增壓站與上下游井站的相互影響研究

鐘興偉 張劍 陳小明

摘 要：為提高氣田采收率，通常在氣田低壓生產(chǎn)階段采取增壓上產(chǎn)措施。增壓站的投運(yùn)雖然提高了產(chǎn)能及采收率，但是安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)也有所提高，增壓站與上游井站、與下游場站的平穩(wěn)運(yùn)行，是確保整個(gè)開采工藝流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，值得重視。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)組;壓力;負(fù)荷;堵塞;故障

中圖分類號：TE934文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-1064（2021）07-109-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.053

1 增壓開采工藝

壓縮機(jī)的用途比較廣泛，氣田開采主要是用于增壓開采及氣田注氣。增壓開采是借助壓縮機(jī)通過增加天然氣的內(nèi)能，從而提高氣井生產(chǎn)壓差及其帶液能力，達(dá)到挖潛增效目的的一種油氣田開發(fā)手段。通常使用的是往復(fù)式活塞壓縮機(jī)組。

對于壓縮機(jī)而言，其處理的原料氣氣質(zhì)、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、排氣溫度、排氣壓力、處理量等參數(shù)，都會把壓縮機(jī)限制在一定范圍內(nèi)運(yùn)行。

2 壓縮機(jī)組對上下游場站的影響

對于單井增壓措施，增壓機(jī)的運(yùn)行情況變化只是對局部有明顯影響，對于氣田全局的影響較小，因此文章僅分析集中增壓導(dǎo)致的影響。

2.1 工況變化

壓縮機(jī)組在正常運(yùn)行中，其轉(zhuǎn)速基本固定在額定轉(zhuǎn)速的80%～90%之間，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍最大也就是10%額定轉(zhuǎn)速，對排氣量以及進(jìn)氣壓力、排氣壓力的影響相當(dāng)小，所以對上下游場站的影響可以忽略不計(jì)[1]。

單雙作用、串并聯(lián)、缸徑等工況的變化對壓縮機(jī)排氣壓力影響則較小，對壓縮機(jī)組處理量和進(jìn)氣壓力影響較大，因此此類工況調(diào)整應(yīng)及時(shí)通知上下游井站。

2.2 潤滑油影響

壓縮機(jī)組壓縮缸采用強(qiáng)制潤滑方式，注油器強(qiáng)行將潤滑油推入壓縮缸內(nèi)潤滑，潤滑后的潤滑油無法回收，混入了原料氣當(dāng)中。如果潤滑油量過大，過多的潤滑油進(jìn)入管線，會降低管網(wǎng)輸送效率，進(jìn)入下游端的脫水站，會污染脫水劑（常見的是污染三甘醇），較多的潤滑油也會影響計(jì)量的準(zhǔn)確性。所以，壓縮缸的潤滑油量要嚴(yán)格按要求通過計(jì)算后調(diào)整。

壓縮缸的潤滑油量由缸徑、沖程、轉(zhuǎn)速、壓力決定，過多的潤滑還可能引起積碳而降低排氣閥的壽命。

2.3 壓縮機(jī)故障

氣閥損壞、活塞環(huán)磨損過大等故障，都會導(dǎo)致處理量降低、排氣溫度升高等現(xiàn)象，如不及時(shí)排除，則導(dǎo)致上游端管網(wǎng)壓力升高，氣井帶液能力變差，氣水同產(chǎn)井有被水淹的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，如果上游端管網(wǎng)壓力升高較多，可能會導(dǎo)致上游端安全閥起跳。冷卻器故障也會導(dǎo)致排氣溫度高，排氣溫度的升高會導(dǎo)致下游井站產(chǎn)生較大安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

3 上游井站對壓縮機(jī)組的影響

3.1 設(shè)備故障

上游端管網(wǎng)設(shè)備，排污閥、放空閥關(guān)閉不嚴(yán)，控制閥未全開等故障，都會導(dǎo)致壓縮機(jī)組吸氣壓力降低，從而使壓縮機(jī)組壓比和排氣溫度升高。壓比升高后，活塞桿桿負(fù)荷增加，有超負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)。

