一體化橇裝井組增壓裝置在蘇里格氣田的應(yīng)用

季長亮，王剛，郝紅麗，鄒遠(yuǎn)軍，劉銳，張林

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安710065；2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安710021）

一體化橇裝井組增壓裝置在蘇里格氣田的應(yīng)用

季長亮1，王剛2，郝紅麗2，鄒遠(yuǎn)軍2，劉銳2，張林2

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安710065；2.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安710021）

一體化橇裝井組增壓裝置主要由段塞流儲(chǔ)罐、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)和雙螺桿壓縮機(jī)組成，為了有效解決蘇里格氣田低壓低產(chǎn)氣井生產(chǎn)集輸問題，提高氣田最終采收率，設(shè)計(jì)了此套設(shè)備，該設(shè)備具有“氣液混輸、無人值守、獨(dú)立運(yùn)行、智能保護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)視、輪換使用”等六項(xiàng)功能，同時(shí)創(chuàng)新了三個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：（1）驅(qū)動(dòng)裝置燃料采用井口天然氣，不需要外部電力或燃料，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組獨(dú)立運(yùn)行；（2）裝置創(chuàng)新采用噴油雙螺桿壓縮機(jī)+電動(dòng)泵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)原料氣和采出水同時(shí)增壓、氣液混輸；（3）裝置自成系統(tǒng)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)上傳，故障自動(dòng)停機(jī)及自鎖、可實(shí)現(xiàn)智能管理。隨著該裝置的試驗(yàn)成功，為蘇里格氣田提高低產(chǎn)低壓氣井最終采收率提供了一套有效解決方案。

氣井；螺桿壓縮機(jī)；撬裝；增壓；采收率

隨著蘇里格氣田開發(fā)時(shí)間的延長，單井油套壓、產(chǎn)量逐步下降，氣井積液情況越來越嚴(yán)重，隨著開發(fā)時(shí)間的繼續(xù)，低產(chǎn)低效井比例越來越大，如何合理有效的利用低產(chǎn)低效井，提高氣井利用率，是保證氣田穩(wěn)產(chǎn)的重要問題［1，2］。

本文介紹一種能夠用于井口的井組增壓撬裝裝置，該成橇機(jī)組主要由動(dòng)力部分、壓縮部分、分離部分、排氣部分、自動(dòng)控制等組成。能夠有效降低氣井井口壓力，增大油套壓差，從而提高氣井產(chǎn)量和氣井?dāng)y液能力，增大管線流速，減少管線水合物形成機(jī)濾等效果。

1　工藝流程及主要設(shè)備功用技術(shù)參數(shù)

1.1平面布置及工藝流程

平面布置：井組集成增壓裝置平面占地范圍：10 m ×7.5 m。鐵柵欄圍墻規(guī)格為：10 m×7.5 m×1.5 m。

增壓流程：井組集成增壓裝置對采氣干管來氣進(jìn)行增壓，井組增壓裝置出口設(shè)置孔板流量計(jì)，計(jì)量后再輸往集氣站。

工藝流程：干管來氣經(jīng)過調(diào)壓器調(diào)壓后進(jìn)入段塞流儲(chǔ)罐進(jìn)行段塞分離，進(jìn)入進(jìn)氣分離器分離，分離后的氣體經(jīng)螺桿壓縮機(jī)壓縮，然后經(jīng)油氣分離器（機(jī)油和天然氣）分離后計(jì)量外輸（見圖1）。

圖1　一體化橇裝井組增壓裝置工藝流程示意圖

1.2主要設(shè)備

該成橇機(jī)組主要設(shè)備包括：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)主機(jī)、段塞流處理系統(tǒng)、進(jìn)氣分離系統(tǒng)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、油路潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)、箱體及所有必須的輔助設(shè)備，如入口電動(dòng)控制切斷閥、入口分離器、工藝氣系統(tǒng)、緊急放空閥、安全閥、止回閥、進(jìn)出口及管路系統(tǒng)多個(gè)手動(dòng)旋啟式閥門、各種儀表、控制盤及與主橇的電纜配管配線、機(jī)組啟動(dòng)卸載系統(tǒng)、保留與中央控制室進(jìn)行衛(wèi)星通訊聯(lián)系的RS485接口、專用工具和備件（見表1）。

