大庆外围油田提高天然气利用率综合分析.pdf

试验 研 究 ， T e s t i n gR e s e a r c h 大庆外围油田提高天然气利用率综合分析 亓福香 大庆油田工程有限公司 摘要 大庆油田第九采油厂属于大庆 西部外围油田，共有龙虎泡、敖古拉等 1 7 个油 气田， 建有单井及 多井集气站 9 座 ，天 然气、油 田伴生气资源较 为丰富 截至 2 O 1 2 年底伴生 气量达 4 5 7 71 0 m ，气井气 4 6 2 3 1 0 m 。 。针对 大庆西部 外围油 田零散 ，个别油田套管气、伴 生气量 大，集输气管 网不完善等 问题 ，根据 不同油 气田特点 ，采取一 系列切实可行 、经济有效 的措 施 ，保证气井气生产 ，充分利用伴生 气资源。优化集气站工艺，针对单井集气站和 多井集气站 采取 不同的X - 艺，对使用年限长、工艺流程复杂的集气站进行改造 ，使气井安全平稳生产；综 合利用伴生 气资源，通过采用套管放气阀、完善 集气管 网、燃 气发 电及余热回收、天然气增压 等技术，有效利用和回收伴生气资源。 关键词 外 围油田 集气站伴生气措施 综合利用 D 0I 1 O． 3 9 6 9 ／ j ． i 9 S f1 ． 2 0 9 5 1 4 9 3． 2 0 1 4。 0 0 2． 0 0 4 采油 九厂已探 明石油地质储 量 2 ． 7 8 8 71 0 t 、 天 然气地 质储 量 6 0 ． 8 71 0 m ，含油 面积 1 2 0 5 ． 2 k m ，含 气 面积 7 2 ． 3 k m 。 到 目前 开 发 了龙 虎泡 、杏 西 、阿拉新等 1 7 个油气 田 区 ，截至 2 0 1 2 年底生 产伴生气4 5 7 71 0 m ，气井气4 6 2 31 0 m ，消耗 天然气 7 4 6 01 0 m 。共建有集气 站 9 座 ，其 中单 井集气 站 5 座 杜 4 0 2 、来 3 6 、塔 3 0 1 、古 3 1 、英 4 1 ，多井集气站 4 座 阿拉新集气站 、阿拉新 2 号 站集气站 、二站集气站 、新一集气站 。集输气管 网 从 杏 九 联 开 始 到 杏 西 联 、龙 一 联 、杜 4 0 2 、二 站 、阿拉新 、齐齐哈尔结束，形成一条主干线 ，又 有古 3 1 到龙一联 、塔 3 0 1 到主干线 、新店集气站到 主干线的支干线 ，还有龙一转到龙二联 ，龙二联到 龙 四转 ，龙一转到金腾到龙五转 的支线 ，形成 了一 条 相对 比较完 整 的北 部集 输 气 网络 ；南 部 由新 站油 田、新肇油 田和英4 1 气井形成南部气管 网。 1 气 田集气站工艺优化改造 大庆采油九厂在分布零散 、远离其他气井或集 气站的独立气井建设了 5 座单井集气站 ；在气井密 集 的气田区块建设 4 座多井集气站 。 1 ． 1 单井集气站 目前采油九厂单井集气站处理工艺均为气井来 作者 简介亓福 香 ，工程师 ，2 0 0 8 年毕业于大庆石 油学 院 油气储 运工 程专业 ，从事 油气集输设计 工作 ，地 址 黑 龙江省大庆 市让 胡路 区大庆油田工程有限公司油气集输室 ，1 6 3 7 1 2 。 气加 热 、节 流 、分 离 、甲醇 防冻外输 。以杜 4 0 2 1 9 8 5 年建设 集气站工艺优化改造 为例 ，该站设 计规模为 3 1 0 m ／ d ，实际能力为 2 ． 7 5 4 61 0 m ／ d 。 原 设 计 加 热 炉 为 2台 水 套 炉 4 1 ． 