氣田增壓外輸用天然氣壓縮機(jī)的選型與應(yīng)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(shí)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(dǎo)致產(chǎn)出氣無法進(jìn)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(fèi)。為達(dá)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(jìn)行氣田增壓開采，需在集氣站內(nèi)增設(shè)壓縮機(jī)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(yùn)行2年后，該集氣站實(shí)際產(chǎn)量降為 4.3×104Nm3/d，實(shí)際外輸壓力難以滿足下游凈化廠5.3MPa的進(jìn)站壓力需求。因此需要在站內(nèi)增設(shè)一臺壓縮機(jī)，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(yàn)配產(chǎn)，增加壓縮機(jī)后，頭兩年穩(wěn)產(chǎn)期，壓縮機(jī)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(jī)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(jì)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(jī)排氣壓力應(yīng)維持在5.7MPa。

1 壓縮機(jī)組選型

天然氣集輸系統(tǒng)常用的壓縮機(jī)主要有離心式和往復(fù)式兩種。離心式壓縮機(jī)適用于排量大、流量穩(wěn)定的工況；往復(fù)式壓縮機(jī)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(shí)間的延長，氣井產(chǎn)量和壓力都是遞減的，壓縮機(jī)需要適應(yīng)變化工況并穩(wěn)定運(yùn)行。

由于現(xiàn)場電網(wǎng)變壓器容量不滿足壓縮機(jī)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?xì)獍l(fā)動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)。

綜上考慮，最終決定集氣站內(nèi)選用1臺整體橇裝式往復(fù)式壓縮機(jī)組，兩缸一級/兩級壓縮，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)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(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 燃?xì)怛?qū)壓縮機(jī)主要技術(shù)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(shí)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(dá)到排氣壓力要求。同時(shí)為適應(yīng)氣量減少，現(xiàn)場壓縮機(jī)應(yīng)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(fù)壓縮機(jī)采用D型2列兩缸設(shè)計(jì)，氣缸均為雙作用型式。

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

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

圖1 壓縮機(jī)工藝氣流程

天然氣中含有H2S和CO2，壓縮機(jī)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(jī)使用壽命，減少檢修維護(hù)時(shí)間。

2 壓縮機(jī)組應(yīng)用效果評價(jià)

實(shí)施增壓生產(chǎn)后，進(jìn)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(shí)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(jī)選型配置上，壓縮機(jī)能力的核算按初期最大氣量來設(shè)計(jì)，但要考慮井口氣量逐年減少的情況，既要求壓縮機(jī)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(jī)采用D型2列兩缸設(shè)計(jì)，通過切換管線上8字盲板方向，改變氣路流向來實(shí)現(xiàn)一級壓縮流程改成兩級壓縮流程。為適應(yīng)氣量減少，壓縮機(jī)應(yīng)采取頂開吸氣閥+循環(huán)回流的流量調(diào)節(jié)方式。同時(shí)解決了高低載荷使用要求的矛盾。前期氣量大，壓縮機(jī)軸功率大，后期氣量減少，壓縮機(jī)所需驅(qū)動功率較小。燃?xì)獍l(fā)動機(jī)相比電動機(jī)有更好的驅(qū)動功率匹配效果，通過調(diào)節(jié)燃?xì)庀牧恳约鞍l(fā)動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，來適應(yīng)壓縮機(jī)軸功率的變化，杜絕了“大馬拉小車”的能量浪費(fèi)的情況。

3 結(jié)語

綜上所述，對該集氣站設(shè)置的增壓壓縮機(jī)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。