表1　井組集成增壓裝置主要設(shè)備表

1.3螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

螺桿式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，該機(jī)組為單級雙螺桿壓縮機(jī)，主要由氣缸、陽轉(zhuǎn)子、陰轉(zhuǎn)子、迷宮密封、機(jī)械密封、軸承、同步齒輪等組成，主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)（見表2）。陰、陽轉(zhuǎn)子水平且平行配置在氣缸體內(nèi)，在陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子上的排氣端外側(cè)裝有止推軸承，承受由吸入和排出壓力差而產(chǎn)生的軸向推力，在吸入側(cè)和排出側(cè)的軸承與螺桿轉(zhuǎn)子間設(shè)有軸封裝置，防止軸承潤滑油漏入氣缸和氣缸內(nèi)氣體向外泄漏。在陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子吸氣端外側(cè)均設(shè)有同步齒輪，其速比與螺桿轉(zhuǎn)子速比相等，依靠軸承支撐和同步齒輪厚薄片的調(diào)整使陰陽轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子外圓與氣缸體間及轉(zhuǎn)子端面與氣缸端面間均保持極小間隙，工作時(shí)互不接觸。為了減少氣體從二轉(zhuǎn)子間和轉(zhuǎn)子與殼體之間的泄露，在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)向工作腔內(nèi)噴進(jìn)一定數(shù)量的潤滑油，在提高氣密性的同時(shí)潤滑齒面，降低排氣溫度和噪聲。

螺桿壓縮機(jī)屬容積式壓縮機(jī)，工作原理和往復(fù)式壓縮機(jī)相同，靠一對相互嚙合按一定傳動(dòng)比反向旋轉(zhuǎn)的陰陽轉(zhuǎn)子，在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期性的容積變化來完成吸入、壓縮、排出介質(zhì)的過程，螺桿壓縮機(jī)內(nèi)氣體流動(dòng)方向（見圖2），吸氣口及排氣口兩者幾乎成對角線，但實(shí)際進(jìn)排氣方位為上進(jìn)上排形式。螺桿壓縮機(jī)的壓力比取決于螺桿的長度和外形以及排氣口的形狀（見圖3）。

圖2　雙螺桿壓縮機(jī)氣體流動(dòng)方向示意圖

圖3　壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力與氣量對應(yīng)關(guān)系曲線

1.4一體化橇裝井組增壓裝置主要功能介紹

1.4.1氣液混輸干管來氣經(jīng)過段塞流儲(chǔ)罐和進(jìn)氣分離器分離出天然氣中的液體，對段塞流儲(chǔ)罐和進(jìn)氣分離器不同液位設(shè)置三個(gè)液位傳感器（低液位、高液位、高高液位），當(dāng)段塞流儲(chǔ)罐和進(jìn)氣分離器有一個(gè)液位達(dá)到高液位時(shí)安裝在螺桿壓縮機(jī)出口的離心泵啟動(dòng)，將液體泵入螺桿壓縮機(jī)出氣管線中，當(dāng)段塞流儲(chǔ)罐和進(jìn)氣分離器兩個(gè)液位都低于低液位時(shí)，離心泵停止工作。

該裝置創(chuàng)新采用噴油雙螺桿壓縮機(jī)+電動(dòng)泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了天然氣和采出水同時(shí)增壓、氣液混輸。

