氣田增壓外輸用天然氣壓縮機的選型與應用效果

劉仲禹 白俊生 北京石油化工工程有限公司西安分公司 西安 710075

隨著氣田開發(fā)時間的延長，某集氣站的氣井壓力、產(chǎn)量不斷下降，部分井口壓力太低，從而導致產(chǎn)出氣無法進入集輸系統(tǒng)，這不但減少了氣田的收益，也是對資源的極大浪費。為達到穩(wěn)產(chǎn)并滿足外輸壓力的要求，盡可能地多采天然氣，勢必需要進行氣田增壓開采，需在集氣站內(nèi)增設壓縮機增壓外輸。

該集氣站于2016年12月底投產(chǎn)，投產(chǎn)井建成產(chǎn)能8.3×104Nm3/d，運行2年后，該集氣站實際產(chǎn)量降為 4.3×104Nm3/d，實際外輸壓力難以滿足下游凈化廠5.3MPa的進站壓力需求。因此需要在站內(nèi)增設一臺壓縮機，滿足下游用氣量及用氣壓力需求。根據(jù)氣井的無阻流量及經(jīng)驗配產(chǎn)，增加壓縮機后，頭兩年穩(wěn)產(chǎn)期，壓縮機增壓排氣量為8.3×104Nm3/d，將2.4 MPa的井口來氣增壓到5.7 MPa；隨著后期氣井壓力和氣量的衰減，壓縮機排氣量由穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量8.3×104Nm3/d，逐漸減小到0.5601×104Nm3/d(極限經(jīng)濟開采氣量)，來氣壓力由2.4MPa衰減到0.66MPa(極限開采壓力)，為滿足下游用氣要求，壓縮機排氣壓力應維持在5.7MPa。

1 壓縮機組選型

天然氣集輸系統(tǒng)常用的壓縮機主要有離心式和往復式兩種。離心式壓縮機適用于排量大、流量穩(wěn)定的工況；往復式壓縮機適用于流量變化幅度較大，增壓壓比大的工況。考慮到隨著氣田開采時間的延長，氣井產(chǎn)量和壓力都是遞減的，壓縮機需要適應變化工況并穩(wěn)定運行。

由于現(xiàn)場電網(wǎng)變壓器容量不滿足壓縮機軸功率要求，考慮到站內(nèi)自用天然氣可作為燃料氣，故采用燃氣發(fā)動機驅(qū)動壓縮機。

綜上考慮，最終決定集氣站內(nèi)選用1臺整體橇裝式往復式壓縮機組，兩缸一級/兩級壓縮，燃氣發(fā)動機驅(qū)動并配有減速箱， 配套PLC 及電氣控制就地柜成套安裝在橇內(nèi)。壓縮機主要技術參數(shù)見表1。

表1 燃氣驅(qū)壓縮機主要技術參數(shù)

初期，井口來氣壓力較高，壓比較低，一級壓縮即可滿足要求；后期，隨著時間的推移，井口來氣壓力降低，需求壓比越來越大，須兩級壓縮才能達到排氣壓力要求。同時為適應氣量減少，現(xiàn)場壓縮機應采取頂開吸氣閥+循環(huán)回流的流量調(diào)節(jié)方式。

該集氣站往復壓縮機采用D型2列兩缸設計，氣缸均為雙作用型式。

在進氣壓力為1.4～2.4MPa(G)時，壓縮機2個氣缸均作為一級氣缸，一級壓縮，排氣量為34565～83000 Nm3/d。

當進氣壓力小于1.4MPa(G)時，壓縮機切換為兩級壓縮，其中1個氣缸為一級氣缸，另1個氣缸的蓋側(cè)吸氣閥頂開，蓋側(cè)端當作平衡腔，軸側(cè)端為二級氣缸工作腔。當進氣壓力為1.4MPa(G)時的排氣量約為28260 Nm3/d，進氣壓力為0.66MPa(G)時，壓縮機排氣量約為12887Nm3/d。當來氣量繼續(xù)下降時可以通過壓縮機旁路調(diào)節(jié)流量并根據(jù)進氣壓力來控制回流量，保持進氣壓力穩(wěn)定，從而使壓縮機正常運行。壓縮機工藝氣流程見圖1。

圖1 壓縮機工藝氣流程

天然氣中含有H2S和CO2，壓縮機氣缸、活塞、氣閥等從材質(zhì)、加工工藝上必須滿足抗H2S和CO2腐蝕的要求，以延長壓縮機使用壽命，減少檢修維護時間。

2 壓縮機組應用效果評價

實施增壓生產(chǎn)后，進一步降低了管線和井口壓力，增大了地層與井口的壓差，明顯提高了氣井的產(chǎn)氣量。穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)氣量由目前的4.3×104Nm3/d提高到氣井投產(chǎn)建成時的產(chǎn)量8.3×104Nm3/d，穩(wěn)產(chǎn)取得較好的效果，滿足下游用氣需求。

壓縮機選型配置上，壓縮機能力的核算按初期最大氣量來設計，但要考慮井口氣量逐年減少的情況，既要求壓縮機滿足前幾年大流量、低壓比的工況，也要滿足后期小流量、高壓比的工況。壓縮機采用D型2列兩缸設計，通過切換管線上8字盲板方向，改變氣路流向來實現(xiàn)一級壓縮流程改成兩級壓縮流程。為適應氣量減少，壓縮機應采取頂開吸氣閥+循環(huán)回流的流量調(diào)節(jié)方式。同時解決了高低載荷使用要求的矛盾。前期氣量大，壓縮機軸功率大，后期氣量減少，壓縮機所需驅(qū)動功率較小。燃氣發(fā)動機相比電動機有更好的驅(qū)動功率匹配效果，通過調(diào)節(jié)燃氣消耗量以及發(fā)動機的調(diào)速系統(tǒng)，來適應壓縮機軸功率的變化，杜絕了“大馬拉小車”的能量浪費的情況。

3 結(jié)語

綜上所述，對該集氣站設置的增壓壓縮機在選型、配置等方面的選擇是正確、合理的，對氣田穩(wěn)產(chǎn)起到了良好效果。