劉濤（河南中拓石油工程技術(shù)股份有限公司）

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油井套管伴生氣收集裝置

劉濤（河南中拓石油工程技術(shù)股份有限公司）

偏遠地區(qū)油井伴生氣不易收集，多采用撬裝輕烴回收站的形式收集利用，但原料氣壓縮機使油井套管長期處于負壓狀態(tài)，加速了原油中的輕烴組份溢出，降低了原油中輕質(zhì)油的含量。因此，設(shè)計一種保持套管壓力的伴生氣收集裝置，具有氣液分離和使油井套管壓力保持在與大氣壓相當(dāng)?shù)墓δ?，裝置具有制造成本低、安裝維修簡單、無需動力源等優(yōu)點。

伴生氣；套管定壓；氣液分離器；輕烴回收

1　設(shè)計背景

油井套管伴生氣是隨著采油機工作的同時從油井套管中排出的天然氣[1]。對于地勢條件平坦、伴生氣較富集的油田，多采用與輸油管同時集輸或輔設(shè)專用的伴生氣集輸管道，建設(shè)大型天然氣處理廠集中加工[2]。而對于產(chǎn)油量低、伴生氣量相對較小的邊遠山區(qū)油井（對于撬裝站套管伴生氣量大于50 m3/d（標(biāo)況）時就有回收利用的價值），通常采用小型橇裝輕烴回收裝置，然后將回收的伴生氣部分用于發(fā)電設(shè)備自用，其余則處理成LNG或CNG外運。這種撬裝的處理站模塊化、集成性高，裝置易于搬遷，施工難度小，成本回收快，有利用環(huán)境保護[3]。

撬裝處理站集氣時通常在油井旁邊放置一個簡單的氣水分離罐，伴生氣經(jīng)過氣水分離罐后由原料氣壓縮機吸入到撬裝站，油井套管口長期處于負壓狀態(tài)，這種吸氣方式最大的好處是能保證油泵工作效率和整體機械效率，起到了增產(chǎn)節(jié)能的作用。現(xiàn)場使用中由于每個油井距離撬裝站距離不同，近處的相距幾百米，最遠可達十幾公里，致使每個油井套管負壓值差別較大，近處油井套管口負壓可達-0.05 MPa，較遠的油井套管口甚至是微正壓。當(dāng)套管處于負狀態(tài)時會促進輕烴從原油中加速溢出，影響原油的輕質(zhì)油的含量，負壓越大影響越大[4]。因此需要設(shè)計一種適用于偏遠油井能避免套管負壓，又能保證原料壓縮機正常吸氣的定壓裝置，既保證了采油生產(chǎn)又能回收伴生氣、保護環(huán)境。

2設(shè)計要求

◇裝置應(yīng)具有定壓、調(diào)壓的功能，保證套管壓力與大氣壓相當(dāng)；

◇裝置具有氣水分離功能，要考慮到有少量泥沙隨氣排出；

◇裝置不需電力源[5]，因有些偏遠油井是用汽油機做動力沒有電源；

◇裝置成本低，加工容易，安裝簡單。（偏遠地區(qū)多采用定期巡檢方式看守油井，偷盜現(xiàn)象時有發(fā)生）；

◇模塊化設(shè)計，體積小，方便運輸、安裝、維護；

◇裝置在異常情況應(yīng)具有一定的容錯性；

◇適用于排氣量在50 m3/d（標(biāo)況）以上的低產(chǎn)油井。

3　設(shè)計方案

伴生氣回收裝置包括氣水分離罐和定壓裝置2部分（圖1），氣水分離罐在前定壓裝置在后，伴生氣從氣水分離器進口流入從定壓裝置出口流出。

依據(jù)氣水分離罐的壓力表和壓縮機吸氣壓力調(diào)整定壓裝置上的彈簧，當(dāng)罐內(nèi)壓力超過大氣壓時定壓裝置自動打開，小于大氣壓時自動關(guān)閉。壓縮機吸氣壓力與輸氣管長度和壓縮機功能有關(guān)，因此定壓裝置彈簧只需調(diào)整1次，平時由采油工人定期檢查即可。

分離罐罐底部采用U型管結(jié)構(gòu)排水，U型管與罐底法蘭成一體，當(dāng)罐內(nèi)有泥沙時可定期拆下清理。當(dāng)罐內(nèi)液位高于U型管最大高度（H）時水就會從罐口自動流出，當(dāng)液位小于H時，罐內(nèi)的液體就起到水封和緩沖作用。

圖1　伴生氣回收裝置結(jié)構(gòu)

圖2　定壓裝置結(jié)構(gòu)

定壓裝置主要由外殼、閥芯、彈簧、壓蓋組成（圖2），當(dāng)分離罐壓力超過大氣壓時伴生氣從定壓裝置下部的錐形孔流入，經(jīng)過閥芯上的孔從出口流出。

4　異常情況

整套裝置在使用過程會出現(xiàn)以下幾種異常情況：

1）當(dāng)油井停止工作時，套管氣壓通常會變的很小，此時定壓裝置自動關(guān)閉。

2）當(dāng)套管氣壓力瞬時增大時，定壓裝置的流出速度增加，同時分離罐內(nèi)的液體會被壓出，罐內(nèi)液體起到緩沖作用；當(dāng)套管氣壓瞬時降低時，定壓裝置閉合，外部的空氣從U型管被吸入，向套管補充空氣。

3）當(dāng)原料氣壓縮機停機時，定壓裝置閉合，應(yīng)打開管路的放空閥門，否則分離罐壓力升高，伴生氣排出罐內(nèi)的液體并從U型管流出，排出的廢液需經(jīng)導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴軈R集到廢液池（罐）中。

5　結(jié)語

裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，運輸方便，維修可在現(xiàn)場進行等優(yōu)點。在伴生氣收集過程中初步分離氣中的水，裝置具有一定的容錯性。在異常情況下避免產(chǎn)生危險，適用于采用汽油機抽油無電力的油井。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境保護愈發(fā)重要，提高石油伴生氣利用率，特別是偏遠地區(qū)油井伴氣的采集和處理、將成為未來石油行業(yè)長期的研究課題。

[1]徐文慶.新型套管氣回收裝置研制與應(yīng)用[J].石油機械，2009，37（2）:81-82.

[2]許冬進，馬麗，程俊.油田伴生氣回收裝置現(xiàn)狀和分析[J].石油科技論壇，2010(4):29-33.

[3]王協(xié)琴.回收邊遠小油田放空天然氣的撬裝設(shè)計[J].天然氣技術(shù)，2007(2):72-75.

[4]林鑫，白劍鋒，曾萍，等.長慶油田采油井套管氣壓對油井產(chǎn)量的影響[J].石油天然氣學(xué)報，2013，35(1):117-120.

[5]韓兵奇，李連峰，高棟梁，等.油井套管氣控制裝置探討[J].石油礦場機械，2011，40(12):86-88.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.012

2015-10-30

（編輯 莊景春）

劉濤，工程師，2002年畢業(yè)于太原理工大學(xué)（機電專業(yè)），從事石油天然氣管道工程設(shè)備和工藝研究工作，E-mail：liutao@ztxf.com.cn，地址：河南省濮陽市勝利東路95號，457000。