1.4.2設(shè)備實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)視、無人值守該裝置動(dòng)力部分采用卡特發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用24 V電池啟動(dòng)，燃料采用井口天然氣，不需要外部電力或燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)對螺桿壓縮機(jī)提供動(dòng)力，同時(shí)對設(shè)備自動(dòng)控制部分提供電力，電池自充電等，設(shè)備潤滑后的機(jī)油經(jīng)過管線可對段塞流儲(chǔ)罐進(jìn)行加熱，同時(shí)壓縮機(jī)出口的風(fēng)扇將出氣盤管的熱風(fēng)吹至段塞流儲(chǔ)罐室，可實(shí)現(xiàn)段塞流儲(chǔ)罐的雙加熱作用，防止儲(chǔ)罐因排液不及時(shí)發(fā)生凍堵，實(shí)現(xiàn)機(jī)組獨(dú)立運(yùn)行。

通過遠(yuǎn)程傳送，將井口設(shè)備運(yùn)行參數(shù)傳送至站內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守。

1.4.3設(shè)備智能保護(hù)當(dāng)設(shè)備故障停機(jī)后，進(jìn)氣切斷閥自動(dòng)關(guān)閉，設(shè)備自動(dòng)泄壓，并將罐內(nèi)液體排泄干凈，避免設(shè)備冬季運(yùn)行時(shí)發(fā)生凍堵，同時(shí)設(shè)備自帶旁通（帶單流閥）可實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)切換功能。自帶PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自成系統(tǒng)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)上傳，故障自動(dòng)停機(jī)及自鎖、可實(shí)現(xiàn)智能管理。

表2　螺桿壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2　增壓裝置的現(xiàn)場應(yīng)用情況

2.1現(xiàn)場試驗(yàn)情況

2.1.1干管及單井情況將橇裝井組增壓裝置各項(xiàng)工藝參數(shù)和各條干管的壓力及氣量進(jìn)行對比后，將該裝置放置于蘇東R站2號干管蘇東R-1井場。

該條干管（見表3）于2009年3月投產(chǎn)，共連接單井9口，單井平均套壓9.5 MPa，平均配產(chǎn)0.25×104m3/d，總氣量2.2×104m3/d。

表3　蘇東R站2號干管單井?dāng)?shù)據(jù)表

2.1.2裝置嚴(yán)密性試壓試驗(yàn)方法：將橇裝增壓裝置壓力充至1.2 MPa，穩(wěn)壓30 min驗(yàn)漏，當(dāng)穩(wěn)壓期間壓降小于0.1 MPa為合格；當(dāng)壓降大于0.1 MPa時(shí)，查找漏點(diǎn)進(jìn)行整改，直至無漏點(diǎn)為合格（見表4）。

表4　井組集成增壓裝置投產(chǎn)前試壓記錄

2.1.3PLC控制系統(tǒng)能保護(hù)及遠(yuǎn)傳測試通過對該撬裝設(shè)備控制系統(tǒng)和集氣站站控系統(tǒng)程序及協(xié)議聯(lián)調(diào)、測試等，PLC控制系統(tǒng)對機(jī)組實(shí)現(xiàn)了參數(shù)顯示，設(shè)備自啟停等功能，站內(nèi)系統(tǒng)新增界面實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能（見表5），具備無人值守條件。

表5　天然氣壓縮機(jī)組控制內(nèi)容列表

人為停機(jī)后，該設(shè)備自動(dòng)切斷系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，并且自動(dòng)將設(shè)備內(nèi)液體排除，但是，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)段塞流高液位停機(jī)時(shí)，設(shè)備未能將段塞流儲(chǔ)罐內(nèi)液體排凈，導(dǎo)致段塞流儲(chǔ)罐內(nèi)出現(xiàn)了凍堵，將儲(chǔ)罐拆開清理完冰后啟機(jī)。

