油井套管氣減排回收的綜合創(chuàng)新與應(yīng)用

宮艷紅 潘成旭 蘇建斌 劉永保 黃興鴻

（大港油田公司第三采油廠）

油田開發(fā)過程中，采油井伴生套管氣嚴禁外排，目前普遍采用油套聯(lián)通裝置將套管氣回收進油系統(tǒng)，通過地面管網(wǎng)匯集至聯(lián)合站，用于發(fā)電創(chuàng)效，但在實際生產(chǎn)操作過程中受諸多因素影響，“有率少量”的現(xiàn)象較為普遍，造成了套管氣回收效率低，資源浪費，作業(yè)易造成套管氣外排，導(dǎo)致環(huán)境污染[1-2]。因此，在實踐過程中研究套管氣回收技術(shù)及方法，解決回收裝置易失效、鼓包漏氣、凍堵及余氣回收問題顯得尤為重要[3-4]。

1 問題的提出

油套聯(lián)通裝置安裝率100%，套管氣實際回收量不足100%，主要體現(xiàn)油套聯(lián)通裝置的單流總成閥球易腐蝕結(jié)垢失效，壓緊彈簧斷并受腐蝕結(jié)垢影響壓緊力下降，單流功能不足，導(dǎo)致油氣倒灌；連接軟管老化、憋壓導(dǎo)致的軟管鼓包、開裂，回收量下降，安全環(huán)保風(fēng)險增加[4-6]。冬季套管氣攜水較高油井易出現(xiàn)軟管凍堵、憋壓，輕則影響回收，重則憋壓破裂；油井作業(yè)前準(zhǔn)備，當(dāng)套壓與油壓持平后，油套環(huán)形空間的剩余氣無法回收，被迫外排，安全環(huán)保風(fēng)險持續(xù)加劇，成為生產(chǎn)現(xiàn)場亟待解決的問題。為此，需要針對不同現(xiàn)狀，實施油井套管氣分類回收的措施及方法，消減油井伴生氣向外排放產(chǎn)生的環(huán)境污染風(fēng)險[7-8]。

2 套管氣潛力計算

為了更好的測算，由于油套聯(lián)通裝置單流功能失效、軟管線開裂、冬季凍堵以及壓差不足等原因造成無法回收的套管氣量，便于了解套管氣回收的潛力，利用玻瑪定律（在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓力成反比）來進行測算，以大港油田第三采油廠為例，計算套管氣回收潛力統(tǒng)計，見表1。

玻瑪定律計算公式：

按套管氣壓0.4 MPa，根據(jù)公式計算可得，套管氣體積為：

式中：P1為套壓，MPa-1；V1為套管氣體積，m3；P2為油套環(huán)空壓力，MPa-1；V2為油套環(huán)空體積，m3。

表1 套管氣增收潛力統(tǒng)計

套管氣回收具有較大的創(chuàng)效潛力，如何做到最大限度的利用，是目前低油價形勢下石油企業(yè)提質(zhì)增效、高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)[9-10]。

3 解決對策

依托TRIZ 創(chuàng)新理論，綜合分析研究，深挖關(guān)鍵問題，剖析套管氣增收潛力，確保套管氣顆粒歸倉，解決油田開發(fā)中套管氣回收不完全，排放污染風(fēng)險大，制約提質(zhì)增效工作等系列問題。

3.1 創(chuàng)新點

通過九屏圖、功能分析、物場模型等創(chuàng)新工具的利用，發(fā)散創(chuàng)新思維，聚焦關(guān)鍵問題，最終得出4個創(chuàng)新點：

1）創(chuàng)新了油套聯(lián)通裝置單流組件防腐蝕技術(shù)。對油套聯(lián)通裝置單流總成組件采用鍍鉻工藝進行優(yōu)化，增強配件的耐腐蝕性，大幅提高密封周期，解決單流組件因腐蝕產(chǎn)生坑洞、彈簧壓緊力不足引起失效的問題，大大減少生產(chǎn)運行成本和氣源浪費。

2）研發(fā)了油井套管氣回收硬連接裝置。主要針對氣量大、含水低的油井，防止失效、倒灌、堵塞后，導(dǎo)致的憋壓破損問題，通過將原裝置DN32的連接軟管改為DN65 的連接鋼管，增強連接段的強度與通徑，防堵治破裂，降低環(huán)境污染風(fēng)險。

3）研制了油井加藥收氣一體化裝置。主要針對套管氣攜水較高油井，采用管外套管、等壓密閉、過濾沉淀等方式，研制了加藥收氣一體化裝置，應(yīng)用后解決了冬季油套聯(lián)通裝置凍堵失效的同時，大幅降低員工單井加藥用時。

4）創(chuàng)建了油井套管擠替（抽取）工作方法。主要針對地層無漏失的井，采用摻水反替的方式，以水?dāng)y氣，將油套環(huán)形空間內(nèi)的余氣回收至系統(tǒng)；針對地層漏失嚴重、洗井無返出井，采用防爆收氣泵，回收油套環(huán)形空間余氣。通過以上創(chuàng)新點成果，實現(xiàn)油井套管氣量最大限度的回收，解決套管氣排放污染問題。