8 6 1 0 J和 8 3 ． 7 2 1 0 J 各 一 台 ，生 产 加热 和 采 暖加 热 分开 设 计 ，设备相对较多、管理点多，水套炉加热效率低 且需人工点火 ，运行费用高。老式发球筒投球端位 置高 ，需要在平台上操作 ，冬季时容易积雪 ，操作 不 方便 ，存 在 安全 隐 患 。而且 经过 2 0多 年 的运 行 ，设备 老 化腐蚀 严 重 ，影 响正常 生产 。 针 对存 在 的 问题 ，为 提高 天然 气 的利 用率 ，简 化集气站工艺 ，对杜 4 0 2 集气站进行改造。取消原 水套加热炉 和发球筒 ，新建 1 台 0 ． 1 MW 真空加热 炉 ，设双盘管 ，分别为气井来气加热和采暖伴热加 热 ；更换可直接在地面上操作的发球筒 ，将老化的 分离器更换为高效油气分离装置。改造后 ，管理点 减少 ，设备 自动化程度高且易于操作 ，降低了工人 劳动强度及运行费用 ；同时提高了加热炉效率 ，年 节省天 然 气 1 3 ． 51 0 m 。 1 ． 2 多 井集气 站 采油九厂多井集气站 中新一集气站 、二站集气 站 、阿拉新 2 号集气站 目前是湿气 冬季加甲醇防 冻 外输到阿拉新集气站 ，三甘醇脱水处理后给齐 齐哈尔市供气。 阿拉新气 田为九厂主力气 田，阿拉新集气站建 于 1 9 9 0年 ，主要承担 给齐 齐哈尔市 供气 的任务 ， J 2 0 1 1 年第2 期石油石化节能 I 9 试 验 弼奔 ， T e s t i n gR e s e a r c h 口供气 量 约 为 1 2 X 1 0 ～1 7 X 1 0 n l 。 阿拉 新 集气 站 原 设计处 罩9气 井 来 气 ，处 珲 规模 为 1 5 x 1 0 4 m ／ r 1 ，外 输 压 力 1 ． 1 MP a ， 气 井 来 气 压 力 为 3 ． 6～9 ． 0 M P a ，来 气 温度 l 5 。站外 集气 流程 为j管 伴热 流 程 ，站 内采用 两级 节 流 、两级 分 离 、气 波制 冷 的低 温分 离 T 艺 。 气波制冷I I 是利用天然气本身 的压力能 ，通过 膨胀产生激波和膨胀波 ，从而使天然气制冷。该站 气 波制 冷机 的设 计膨 胀 比为 31 ，即进 出 口压力 比 为 3l ，单 台处 理量 为 51 0 m ／ d 随着 生 产年 限 的延 长 ，原有 流程 出现 了一些 不适 应性 1 气 井 乐力下 降 ，最 低 的气井 乐 几下 降至 1 ． 7 MP a ，小 能 满 足 气 波 制 冷 机 的压 力要 求 ，气 波 制 冷机 及换 热 器停 运 。站 内处理 T 艺流 程 为 气井 来 气 一 流 降 压 一 一 级 分 离 一 二 级 分 离 一 调 乐 外 输 ，外 输 露 点 为 ⋯ 2 3。 ，冬 季 加 甲醇 防 冻 外 输 ，平 均 1 0 天加 一次药 ，每次加 药量 为 l k g 。 2 站 内部 分 阀 门老 化 严 重 ，多井 收 球 筒 不 能 l E 常 收球 ，存 在安 全隐 患 。 3 加 热 炉 热 效 率 降低 ，不 能 满 足 生 产 要 求 。 原 设计 是 3 台火 筒 式加 热 炉 ，建 于 1 9 9 0 年 ，其 中 2 台为 0 ． 5 8 M W ，用 于 站 内 、站 外 管 伴 热 ，另外 1 台 为 0 ． 2 9 M W ，用 于 站 内采 暖 。经 过 1 4 年 的运 行 ， 炉 体 腐蚀 严 重 ，保 温 层脱 落 严重 ，热效 率 只有 6 8 ％，没 有 液位 计 和 自动 熄火 保 护装 置 ，管 理 难度 增 大 。 