東海某氣田降壓生產方案的規劃和實施

劉俊陽(中海油能源發展裝備技術有限公司上海分公司，上海 200335)

0 引言

東海某氣田部分生產井進入中后期生產，產能下降較快。為了延長各生產井壽命，提高采收率，需要對目標氣田生產系統進行降壓操作，以提高低產低效井產能。根據實際產能及現場情況，選用匹配的天然氣壓縮機，同時對目前主工藝流程進行優化，實現多口低產井共用壓縮機，為周邊油田降壓增產提供新模式、新思路。

1 降壓潛力分析

1.1 平臺生產概況

某平臺原主工藝流程：單井產氣經生產/計量管匯后進入生產分離器進行油、水、氣三相分離，分離的氣相進入海管外輸；分離的水相進入水力旋流器做進一步處理，達標后直接排海；分離的油相進入閉式排放系統。

表1 平臺各井油嘴前的壓力和產量

表2 主要設備操作參數

從表1可以看出，C1井和C8井由于產氣量和產液量較小，油壓較低，已不具備降壓空間，暫不考慮降壓生產。主要設備操作參數如表2所示。現在C6井的油壓相對較低，已經接近目前生產分離器的操作壓力4 000 kPaG。根據油藏信息，C6井水體能量不是很強，所以油壓下降較快，后期出水量大幅增加的可能性不大；C3井油壓保持水平好，水體能量可能相對充足，目前產水持續上升，估計后期可能會達到50～100 m3/d水平；C9后期大量產水的概率相對較低。所以，根據對工藝處理系統設計處理流程和目前實際操作的對比，優先考慮對C6井實施單井降壓，降低C6單井操作壓力。未來根據油藏數據，結合實際生產需求和降壓生產效果，逐步的對C9、C3實施降壓生產。

2 流程方案

根據潛力分析，流程改造將采用單井降壓與多井降壓改造模式相結合，降低單井或多口井的流程背壓，釋放氣田產能，然后利用增壓設備，將低壓井產氣增壓外輸。

實施單井降壓，氣量一定的情況下，隨著壓力的下降，輸氣管線管徑閥門尺寸逐漸增大，勢必會增加投資成本，根據API RP14E 規范對單相氣體流速要求，流速按18.3 m/s進行反算，C6井單井產氣按50 000 Sm3/d(考慮2.0波動系數)，操作壓力在1 400 kPaG、1 000 kPaG、500 kPaG三種工況下計算管徑分別為7.62 cm、7.62 cm、10.16 cm。綜合考慮，現階段考慮3吋管線作為降壓改造輸氣管線。C6單井降壓具體流程，單井物流從油嘴后出油管線引出，油水氣首先進氣液分離器，進行第一次氣液分離器，脫出多余水分，滿足壓縮機進氣含水量要求。分離低壓氣進入天然氣壓縮機，增壓后與其他高壓井匯合進入生產分離器，分離的油經凝析油泵增壓后進生產分離器。項目實施階段，又對上述流程進行了優化，保留氣/液進生產分離器的常規流程外，增加了天然氣壓縮機和凝析油泵直接進外輸海管的流程，一方面提高了流程的靈活性，同時在生產分離器出現應急關斷的情況下，C6井可以正常生產外輸，降低產氣量損失。

3 設備選型

3.1 氣體組分

即各組分物理化學性質等。井口物流組分的變化不僅影響工藝流程和壓縮機選型設計，同時還影響發動機的性能表現。

3.2 供氣量

即用戶要求處理的氣體體積，通常用單位時間內標準狀態下壓縮機處理的氣體容積表示，單位為Sm3/h。供氣量不能直接用于設計計算壓縮機的尺寸大小，需要將其換算成“容積流量”。所謂容積流量，系指壓縮機末級排出的氣體數量，折算到進口狀態時的壓力與溫度下的氣體容積，并加上壓縮過程中分離掉的水分與洗滌掉的無用組分[1]。

3.3 進氣壓力與進氣溫度

壓縮機進氣壓力與進氣溫度隨著上游工藝條件發生變化，在設計時需要選擇合適的設定值。進氣溫度一般要求控制在烴露點以上。

3.4 排氣壓力

壓縮機末級排出氣體的壓力，即壓縮機下游流程之背壓。作為外輸壓縮機時，排氣壓力相對較高。

3.5 排氣溫度

需要嚴格限制壓縮機排放溫度，主要原因包括：不飽和烴類氣體溫度高時會發生裂解；腐蝕性氣體溫度高時腐蝕性增強；高溫下潤滑油性能惡化，并可能在排氣閥及活塞環上結焦積炭，甚至在排氣管道內沉積；無油潤滑的往復式壓縮機，其活塞環、填料等均采用自潤滑有機材料，工作溫度不宜過高。井口典型物流組分如表3所示。C6物流典型參數如表4所示。

表3 井口典型物流組分

表4 C6物流典型參數

分析該項目典型井口的天然氣組份數據可知，甲烷值含量最高為87.43%；同時該天然氣中含有一定比例的重烴、二氧化碳和水。在壓縮機選型模擬計算時需要充分考慮這些因素的影響。

表5 工藝專業提供的典型年份處理量

根據允許的排氣溫度、氣缸壓縮比以及工作效率來確定壓縮級數。假定所有級壓比相同，實際設計中，低壓級壓比配置稍高、高壓級壓比配置稍低將有利于提高機組整體性能。往復式壓縮機設計參數：處理能力：5.0×104Sm3/d；壓縮級數：2級。

根據表5典型年份壓縮機處理量可以看出，單臺壓縮機二級壓縮運行可滿足生產需求。壓縮機入口壓力在0.5～1.4 MPaG之間波動，出口壓力受下游管網壓力影響，現階段出口壓力調整基本維持在4.5 MPaG。

設計階段參照的天然氣組分數據很可能與實際情況存在一定差異。設計者需要實時了解組分變化情況，以便對壓縮機組進行必要的調整，始終滿足增壓需求。若進口氣體夾帶液滴，會造成液擊，損壞機器，影響壓縮機正常運行，通過對C6井口典型年份物流組分的分析，含水量波動較大，產液量較大時，壓縮機無法正常穩定運行，需要在壓縮機上游增加氣液分離裝置，通過氣液分離，將多余的水分脫除，達到滿足壓縮機進口含水量要求。氣液分離器按立式兩相分離器計算，根據氣體流速法計算，氣液分離器處理液量按300 m3/d，充分考慮未來產液量的增大，滿足壓縮機正常運行要求。經計算，氣液分離器尺寸為Ф700 mm×2 400 mm。氣液分離器進口管線設置預留口，為將來其他低壓井的接入提供接口條件，氣液分離器設置旁通管線和閥門，含液量低的井口物流可通過旁通管線直接進往復式壓縮機[2]。

4 現場實施

2019年，嚴格按設計要求完成了現場的設備安裝和管線連接，投產兩年多以來，取得了預期的增產效果?，F場安裝好的往復式壓縮機撬及氣液分離裝置(如圖1所示)。

圖1 氣液分離裝置

5 結語

通過對井口物流組分、產量的分析，選擇滿足降壓生產的往復式壓縮機作為降壓改造的核心設備，同時考慮進口組分夾帶液滴，在壓縮機之前安裝氣液分離裝置，現場實施后提高了產氣量，施工時還預留了其他低產井的接入口，為將來多井共用壓縮機提供了可行性，達到了預期的穩產、增產效果。