2.1.4氣液混輸及段塞流儲(chǔ)罐處理能力實(shí)驗(yàn)該段塞流儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)有一個(gè)水位開關(guān)，當(dāng)段塞流的流量達(dá)到水位開關(guān)動(dòng)作條件時(shí)，水位開關(guān)就會(huì)向PLC發(fā)送信號，同時(shí)啟動(dòng)水泵排水，并關(guān)閉壓縮機(jī)的進(jìn)氣口，此時(shí)壓縮機(jī)處于進(jìn)排氣內(nèi)循環(huán)狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然處于工作狀態(tài)并保持提供水泵動(dòng)力。根據(jù)供水泵可能的段塞流參數(shù)：0.5 m3水/10 000 m3天然氣，經(jīng)過計(jì)算則可得出最大段塞流為1立方米/次，按要求最大設(shè)計(jì)段塞流容量為0.15立方米/次，則確定水泵的規(guī)格為50 L/min。段塞流的儲(chǔ)罐高1 500，直徑600，DN150管徑（見表6）。

表6　段塞流處理記錄

通過表6可以看出，段塞流較大時(shí)無法及時(shí)排除段塞流儲(chǔ)罐內(nèi)液體，導(dǎo)致設(shè)備高液位停機(jī)，并容易引發(fā)設(shè)備故障，段塞流儲(chǔ)罐處理量有限。

2.2現(xiàn)場試驗(yàn)存在的問題

2.2.1段塞流處理實(shí)際應(yīng)用不成熟段塞流，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是段塞流罐容積為1 m3，當(dāng)螺桿泵抽吸遇到段塞流時(shí)干管進(jìn)液量＞1 m3，這樣造成停機(jī)頻繁；二是排液管線DN35太細(xì)，進(jìn)氣管線為DN80，這樣導(dǎo)致分離出來的液體不能及時(shí)排出；三是段塞流罐集中排液造成下游管線的堵塞。

2.2.2主要參數(shù)范圍考慮太狹窄設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)范圍考慮的太窄，如：進(jìn)氣壓力最高0.34 MPa，出氣壓力最高1.32 MPa，在現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)，蘇東11站平均進(jìn)站壓力1.2 MPa，一般情況下設(shè)備安裝點(diǎn)壓力≥1.2 MPa，參數(shù)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場的矛盾是導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行的原因之一（見表7）。

表7　干管壓力高無法啟機(jī)記錄表

2.2.3設(shè)計(jì)安裝存在缺陷（1）在設(shè)計(jì)時(shí)將進(jìn)口管線設(shè)計(jì)為DN80，出氣管線設(shè)計(jì)為DN50，在出氣管線氣液混輸或者遇到段塞流時(shí)，易造成壓縮機(jī)壓力升高停機(jī)；（2）設(shè)計(jì)時(shí)未在干管上增加旁通管線，致使設(shè)備維修耗時(shí)，同時(shí)影響氣井生產(chǎn)；（3）電瓶啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)和低功率的電伴熱不利于設(shè)備的野外使用；（4）停機(jī)時(shí)段塞流排污直接設(shè)計(jì)排放至現(xiàn)場，造成環(huán)境污染。

3　結(jié)論

（1）一體化撬裝井口增壓裝置總體設(shè)計(jì)、制作思路良好，利用效率損失較小的螺桿壓縮機(jī)來代替往復(fù)式壓縮機(jī)是提高管輸能力的有效措施。但是缺乏對現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境和約束條件的考慮。

（2）該設(shè)備運(yùn)行過程中主要存在段塞流處理和工藝管線上缺陷，是下步改進(jìn)的主要方向。

（3）該設(shè)備的大力推廣，還需在降低成本上想辦法，如主要設(shè)備國產(chǎn)化等。

［1］曹建華.雙螺桿空氣壓縮機(jī)工作原理與故障處理［J］.德州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，（7）：251-252.

［2］王蓮芝.螺桿式空壓機(jī)機(jī)油乳化分析［J］.城市軌道交通研究，2012，（10）：93-95.

TE934.2

A

1673-5285（2016）09-0090-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.023

2016－07-20