4 站 内 天然 气 节 流 降 压 前 没有 加 热 升 温 ，节 流阀处经常形成冰堵 ，靠工人用热水解冻，操作难 度大 。 5 卡 十6 0 3 、l卡 十6 2 1 含油较 高 ，经 常使 分 离器 扑 雾 网堵 塞 。 针对上述 问题 ，对阿拉新集气站进行了优化改 造 1 。改造 中取消 原 3 台火 筒式 加 热炉 和 多井 收球筒 ，新建真空加热炉 ，外输采用三甘醇吸附脱 水 ；对含油高的气井 ，在加热之前先一级分离然后 再 加热 ，对压 力低 的气 井 不加 热直 接 节流 降压 ，对 加热升温程度不一致的气井 ，就高不就低 ，对低者 设加热旁通阀补充冷气调节分离器 的进 E l 温度 ；对 老化阀 门进行更换 ，将 多井收球筒改 为单 井收球 阀。同时对计量流程进行改进 ，将原 2台串联 的计 量分离器改为并联 ，增加 1 台湿气流量计 ，通过倒 流程可 以实现 2口井 同时计量 。 改造后 ，保证可以完成给齐齐哈尔市供气 的任 务 ，而且 自动化程度提 高 ，外输气露点小 于或等 l 1 { WWW． sy sh j n．corn 于一 2 0 ，不需 再 加 药 ，降低 了 r 人 劳动 强 度 ，提 高 了加热 炉效 率 ，节省 了天 然气 。 禽油 高的 井 r 分 离器 30 c 气井 ◆ 单管收球阀组 复合式真空炉r◆角式阀 L ．．．．．．．．．．． ．．． ． 5广 计 量 分 离 器 计 量 压 力 低 的 井 ’ 生产 分离 器 过滤 分离 器 三 甘醇 脱 水 ’ 调压 计量 外输 。℃ 调 压 自耗 图 1 优 化 改造 后 站 内 主要 工 艺 流 程 2 伴生 气资 源综合 利用 针 对外 同油 田零散 、集气 管 网不 完善 、天然 气 放 空 的 实 际 情 况 ，通 过 采 用 套 管 放 气 阀 、完 善 管 网 、天然气增压 、燃 气发电及余热 回收等技术措 施 ，有 效 利用 和 回收伴生 气 资源 。 。 2 ． 1 推 广使 用套 管放气 阀 ， 回收 油 井套 管气 为了充分回收油田伴生气 ，在井 口油套连通管 线上安装定压放气阀 ，用来 回收套管气 。套管放气 阀不仅 回收 了天然 气 ，避免 污 染环 境 ，而 日 ． 可 以 自 动控制套管压力 ，满足油 田开发需要。 套管 放气 阀主要 是 由弹簧 、压帽 、阀体 、阀 杆 、阀罩 、定压阀等组成 ，以套管压力为动力 ，当 套压 大 于油 压时 自动放 气 。随着 技 术 的发展 ，将 井 口工艺 的相关 阀门设计为一个组合设 备 ，即组合 阀 ，简化 了井 口工 艺 ，井 口T 艺设 备减 少 ，T 人 劳 动强度降低 。截至 目前 ，九厂共 安装套管放气 阀 1 9 3 5 套 ，占所有机采井的 9 0 ％，每年可回收天然气 61 5 1 0 m 。 2 ． 2 不断 完善 天然 气集输 管 网 ，减 少 天然气 放 空 在 油 田不 断开 发 过程 中 ，油 田伴 生气 产量 不 断 变化 ，已有的集输 网络不能满足油田天然气供需的 调 配需 要 ，造 成部 分 油 田伴生 气 放空 。 为此 通过 对 地面天然气集输系统整体优化，充分发挥已有地面 装置 、管 网的能 力 ，建设 湿 气集 输 管线 对 天然气 进 行联 网调 配 ，减 少天 然 气 的放空 ，提高 天然 气 资源 的利 用率 。 