3.2 創(chuàng)新成果

截止目前，4 個創(chuàng)新點共形成4 項創(chuàng)新成果，全部在大港油田第三采油廠官17-25、段42-38-1等700余口油井的應(yīng)用并推廣，取得了良好的預(yù)期效果，實現(xiàn)了套管氣零排放零污染。

1）改進了一種防腐蝕單流配件。把“換整件改為換零件”，通過物資采購，更換鍍鉻閥球和彈簧，確保配件資質(zhì)可靠、安全達標(biāo)，實現(xiàn)自主替換，改變了油套聯(lián)通裝置一次性使用現(xiàn)狀，目前已應(yīng)用替換了25 套，解決配件腐蝕失效問題，延長了使用壽命，保證套管氣的連續(xù)回收。

2）研制了硬連接回收裝置。把“軟連接改為硬回收”，利用現(xiàn)有生產(chǎn)物資，包括鋼管、卡箍頭、彎頭等設(shè)計硬連接收氣結(jié)構(gòu)，代替原裝置軟連接管部分功能，目前已應(yīng)用了10 套，減少鼓包風(fēng)險，降低成本，消除套管氣泄漏風(fēng)險。見圖1。

圖1 硬連接回收裝置

3）油井加藥收氣一體化裝置。把“單功能改為多功能”，研發(fā)具有化學(xué)清蠟降黏與套管氣回收一體化功能的新裝置，優(yōu)化原收氣裝置的結(jié)構(gòu)，增加功能，目前已應(yīng)用了40 套，實現(xiàn)加藥、收氣操作功能的集成。

4）套管擠替（抽取）工作法。把“收不了改為可回收”，有效解決了故障油井壓差不足，套管氣回收困難的問題，首創(chuàng)了防爆抽氣泵增壓抽取和摻水反替以水?dāng)y氣的收氣思路，實現(xiàn)套管余氣的完全回收。

4 使用效果分析

通過以上成果，以“省”為出發(fā)點，能換不領(lǐng)新，從油套聯(lián)通裝置的配件檢修更換做起，到生產(chǎn)物資的修舊利廢，轉(zhuǎn)換連接方式和強度，再到集成新裝置的研制；以“擠和抽”為創(chuàng)新點，向油套環(huán)形空間的殘余氣體深入，以不放過一方氣的回收思路和決心，逐步實現(xiàn)油井套管氣的增收及創(chuàng)效。

4.1 經(jīng)濟效益分析

1）更換單流閥球。目前更換25 套，油套聯(lián)通裝置每套成本2 000 元，更換費僅5 元，節(jié)約油套聯(lián)通裝置費用約49 875 元，年累計增收氣量創(chuàng)收36 810元，創(chuàng)效86 685元。

2）更換硬連接聯(lián)通裝置。目前更換10 套，油套連通裝置每套成本2 000 元，單套硬連接成本700 元，節(jié)約裝置費用約13 000 元，年增收氣量創(chuàng)收14 724元，創(chuàng)效27 724元。

3）油井加藥收氣一體化裝置。南部油田目前推廣應(yīng)用40套，年累計增收氣量創(chuàng)收58 896元。

4）套管擠替（抽取）工作法，應(yīng)用656 井次，年增收氣量節(jié)能創(chuàng)效99 568元。

4 項成果研發(fā)和推廣，年實現(xiàn)累計創(chuàng)效27.29 萬元。

4.2 社會效益分析

開展套管氣綜合回收過程中產(chǎn)生的實際成果和工作方法，推廣應(yīng)用后創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益：劍指“零排目標(biāo)”。綜合公司內(nèi)部要求與地方行政監(jiān)管，認清環(huán)保形勢，聚力實現(xiàn)油井套管氣零排放；旨在“提質(zhì)增效”。花最少的錢，收最多的氣，規(guī)模開展油井套管氣回收治理工作，提高工作效率，降低勞動強度。行在“關(guān)鍵癥結(jié)”。瞄準(zhǔn)“單流失效、連接管堵、余氣回收”三項問題，有效解決并實現(xiàn)零散氣量的批量回收，提高生產(chǎn)運行安全性。意在“聚沙成塔”。通過高效組織團隊，編寫《套管氣分類回收指南》，讓更多員工學(xué)會分類回收的方式方法。

5 結(jié)束語

通過深挖油井套管氣回收潛力，攻關(guān)現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)不足，開展系列關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)創(chuàng)新，解決套管氣排放污染問題并回收利用，在大港油田范圍內(nèi)全面推廣，預(yù)計效益可達300余萬元，既為企業(yè)提質(zhì)增效、節(jié)能減排做出貢獻，也為環(huán)境保護積極作為，更為同行業(yè)套管氣回收利用提供了借鑒和指導(dǎo)。