油井套管伴生氣收集裝置

劉濤（河南中拓石油工程技術(shù)股份有限公司）

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油井套管伴生氣收集裝置

劉濤（河南中拓石油工程技術(shù)股份有限公司）

偏遠(yuǎn)地區(qū)油井伴生氣不易收集，多采用撬裝輕烴回收站的形式收集利用，但原料氣壓縮機(jī)使油井套管長期處于負(fù)壓狀態(tài)，加速了原油中的輕烴組份溢出，降低了原油中輕質(zhì)油的含量。因此，設(shè)計(jì)一種保持套管壓力的伴生氣收集裝置，具有氣液分離和使油井套管壓力保持在與大氣壓相當(dāng)?shù)墓δ?，裝置具有制造成本低、安裝維修簡單、無需動(dòng)力源等優(yōu)點(diǎn)。

伴生氣；套管定壓；氣液分離器；輕烴回收

1　設(shè)計(jì)背景

油井套管伴生氣是隨著采油機(jī)工作的同時(shí)從油井套管中排出的天然氣[1]。對(duì)于地勢(shì)條件平坦、伴生氣較富集的油田，多采用與輸油管同時(shí)集輸或輔設(shè)專用的伴生氣集輸管道，建設(shè)大型天然氣處理廠集中加工[2]。而對(duì)于產(chǎn)油量低、伴生氣量相對(duì)較小的邊遠(yuǎn)山區(qū)油井（對(duì)于撬裝站套管伴生氣量大于50 m3/d（標(biāo)況）時(shí)就有回收利用的價(jià)值），通常采用小型橇裝輕烴回收裝置，然后將回收的伴生氣部分用于發(fā)電設(shè)備自用，其余則處理成LNG或CNG外運(yùn)。這種撬裝的處理站模塊化、集成性高，裝置易于搬遷，施工難度小，成本回收快，有利用環(huán)境保護(hù)[3]。

撬裝處理站集氣時(shí)通常在油井旁邊放置一個(gè)簡單的氣水分離罐，伴生氣經(jīng)過氣水分離罐后由原料氣壓縮機(jī)吸入到撬裝站，油井套管口長期處于負(fù)壓狀態(tài)，這種吸氣方式最大的好處是能保證油泵工作效率和整體機(jī)械效率，起到了增產(chǎn)節(jié)能的作用。現(xiàn)場(chǎng)使用中由于每個(gè)油井距離撬裝站距離不同，近處的相距幾百米，最遠(yuǎn)可達(dá)十幾公里，致使每個(gè)油井套管負(fù)壓值差別較大，近處油井套管口負(fù)壓可達(dá)-0.05 MPa，較遠(yuǎn)的油井套管口甚至是微正壓。當(dāng)套管處于負(fù)狀態(tài)時(shí)會(huì)促進(jìn)輕烴從原油中加速溢出，影響原油的輕質(zhì)油的含量，負(fù)壓越大影響越大[4]。因此需要設(shè)計(jì)一種適用于偏遠(yuǎn)油井能避免套管負(fù)壓，又能保證原料壓縮機(jī)正常吸氣的定壓裝置，既保證了采油生產(chǎn)又能回收伴生氣、保護(hù)環(huán)境。

2設(shè)計(jì)要求

◇裝置應(yīng)具有定壓、調(diào)壓的功能，保證套管壓力與大氣壓相當(dāng)；

◇裝置具有氣水分離功能，要考慮到有少量泥沙隨氣排出；

◇裝置不需電力源[5]，因有些偏遠(yuǎn)油井是用汽油機(jī)做動(dòng)力沒有電源；

◇裝置成本低，加工容易，安裝簡單。（偏遠(yuǎn)地區(qū)多采用定期巡檢方式看守油井，偷盜現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生）；