由于英 一转 、葡西 二转 所 产伴 生气 白用后 的 富 余伴生气均输送至葡西联 ，使葡西联天然气大量富 余放空 。为此新建 了葡西联至古 3 1 气井 的输气 管 线 ，完善北部集输气管网，使葡西联天然气进入 已 建集输气网络 ，实现天然气平衡及统一调配 、统一 管理，年可 回收天然气4 1 0 1 0 m 。 2 ． 3 利用增压装置有效解决天然气放空问题 由于集油 系统 回压 为 0 ． 2 MP a ，经过站 内气液 分离处理后的伴生气压力只有O ． 1 5～0 ． 2 MP a ，而已 建 气 井气 集 输 管 网 压力 为 1 ． 1 MP a ，导 致 富 余 伴 生 气无法进入管网，所 以在龙一转和葡西联各建一座 处 理 能力 为 21 0 17 1 ／ d 的天 然气 增 压装 置 ，将 天 然 气增压后进入输气管网，使富余放空的天然气得到 调配 使用 ，从而 减 少 了气井 产 气量 ，节省 了天然气 资 源 。 截 至 2 0 1 2 年 ，龙一转增压橇 累计 向干气管线 输 送天 然气 1 5 4 2 1 0 m 。 2 ． 4 采 用 燃 气 发 电和 余 热 回收 利 用 技 术 提 高 天 然 气 利 用率 针对外 围油 田零散 、天然气集输管 网不完善 ， 部分区块富余伴生气无法外输 ，而且一些零散区块 供电系统薄弱的问题 ，根据富余气量和电的供需情 况 ，采用燃气发 电和余热 回收利用技术 ，提高零 散 地 区天 然气 利用 率 ，同时解 决 电源不 稳 区块 的供 电问题 。 2 ． 4 ． 1 燃 气发 电技 术 在一 些 耗 电量 较 大而耗 气 量较 少 的 电加 热集 油 流程产能建设 区块 ，综合考 虑建设投 资和运行费 用 ，充分利用 自身能源，采用燃气发 电技术对伴生 气资源 白产 自消 ，所发 电量 用于油 田采输 系统供 电 ，当伴生气量不足时，采用 电网供 电，降低外购 电 量 ，节 省 用 电成 本 。截 至 2 0 1 2 年 ，敖 南 联 发 电 I 7 5 5 ． 4 1 0 k Wh ， 耗 气 5 I 31 0 I 1 1 ’ ， 节 省 电 费 7 6 8 ． 9 9万 元 ；齐 北 一 联 2 0 0 8年 1 2月 投 产 ，截 至 2 0 1 2 年累计发 电6 9 5 ． 31 0 k wh ，耗气 2 9 71 0 I I 1 。 在耗 气 量相 对 较大 的掺 水 流程 油 田， 由于夏 季 停运采 暖系统和实施低 温集输 ，伴生气富余放空 ， 为避免资源浪费，采用燃气发 电，解决伴生气放空 问题 。 在 电源不稳定 的油 田，采用橇装式燃气发 电站 作 为 备用 电源 ，实 现双 电源 供 电 以保 障油 田的正 常 生 产 。这 样 的 油 田主 要 有 阿拉 新 集 气 站 、阿拉 新 2 号 集气 站 以及新 店 中 间加热 站 ，当地 电源 异 常时 启 用 燃气 发 电 。 2 ． 4 ． 2 余 热 回收技 术 燃 气 发 电机 组 燃烧 1 I T I 天然 气 只有 约 3 5 ％被发 电机 组转 化 为 电 能 ，约 3 0 ％随废 气 排 出 ，2 5 ％被 冷 却 水带 走 ，通 过 机 身散 发等 其 他损 失 约 占 1 0 ％左 右 图 2 。为有效提高已有资源的利用率 ，实现能源 的梯级利用 ，减少损耗 ，采用了余热回收技术 ，回 收烟气所携 带的热量 。 目前九厂共建发 电机组 3 2 台 ，其中 1 8 台机组安装了余热 回收装置，将 1 I l l 天 然气创造的价值提高到 1 ． 