若遇到上游管線或設(shè)備出現(xiàn)爆裂情況，大量原料氣泄漏，則壓縮機(jī)組進(jìn)氣壓力會迅速下降，機(jī)組負(fù)荷迅速上升。如果壓縮機(jī)組未設(shè)置進(jìn)氣壓力過低連鎖保護(hù)自動停機(jī)，或連鎖保護(hù)自動停機(jī)失效，則壓縮機(jī)組會出現(xiàn)超負(fù)荷停機(jī)、活塞桿斷裂、氣閥損壞等嚴(yán)重故障。如果吸入了空氣，則會發(fā)生燃燒、爆炸等事故。

3.2 原料氣氣質(zhì)

往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組處理的原料氣絕大多數(shù)都是濕氣，原料氣含液量會影響潤滑效果，含液越多則潤滑效果越差，會加劇壓縮缸磨損。原料氣中的液體或泡沫，會導(dǎo)致氣閥閥片在起閉過程中產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，氣閥閥片與彈簧易損傷。所以，上游端過濾分離、消泡、排污的效果直接影響壓縮機(jī)組的工作效果。如果排污不及時(shí)，較多液體進(jìn)入壓縮缸，則可能導(dǎo)致壓縮缸頂缸，活塞桿、曲軸、連桿等部件發(fā)生變形，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。此外，氣質(zhì)較差的原料氣也加劇了冷卻器管束的腐蝕，冷卻器管束易穿孔泄漏。

3.3 工藝作業(yè)

上游端進(jìn)行開關(guān)井、清管等作業(yè)對壓縮機(jī)組影響較大，需要及時(shí)通知增壓站及下游場站，使增壓站人員加密排污，避免過多的氣田水進(jìn)入壓縮缸。同時(shí)，要密切關(guān)注進(jìn)氣壓力變化情況，如果壓力下降較快，則說明上游管線有堵，應(yīng)及時(shí)卸載空負(fù)荷待命運(yùn)行。

開關(guān)井作業(yè)會導(dǎo)致壓縮機(jī)組進(jìn)氣壓力波動較大，相對于整體式壓縮機(jī)組，應(yīng)及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速，并利用工況軟件及時(shí)計(jì)算工況是否能適應(yīng)。如果超范圍，則上游合理控制產(chǎn)能或者壓縮機(jī)組更改工況。

清管作業(yè)通常需要增壓機(jī)提高處理量，盡量使進(jìn)氣壓力處于較低狀態(tài)，以提高清管器或清管球的通過能力。清管器或清管球運(yùn)行波動會導(dǎo)致壓縮機(jī)組進(jìn)氣壓力波動比較明顯，整體式壓縮機(jī)組需要隨時(shí)觀察并合理調(diào)整轉(zhuǎn)速，同時(shí)要注意加強(qiáng)排污以避免氣田水及較多雜質(zhì)進(jìn)入壓縮缸。

3.4 液體影響

部分上游端管線在低洼處容易產(chǎn)生積液，過多的積液會形成堵塞，壓縮機(jī)組進(jìn)氣壓力會降低。當(dāng)降低到一定程度后，積液被前端的氣體推動，帶進(jìn)增壓站，就可能會導(dǎo)致壓縮機(jī)組分離器液位高聯(lián)鎖停機(jī)。冬季較冷的地區(qū)，積液和氣田水污物都容易形成管線凍堵，增壓機(jī)進(jìn)氣壓力會不斷下降直至進(jìn)氣壓力低聯(lián)鎖停機(jī)或超負(fù)荷停機(jī)，很可能會導(dǎo)致活塞桿、連桿、氣閥等損壞。

3.5 氣井產(chǎn)能變化

隨著氣井被迫進(jìn)行增壓開采，氣井壓力下降速度較快，產(chǎn)能降低。壓縮機(jī)組進(jìn)氣壓力隨之降低，當(dāng)壓比較大時(shí)，則壓縮機(jī)組要及時(shí)調(diào)整工況。

4 下游場站對壓縮機(jī)組的影響

4.1 設(shè)備故障

下游場站閥門異常關(guān)閉、管線凍堵等情況，會使壓縮機(jī)組排氣壓力及排氣溫度迅速升高，壓縮機(jī)負(fù)荷增加。如果沒能及時(shí)處理，壓縮機(jī)組可能會出現(xiàn)排氣壓力過高聯(lián)鎖停機(jī)、超負(fù)荷停機(jī)、安全閥起跳等，超負(fù)荷可能會導(dǎo)致活塞桿、曲軸連桿機(jī)構(gòu)變形，也可能發(fā)生十字頭燒損故障。要特別強(qiáng)調(diào)的是，如果壓縮機(jī)組排氣管線上的安全閥起跳了，機(jī)組負(fù)載會瞬間大大降低，整體式的天然氣壓縮機(jī)組就肯定會超速停機(jī)，超速停機(jī)保護(hù)裝置若失靈了，則肯定會發(fā)生“飛車”事故。

