝置。定壓放氣閥與單向閥通過快接插頭連接，安裝在油井井口生產流程中。定壓放氣閥將套管氣輸送至單向閥，進而混輸到生產流程，通過單向閥阻止原油流向定壓放氣閥，原油不與定壓閥閥體排氣元件接觸，從而實現了氣液分離。單向閥借助現場原油熱量伴熱，完全解決了氣體釋放時吸熱及冬季凍堵問題?，F場應用1 100套，成功回收了油田井口套管氣，對減少能源浪費，充分利用油氣資源具有重要意義。

套管氣；氣液分離；回收裝置；防凍堵

目前，國內油田油井套管氣的回收主要采用地面回收技術，逐步形成了定壓放氣閥、活塞式氣泵、小型撬裝增壓裝置、同步回轉壓縮增壓4種套管氣自動回收主體工藝［1］。在直讀防凍堵定壓放氣閥［2］現場推廣應用過程中，還存在2個問題：

1） 定壓放氣閥在氣體釋放時吸熱，高壓差快速排氣時低溫凍堵現象仍然存在。

2） 當生產流程中的原油回壓高于定壓閥排氣壓力時，原油倒流回定壓閥，導致閥芯凍堵而無法使用。

本文介紹了一種氣液分離式套管氣回收裝置，已在現場成功應用。

1　結構及工作原理

新研制氣液分離式套管氣回收裝置由定壓放氣閥、單向閥和快插接頭組成。裝置前端通過螺紋連接進氣管線，后端通過螺紋連接生產流程的三通。定壓放氣閥通過進氣管線與套管連接，單向閥接入生產流程，定壓放氣閥不與原油直接接觸。套管氣通過進氣管線進入定壓放氣閥的進氣孔，當壓力達到設定壓力時即推動閥球，開啟排氣孔，套管氣進入快速接頭緩沖區，繼而通過單向閥混輸至生產流程中。本裝置安裝在油井井口生產流程中工作，單向閥可借助現場原油熱量伴熱，并阻止原油流向定壓放氣閥，從而實現了氣液分離，進而完全解決氣體釋放時吸熱及冬季凍堵問題。其結構如圖1～2所示［3］。

圖1　氣液分離式套管氣回收裝置結構

2　使用過程

按圖1所示，通過螺紋連接將定壓放氣閥安裝在套管氣排放管線（進氣管線）的端部，然后通過快插接頭將定壓放氣閥與單向閥連接。在實際生產過程中單向閥插裝固定在生產流程中，可達到伴熱防凍的作用。

按照圖2所示，定壓放氣閥工作前須設定一壓力值，即轉動調壓帽，通過定壓彈簧和定壓活塞將壓力作用傳遞，壓力直接顯示在刻度套上，同時壓力由定壓活塞、定壓彈簧和彈簧座傳遞到閥球上，壓力設定完成。

圖2　定壓放氣閥結構

套管氣通過進氣管線進入進氣孔且壓力等于設定壓力時即推動閥球，開啟排氣孔，套管氣通過快接插頭輸送到單向閥，進而將套管氣混輸到生產流程中，完全回收套管氣。單向閥阻止原油流向定壓放氣閥，從而實現了氣液分離，解決了定壓放氣閥冬季凍堵問題。

3　技術特點

1） 排氣元件不與原油直接接觸，其上游（進氣端）、下游（緩沖區）均為氣體，保證了其低溫條件下的正常工作。安裝在采油流程中的防倒流單流閥，由原油余溫伴熱，正常生產時不易凍堵。若因停產導致凍堵，其被凍堵的體積小于4 cm3，在恢復生產后，很容易被緩沖區內的壓力頂開，也容易被采出原油的余溫解凍，從而自行解除凍堵。

2） 直接使用機械方式顯示，設計了可調的刻度套和調壓帽，因調壓彈簧在其彈性限度范圍內彈性系數統一，因而刻度套上的刻度也是統一的，這種設計不但降低了生產成本，也使套管氣回收裝置的安裝、管理、維護難度減小，其顯示方面的壽命得以延長。