2 8 元。 试验 研究 ， T e s t i n gR e s e a r c h J 3 5 ％ 发 电 - - 3 5 k W h 电 m 。天 然 气 一发 电 机 3 o ％ 废 气 余 热 回 收 3 k w 一樊 鬃 5 丑 、誓 一不 能 回 收 其 他 损 失 一 、 E 凹 新一联燃气发 电机组安装余热 回收装置 ，在供 暖期 的第 一 个 月 和 最 后一 个 月 采 用余 热 回收 供 暖 ， 停 运 真 空 加 热 炉 ，每 天 可 节 约 天 然 气 1 4 0 0 11 1 ；而 在气 温 比较 低 的 1 1 月 中旬 到 3 月 中旬 ，加热 炉 和余 热 回收 同时 运行 提供 采 暖 ，这样 每 天可 节省 天 然气 7 0 0 1T I 左右 ，年可 节 省天 然气 1 6 _ 8 1 0 m 。在 敖南 联 ，余 热 回 收 装 置 还 用 于 给 本 站 来 液 升 温 ， 由 4 0℃升到 5 8℃，回收的余热相当于 1 ． 0 MW的加热 炉供热 ，年可节约天然气 1 7 2 1 0 Il l 。全厂的余热 回收 装置 年可 节约 天然 气 2 9 3 ． 4 X l 0 1 1 1 。 3 天然气综合利用面临的 问题 对于 分布 零 散 的小 区块 油 田 ，规模 小 ，远 离管 输 系 统 ，依托 条 件差 ，开 发投 资 利用 困难 ，制 约 了 天然气的供给平衡 。这些小区块油田集输工艺采用 多 功 能合 一设 备储 油 ，单 井拉 油 或集 中拉 油 ，气 源 充足时采用燃气加热保温 ，富余时放空 ，不足时用 电加热 表 1 。 表 1套管 气 放 空 统 计 新 肇 油 田 2 0 0 0年 投 入 开 发 ，井 r ] 流 程 为 老 式 流程 ，2 0 0 6 年在 2 0口井安装 了套管放气阀 ，但是 目前还有 9 0口井套管气不能回收 ，直接排向大气。 由于站 内采暖炉冬运夏停 ，外输温度冬季高夏 季低 ，掺水量及掺水温度随季节的调节 ，使天然气 消耗 量 冬季 多 夏 季少 ，造 成部 分站 冬 季 自产 天然 气 不够用 ，需要补干气 ；而夏季富余放空 ，形成 了天 然气 产耗 季节 性 不平衡 ，见表 2 。 表 2 天 然气 产 耗 不 平 衡 统 计 九 厂油 田区块分散 ，虽然经过积 极探索 和努 力，已经形成 了南北区块的集输气网络 ，但还未覆 下 转第 1 6 页 口 l u 年 第 期石 油 石 化 节 能l 1 1 _姗 ⋯ ⋯ 4 ． 2 管线 改 造 将增压泵串联在注水罐和注水泵入 口之间 ，图 4 绿色线为改造过 的管线 。增压泵入 口与注水罐 出 口相连 ，增压泵出口与注水泵人 口汇管相连 。 4 ． 3 电缆改 造 图4 红色线为电缆改造部分 。由于高压注水泵 站 里有 低压 配 电室 ，可 以直 接将 低压 电缆连 接 至变 频 控制 柜 和增 压泵 电动 机 ；同时 ，将注 水 系统 的控 制信号与主控室相连 ，在主控室就可以设定增压泵 机组的频率 ，从而实现注水系统压力和流量的 自动 调 节 。 5 结论 1 增 压 泵 占地 面 积 小 ，不 需 要 新 建 变 频 室 ， 充分 利用 了塔 中现有 资 源 ，电缆 和管 线 改造 也 比较 简单 ，有效地降低 了投入成本。 2 增压泵机组供 电电压为 3 8 0 v，对 3 8 0 v电 压进 行 变频控 制 安全 可靠 。 