淺談Z集氣站采出水工藝流程優化措施

楊云鵬，雷宇

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司（陜西 西安 710018）

在天然氣生產過程中，氣田采出水隨氣井攜液進入到生產管線中，并匯集至集氣站。集氣站采出水外輸所使用的螺桿泵具有額定處理能力，在應對氣井出液、開井推液、清管作業等情況時可能無法及時處理，需排入地埋罐以緩解站內設備生產壓力[1]。地埋罐中的采出水則需要使用罐車拉運至處理廠。如何改進集氣站排液困難以及解決采出水拉運所帶來的各項風險，成為了生產后期液相管理工作中的一項重要課題。

1 采出水生產現狀

以X 集氣站為例，該站所選用的是耐馳螺桿泵（圖1），2013年8月投入使用，型號為NWI100SH78，其設計排量為在螺桿泵轉速為100 r/min 及零壓頭的條件下，每天外輸78 m3。根據該集氣站的實際生產情況，在冬季高峰供氣期間，每日的采出水產量會達到160 m3左右，也就是雙泵排液的最大設計量。在此情況下，如當日有壓恢開井、個別產液量大的氣井、管線積液較多的井叢等開井作業時，會將大量的采出水攜帶進站，打破供需平衡，螺桿泵將無法及時外輸，只能打開應急埋地罐將多余的采出水進行儲存。

圖1 螺桿泵示意圖

2 生產中存在的問題

1）采出水中含有雜質，且泥沙較多，該集氣站分離器排液管路只有一條設有籃式過濾器，在液位過高時，旁通管線進行排液無法阻攔罐內的泥沙及雜質[2]。

2）閃蒸罐排液出口位置不合理，罐內部分沉積的泥沙會隨著液體的攪動被帶入下游螺桿泵。

3）螺桿泵運行時間過長，加之泵效降低，在集氣站高液量運行期間已無法滿足外輸的需求。

4）螺桿泵區排液管線流程復雜，管線布局不合理，轉彎處較多，不利于螺桿泵對采出水的吸入。

5）地埋罐中的儲液無法外排，只能靠罐車拉運，存在著大量的風險及安全隱患。

6）螺桿泵缺少變頻器，長時間工頻啟動造成核心部件金屬定子、轉子疲勞斷裂。

3 工藝優化措施

Z 集氣站在建設之初，根據X 集氣站與Y 集氣站歷年來的生產運行經驗，提出了多條工藝優化措施，其中解決集氣站排液困難為重點[3]。

3.1 增加排液管線過濾器

Z 集氣站4 臺分離器的排液管線全部加裝了籃式過濾器（圖2）。首先在分離器排液過程中對采出水進行過濾，作為首道屏障不但保證了各種大顆粒及雜物不會順著排液管線帶入下游閃蒸罐，并能有效地阻攔大部分壓裂砂及油泥。

圖2 籃式過濾器安裝示意圖

3.2 改變閃蒸罐出口位置

2012年X集氣站投運時使用的閃蒸罐，其罐體出口開孔位置為罐體底部，出口內套管向罐體內延伸150 mm，此設備在使用過程中并不能有效地阻止閃蒸罐沉淀物順著排液管線進入螺桿泵，對泵體造成極大的損傷[4]。為解決這一問題，2018 年經過多方考證，Z 集氣站使用的閃蒸罐罐體出口開孔位置在罐體側面，距離罐底部300 mm，在采出水進入閃蒸罐有充分的沉降時間，能夠有效地降低壓裂砂等雜質外輸進入泵體對螺桿泵帶來的損傷。

3.3 螺桿泵選型

Z集氣站采出水支線全長為20 km，為保證生產后期的采出水外輸正常，經過多方考量，此次使用的外輸泵選取耐馳螺桿泵，型號為NWI110SH330。該型號螺桿泵設計流量為3～15 m3/h，在全轉速的條件下，該泵的流量可達到18 m3/h 左右，若雙泵同時運行，在Z 集氣站產量達到400 萬m3/d 的生產條件下，完全能夠滿足該集氣站正常的采出水外輸需求[5]。

