清潔生產新工藝在東勝氣田的應用

符偉兵

(中國石化華北油氣分公司石油工程技術研究院)

目前，氣田開發中地面集輸開采工藝主體采用高壓集輸和井下節流低壓集輸。實際應用中，存在冬季易冰堵的問題，需要注醇解防堵，冬季生產維護成本高，存在環保風險且含醇污水處理成本較高的問題[1-2]。

面對愈加嚴厲的環保法律法規，如何實現氣田清潔生產成為眾多學者研究的課題，其中，最主要的方式為通過研發環保型水合物抑制劑替代甲醇，在保障氣井解防堵效果及氣井穩定生產情況下，產出污水經過簡單處理后可以直接回注，避免了含醇污水環保風險和成本壓力[3]。中石化華北油氣分公司從“清潔生產一體化”理念出發，提出了結合井下隔熱工藝、地面節流分離工藝、環保型抑制劑解防堵工藝、污水無害化處理與藥劑回收工藝“四位一體”實現氣田不注醇清潔低成本生產的新工藝[4]。該工藝方案涵蓋整個天然氣生產過程，充分利用各種天然能量，統籌解決氣田的安全、環保、能耗、投資、成本、管理、污水無害化等生產難題，具有生產管理簡單化、降低生產成本，提高開發效益的特點，對于低滲致密氣藏開發具有廣闊的應用前景。

一、清潔生產工藝思路及原理

工藝思路：充分利用地層能量、自然界風能、太陽能，結合應用環保型藥劑預防水合物特點、產出污水與污泥無害化處理、藥劑回收重復利用降低藥劑成本。主要原理：充分利用氣層高溫，通過實施井筒隔熱油管保溫工藝，提高產出氣溫度，減少氣體熱損失，實現夏季自然條件下不加藥預防生成水合物；通過向氣井添加環保型抑制劑，解決冬季環境溫度低條件下預防生成水合物堵塞生產管線的問題；通過自然界風能、太陽能，采用自然蒸發方式實現產出污水中水分蒸發、藥劑回收重復利用，分離的殘渣通過焙燒制磚處理；這個處理過程采用環保型藥劑，處理過程符合環保要求[5]。

二、清潔生產工藝流程

井筒生產油管采用隔熱油管，井口安裝一次節流裝置，并配套井口自平衡式加藥裝置，負責加注環保型藥劑，包括水合物抑制劑、泡排劑、緩蝕劑等。產出氣管輸至集氣站，集氣站內采取不加熱二次節流，并脫水脫烴，分離后的干氣外輸，分離后的液體經過油水分離后凝析油外銷。集氣站分離后的不含油污水拉運至就近的污水無害化與藥劑回收處理站，污水經過加堿反應后分離的泥渣集中焙燒制磚，分離的清潔液體經過蒸發池蒸發處理水分，蒸發后分離的環保藥劑重復利用。清潔生產工藝主要流程見圖1。

圖1 清潔生產工藝流程示意圖

三、現場應用

華北油氣分公司東勝氣田主體采用井下節流低壓集輸工藝，早期投產的1號集氣站為東勝氣田唯一一座高壓集輸集氣站，集氣站采用站內加熱、兩級節流集輸，生產過程中，地面管線存在水合物堵水問題，需注甲醇解防堵，由于沒有配套的注醇管線及設備，需要采用化排車在氣井井口注醇解防堵，生產運行費、污水處理費用較高。針對1號集氣站生產狀況，在采氣流程現有基礎上開展了清潔生產先導試驗。

1.試驗方案設計

先導試驗方案設計的原則是在不改變原生產流程基礎上，僅增加井口加藥裝置和污水無害化處理站，以此評價清潔生產工藝中藥劑解防堵性能、污水無害化處理與藥劑回收工藝效果、藥劑重復利用效果以及工藝環保性能。根據1號集氣站工藝現狀，設計了9套滴注罐對應9口試驗井，滿足單井藥劑的加注。將解防堵用的甲醇以及排水用的泡排劑分別更換為Z-6環保型抑制劑、Z-3環保型排水劑。在1號集氣站附近就近建成年處理能力15 000 m3污水處理站，包括油水分離罐、反應池、存蒸罐、焙燒爐。

2.試驗工藝優化

由于冬季試驗，環境溫度低，自然蒸發速度相對較慢。通過改進工藝，試驗了填料強化蒸發工藝，優化工藝顯著提升了蒸發速度，詳見圖2。其中強化倍數是指1 m高填料蒸發水量與填料占地面積自然蒸發水量的比值，可衡量同等占地面積時有無填料的蒸發能力，如果增加填料蒸發池高度，可進一步增加填料蒸發速度。

圖2 蒸發工藝優化改進后效果對比圖

3.試驗效果分析

先導試驗共分為三個階段：第一階段為2015年10月17日～2016年1月24日，連續98 d，開展環保型抑制劑替代甲醇生產試驗。第二階段開展污水填料強化蒸發與抑制劑、排水劑回收實驗，連續40 d。第三階段開展回收抑制劑再循環使用實驗，連續8 d。

清潔試驗期間生產數據與往年同期氣井生產數據對比見表1，從表1看出，在產水量增加、環境溫度更低的情況下，氣井生產時率提高了3.3%，單次解堵時間降低了2.8 h。清潔生產加注環保型抑制劑試驗結束后，開展注醇生產，從生產對比數據看，注醇后生產時率降低4.5%，單井堵塞頻次增加了0.44 次/d，單次解堵時間增加了14.9 h。

表1 清潔生產期間氣井生產數據同比、環比對比表

從污水處理站試驗測試結果看，風干泥渣產生量為污水體積的1.5%～2%，風干雜鹽堿晶體產生量約為污水體積的0.1%～0.2%。抑制劑實際回收率約95%，抑制劑回收周期7～10 d。填料蒸發速度平均21.5 L/d·m2，自然蒸發速度平均3.34 L/d·m2。回收的環保型抑制劑在3口井進行現場應用試驗，在用量僅為甲醇用量1/3的情況下，可以保障氣井連續穩定生產，重復利用試驗證明，回收的藥劑能夠滿足氣井解防堵生產要求。經兩家專業檢測機構對污水無害化處理過程及泥渣焙燒處理過程環境監測、排放物檢測，三廢排放、污水蒸發均符合國家排放標準，滿足環保要求。

綜合考慮藥劑成本、藥劑用量、藥劑回收率、污水處理成本因素，東勝氣田1號集氣站在清潔生產工藝生產模式下相比注甲醇生產工藝，折算每1 m3污水總費用降低約180元，應用效果顯著。

四、結論與建議

(1)中石化華北油氣分公司東勝氣田在國內首次應用了“環保水合物抑制劑+污水無害化處理與藥劑回收工藝”實現氣井不注醇清潔低成本生產。該工藝整體試驗成功，證明了該項技術具有一定的可推廣性。

(2)該工藝利用地層能量，自然界風能、太陽能，結合應用環保型藥劑預防水合物的優勢，具有環境友好、充分利用自然能源的特點。

(3)該工藝試驗證明，藥劑回收工藝可以滿足藥劑重復利用的要求，可降低藥劑總用量，從而降低生產成本。

(4)工藝大規模應用后，存在污水總量大，且冬季由于環境溫度低、蒸發速度慢的問題。可進一步研究，從提高強化蒸發池高度，增加風力、太陽能發電機及風機，提高風速等方面進一步優化，充分發揮鄂爾多斯盆地風力大、日照強、空氣干燥等自然優勢，提高工藝的處理規模。