3） 將排氣過程拆分為兩個相對獨立的系統。套壓克服的力只有調壓彈簧的預壓縮力，當套壓大于預設壓力值時，閥件立即開啟，但排放的氣體并不直接進入采油流程，而是進入閥體與單流閥之間的緩沖區。與采油流程直接相連的是防倒流的單流閥，其正向導通、反向截止的壓差均小于0.02 MPa，其很高的靈敏度有效地保證了排放的氣體從緩沖區向采油流程匯入的單向流動性，徹底解決了原油倒流入套管的問題。

4） 采用了快速接頭配合伸縮管線的安裝方式，伸縮管線60 cm的伸縮行程使得產品很容易適應一片區域的安裝，安裝無須改造流程，消除了現場動火帶來的安全隱患（如圖3）。適用于新井、老井流程。

圖3　氣液分離式套管氣回收裝置安裝現場

4　現場應用

2013年至今，在長慶油田各采油單位推廣應用氣液分離式套管氣回收裝置1100余套，降低了環境污染，減少了能源浪費，具有良好的經濟效益和社會效益。以長慶油田平均單井產油量1.5 t／d，平均氣油比40 m3／t，套管伴生氣占2／3估算［4］，該定壓閥可回收套管氣1 540×104m3／a。

5　結論

1） 定壓放氣閥的排氣元件不與原油直接接觸，單向閥可借助現場原油熱量伴熱；當生產流程中原油回壓高于定壓閥排氣壓力，單向閥阻止原油倒流向定壓放氣閥，防凍堵效果良好。

2） 氣液分離式套管氣回收裝置直接使用機械方式顯示壓力，不但降低了生產成本，也使套管氣回收裝置的安裝、管理、維護難度減小。

3） 氣液分離式套管氣回收裝置安裝、維修時無需動火，適用于新老井流程，能夠達到隱患治理和回收優質資源的目的。

［1］于世春.長慶油田油井套管氣回收工藝技術研究［J］.科技資訊，2012（24）：64-66.

［2］王曼，魏立軍，王林平，等.插入式直讀防凍堵定壓放氣閥研制與應用［J］.石油礦場機械，2014，43（1）：72-73.

［3］徐灝.機械設計手冊（第四冊）［K］.北京：機械工業出版社，1991.

［4］趙新智，李世榮，楊濤，等.靖安油田長4+5、長6油藏伴生氣研究與應用［J］.油氣田地面工程，2011，30 （11）：21-24.

Development and Application of Gas-Liquid Separation Casing Gas Recovery Unit

WANGMan1，2，QIN Chuan1，2，XU Ziqiang1，2，CHENGHao1，2，YANGengcheng1，2
（1．Oil&Gas Technology Research Institute，Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China；2．National Engineering Lab of Lowpermeability Oil and Gas Field Exploration and Development，Xi’an 710018，China）

When the production process of crude oil back pressure is higher than constant pressure valve exhaust pressure，there are crude oil back to constant pressure valve to valve core phenomenon of frozen wall and cannot be used.So，the gasliquid separate casing gas recovery device is developed.It consists of constant pressure release valve，check valve and quick plug connector that are installed in the well wellhead production process.Pressure release valve casing gas is transported to a oneway valve，and then mixed into the production process.The check valve prevents oil flow to the constant pressure valve，which exhaust components do not come into contact with oil，so as to realize the separation of gas and liquid.And that check valve by means of thermal heating of crude oil，and thus completely solving the gas release heat and winter freezing problems.1，100 sets are applied in the oilfield，and the oil wellhead casing gas successfully have been recovered，moreover，they take a positive significance to reduce greenhouse gas and make full use of oil&gas resources.

casinghead gas；gasliquid separation；recovery systems；antifreezing plugging

TE931.103

B

10.3969／j.issn.1001-3482.2015.11.023

1001-3482（2015）11-0087-03

2015-05-12

國家實用新型專利“一種氣液分離式套管氣回收裝置”（ZL 2014 2 0672280.6）

王曼（1983），女，陜西商州人，工程師，碩士，2009年畢業于西安石油大學油氣田開發工程專業，主要從事油田節能方面的生產管理和科研工作，Email：wman＿cq＠petrochina.com.cn。