3 增 压 泵 可 以 同时 给 多 台注 水 泵 入 口提供 压 力和流量 ，根据配注量的大小来选择增压泵。在主 控 室通 过设 定增 压 泵机 组 的频 率可 以实现 注水 压 力 和 流量 的 自动 调 节 。 4 采 用 P E P 技 术 与 注 水 泵 的减 级 相 配 合 ，可 以实现注水压力和流量的双向调节 。通过调节增压 泵机组频率几乎可以完全消除泵管压差 ，同时高效 的增压泵代替 了部分注水泵功率 ，节能降耗非常显 著，经济效益非常可观。 参 考文 献 [ 1 ]吴九 辅． 泵控泵 自动 化注水 泵站 系统 [ M ] ． 北京 石油 工 业 出版社 ， 2 0 0 7 2 0 8 - 2 1 0 ． [ 2 ]蔡娜 ． 离心 泵的串并联 [ J ]石油化 工应用． 2 0 0 9 ， 2 8 4 74 7 5． [ 3 ] 马强泵控泵技 术在海一联 注水系统 的应用 [ J ]承德石 油高等专科学校学报 ， 2 0 1 1 ， 1 3 1 2 5 - 2 8 ． [ 4 ] 吴九辅 压 流双控 自动 注水泵站系统研 究 [ J ]石油化工 应 用 ， 2 0 0 9 ， 3 7 5 1 9 - 2 2 ． 收稿 13期 2 0 l 3 - 0 9 1 3 上接 第 1 1页 盖整个油田区块 ，南北分布的两大区块不能相互调 配使用天然气 ，部分站存在天然气无法外输而放空 表 3 ；同时又有伴生气量小的站不能调用集输气 管 网天 然气 ，需要 用 电采 暖 。 表 3天 然 气 放 空 统 计 4认识 与建议 1 气 田集 气 工 艺 建设 时 ，对 分 布零 散 、远 离 已建设施的小区块建设单井集气站 ；对气井密集的 气 田区块建设多井集气站。集气站建设或改造时以 优化简化 、降低成本 、促进生产为原则 ，实现单井 轮换计量 、多井加热工艺。 2 继续挖 潜创新 ，配套 完善现有工艺 设施 ， 减少天然气放空 。在天然气利用上根据油田区块具 体特点 ，继续探索 “ 套管放气阀 、完善管网 、燃气 发电及余热 回收 、天然气增压”等技术对不同区块 ． i 1 6 1 w ww ． 5 ys h i n． c om 的适应性 ，减少天然气的放空 ，提高天然气的综合 利 用率 。 3 加大对零散小区块油 田伴生气 回收研究力 度 。建 小 型移 动式 燃 气燃 油发 电站 ，启用 时 用燃 油 发 电 ， 启 用 后 用 伴 生 气 发 电 ， 使 油 田 生 产 自给 自足 。 4 对季节性 天然气不平衡区块 ，加大冬季不 加热集输应用力度 ，减少冬季天然气消耗。 5 对新 肇 油 田未安 装 套 管放 气 阀的 9 0口井 安 装 组 合 阀或 者套 管放 气 阀 ，年可 回收套 管 气 约 ] 5 0 l O m 。 6 建 议 新 建 一 条 南 北 天 然气 调 配 管 线 ， 当区 域 用气 失衡 时 ，可 以调用 气 田气 。 参考 文献 [ 1 ]朱彻 ． 刘 润杰． 气波制 冷技术 在天 然气脱 水净化 1 一 程 中 的应用 [ J ] ． 制冷， 1 9 9 5 1 1 0 1 5 ． [ 2 ] 田玉凯， 王忠 民． 大 庆西 部外 同油 田天 然气综 合利 用研 究 [ J ] ． 油气 田地 面工程 ， 2 0 0 8 4 1 5 - 1 6 [ 3 ]王梦舜． 大庆油田气综合利用的现状与前景【 J ] ． 石油 天然气化 r， 1 9 9 3 3 1 3 5 - 1 3 9 ． 收稿 13期2 0 1 3 1 O - 2 1