◇模塊化設(shè)計(jì)，體積小，方便運(yùn)輸、安裝、維護(hù)；

◇裝置在異常情況應(yīng)具有一定的容錯(cuò)性；

◇適用于排氣量在50 m3/d（標(biāo)況）以上的低產(chǎn)油井。

3　設(shè)計(jì)方案

伴生氣回收裝置包括氣水分離罐和定壓裝置2部分（圖1），氣水分離罐在前定壓裝置在后，伴生氣從氣水分離器進(jìn)口流入從定壓裝置出口流出。

依據(jù)氣水分離罐的壓力表和壓縮機(jī)吸氣壓力調(diào)整定壓裝置上的彈簧，當(dāng)罐內(nèi)壓力超過大氣壓時(shí)定壓裝置自動(dòng)打開，小于大氣壓時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。壓縮機(jī)吸氣壓力與輸氣管長度和壓縮機(jī)功能有關(guān)，因此定壓裝置彈簧只需調(diào)整1次，平時(shí)由采油工人定期檢查即可。

分離罐罐底部采用U型管結(jié)構(gòu)排水，U型管與罐底法蘭成一體，當(dāng)罐內(nèi)有泥沙時(shí)可定期拆下清理。當(dāng)罐內(nèi)液位高于U型管最大高度（H）時(shí)水就會(huì)從罐口自動(dòng)流出，當(dāng)液位小于H時(shí)，罐內(nèi)的液體就起到水封和緩沖作用。

圖1　伴生氣回收裝置結(jié)構(gòu)

圖2　定壓裝置結(jié)構(gòu)

定壓裝置主要由外殼、閥芯、彈簧、壓蓋組成（圖2），當(dāng)分離罐壓力超過大氣壓時(shí)伴生氣從定壓裝置下部的錐形孔流入，經(jīng)過閥芯上的孔從出口流出。

4　異常情況

整套裝置在使用過程會(huì)出現(xiàn)以下幾種異常情況：

1）當(dāng)油井停止工作時(shí)，套管氣壓通常會(huì)變的很小，此時(shí)定壓裝置自動(dòng)關(guān)閉。

2）當(dāng)套管氣壓力瞬時(shí)增大時(shí)，定壓裝置的流出速度增加，同時(shí)分離罐內(nèi)的液體會(huì)被壓出，罐內(nèi)液體起到緩沖作用；當(dāng)套管氣壓瞬時(shí)降低時(shí)，定壓裝置閉合，外部的空氣從U型管被吸入，向套管補(bǔ)充空氣。

3）當(dāng)原料氣壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，定壓裝置閉合，應(yīng)打開管路的放空閥門，否則分離罐壓力升高，伴生氣排出罐內(nèi)的液體并從U型管流出，排出的廢液需經(jīng)導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴軈R集到廢液池（罐）中。

5　結(jié)語

裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)輸方便，維修可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)。在伴生氣收集過程中初步分離氣中的水，裝置具有一定的容錯(cuò)性。在異常情況下避免產(chǎn)生危險(xiǎn)，適用于采用汽油機(jī)抽油無電力的油井。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)愈發(fā)重要，提高石油伴生氣利用率，特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)油井伴氣的采集和處理、將成為未來石油行業(yè)長期的研究課題。

[1]徐文慶.新型套管氣回收裝置研制與應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2009，37（2）:81-82.

[2]許冬進(jìn)，馬麗，程俊.油田伴生氣回收裝置現(xiàn)狀和分析[J].石油科技論壇，2010(4):29-33.

[3]王協(xié)琴.回收邊遠(yuǎn)小油田放空天然氣的撬裝設(shè)計(jì)[J].天然氣技術(shù)，2007(2):72-75.

[4]林鑫，白劍鋒，曾萍，等.長慶油田采油井套管氣壓對(duì)油井產(chǎn)量的影響[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2013，35(1):117-120.

[5]韓兵奇，李連峰，高棟梁，等.油井套管氣控制裝置探討[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40(12):86-88.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.012

2015-10-30

（編輯 莊景春）

劉濤，工程師，2002年畢業(yè)于太原理工大學(xué)（機(jī)電專業(yè)），從事石油天然氣管道工程設(shè)備和工藝研究工作，E-mail：liutao@ztxf.com.cn，地址：河南省濮陽市勝利東路95號(hào)，457000。