集氣站螺桿泵技術規格：型號NWI110SH330；電動機最大功率67 馬力；最大扭矩（傳動軸）4 400 N·m；最高轉速推薦值235 r/min；在最高轉速時的最大流量450 m3/d；泵殼最大容許壓力10 Bar；進液口、出液口連接法蘭均為DN100-PN16；泵安裝方向為水平安裝；運行環境條件-10～40 ℃。

3.4 改造排液管線

圖3為X集氣站的閃蒸罐至螺桿泵排液管線流程，該管線轉向較多，地面部分較長，加之兩條管徑都為DN50，總體對流量有較大影響。在Z集氣站的排液管線改造中，由于螺桿泵進口為DN100，因此閃蒸罐至螺桿泵的排液匯管管徑改為DN100；減少地面管段長度以及轉向，大大地縮短了閃蒸罐至螺桿泵間采出水流經的距離，提高了排液速率。同時該采出水支線全段更換為DN100管徑，極大地提高了Z集氣站外輸排液量。

為避免排液管路中閥門發生堵塞或在關閉狀態下螺桿泵運行使管道內部壓力升高，導致管道破裂情況的發生，在每臺泵出口閥門上游設置帶回流管的安全閥，以保證螺桿泵的安全運行。

閃蒸罐至地埋罐快速排液流程將設置兩道手動閥門及一道氣動閥門來控制（圖4），平時兩道手動閥門保持開閥狀態，在清管等大量采出水進站、兩臺螺桿泵無法及時傳輸的情況下，可通過系統操控氣動閥門將閃蒸罐內的采出水快速排至應急埋地罐；同時分液罐設置兩道液相出口管線，一道連至螺桿泵進前管線，一道連至地埋罐管線，解決了分液罐臨時儲液的外排問題。

圖3 X站改造前螺桿泵區排液流程

圖4 閃蒸罐至地埋罐快速排液流程

3.5 地埋罐增加喂水泵

為有效解決地埋罐內采出水必須使用罐車拉運的問題，避免罐車在集氣站內進行裝車作業所帶來的安全風險，Z 集氣站在地埋罐區新增2 臺喂水泵，地埋罐內的采出水通過喂水泵提升至螺桿泵進口，從而通過螺桿泵傳輸至天然氣處理廠。同時，為保證2 臺喂水泵的安全運行及后期維護保養，在喂水泵的前后安裝控制閥門。由于受現場生產條件制約，該技術措施暫時未完成，待其他設備連接完成后進行效果跟蹤評價。

3.6 加裝變頻器

由于集氣站日產采出水量波動的原因，為保證螺桿泵的運行安全，根據生產需求，對Z集氣站2臺螺桿泵分別安裝了變頻控制器。依據每日產水量的大小和實時外輸情況，以及綜合3 座集氣站采出水外輸壓力等因素，可對螺桿泵進行轉速大小的調節，以滿足不同生產條件下采出水外輸的需要。

4 效果評價

經技術改造后，Z 集氣站分離器排液管線過濾器阻擋泥沙等雜質能力顯著提高。未發現閃蒸罐出口排液管線籃式過濾器存在明顯壓裂砂等雜質，大大降低了壓裂砂帶入螺桿泵對泵體造成的損傷。大功率螺桿泵以及外輸管徑的增大，使得排液效率明顯提升，同時降低了螺桿泵的運轉時間，改善了設備疲勞運轉的狀況。

5 結論

1）根據Z 集氣站投產以來的實際運行情況，采出水外輸狀態達到了此次優化措施的預計效果，證實了該工藝優化措施到位，采出水外輸困難等問題得到了解決。

2）此次工藝流程的優化措施，使相關工作人員對蘇南采出水管理有了進一步的認識，對壓縮機投運后的液相管理也有了一定的了解，對后期生產運行工作有一定的指導意義。

3）在整個蘇南區塊達成產建規模后，生產后期的運行主要工作就是液相管理。此次工藝流程優化提前開啟了液相管理工作，為今后的工作提供了新的思路。