下游場站如果出現(xiàn)較大泄漏，如設(shè)備損壞（管線、容器破裂），會使壓縮機(jī)組的排氣壓力降低，排氣壓力較大幅度降低，壓縮機(jī)組負(fù)荷變輕，同樣存在超速停機(jī)或“飛車”風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 工藝作業(yè)

清管作業(yè)、脫水站或凈化廠檢維修等都會直接影響排氣壓力。

下游管網(wǎng)進(jìn)行清管作業(yè)時(shí)，壓縮機(jī)組排氣壓力會產(chǎn)生一定幅度的波動，清管器（或清管球）發(fā)生卡阻，排氣壓力升高，壓縮機(jī)組會出現(xiàn)與上述管線堵塞同樣的風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)，增壓站人員應(yīng)密切關(guān)注排氣壓力變化情況，如果壓力上升較快，則應(yīng)及時(shí)卸載，空負(fù)荷待命運(yùn)行。

脫水站短時(shí)間檢修，可以考慮開旁通越過脫水站;長時(shí)間大修，通常考慮壓縮機(jī)組也同時(shí)停產(chǎn)維保。

凈化廠設(shè)備檢修時(shí)，凈化能力可能會暫時(shí)降低，增壓站排氣壓力會升高，一般會選擇更改工況或排氣暫進(jìn)入其他管網(wǎng)，也可能選擇增壓站同時(shí)停產(chǎn)開展維保工作。

4.3 用戶消耗變化

下游用戶耗氣量的增加，會使排氣壓力降低，耗氣量減少，排氣壓力升高。但這個(gè)過程比較緩慢且較有規(guī)律性，通常冬季耗氣量變化比較大，對壓縮機(jī)組影響較大。

5 案例

某增壓站于2008年9月30日正式投產(chǎn)，站內(nèi)設(shè)置RTY630壓縮機(jī)組兩臺、RTY1030壓縮機(jī)組一臺，兩用一備，采用兩級壓縮，進(jìn)站壓力1.40MPa，出站壓力6.0MPa，排量（33～38）×104 Nm3/d。

2016年11月19日22：15，調(diào)度員發(fā)現(xiàn)該增壓站增壓后氣量為零，立即通知增壓站開展排查;22：20，排查發(fā)現(xiàn)進(jìn)站氣動球閥異常關(guān)閉;22：22，1#機(jī)組排氣溫度高報(bào)聯(lián)鎖停機(jī)，2#機(jī)組人工卸載停機(jī)。停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，兩臺壓縮機(jī)進(jìn)排氣閥均存在不同程度的損壞，壓縮缸活塞環(huán)均損壞。

排查發(fā)現(xiàn)，上游氣動球閥因空壓機(jī)未能正常運(yùn)行導(dǎo)致氣源保障失效，氣源壓力不足自動關(guān)閉。

6 建議

6.1 完整性監(jiān)控

建立健全監(jiān)控系統(tǒng)，對整個(gè)管網(wǎng)及設(shè)備實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過對壓力、溫度、產(chǎn)量等關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測，沿途場站都能觀察到這些關(guān)鍵參數(shù)，以便及早發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)處理。壓縮機(jī)組的超速、超（高/低）壓、超溫度、超振動等關(guān)鍵參數(shù)，一定要設(shè)置好報(bào)警及聯(lián)鎖停機(jī)，并按期檢測。

6.2 壓縮機(jī)組保養(yǎng)

定期做好壓縮機(jī)組的保養(yǎng)工作，特別是年度檢修，一定要按時(shí)、按質(zhì)完成。定期開展壓縮機(jī)組狀態(tài)檢測、評估活動，根據(jù)需求對壓縮機(jī)組進(jìn)行項(xiàng)修或大修。

目前，監(jiān)測技術(shù)已能對壓縮機(jī)組內(nèi)部關(guān)鍵部件實(shí)施在線監(jiān)測，比如連桿、軸瓦、十字頭、活塞桿等部件，可考慮在線監(jiān)測這些部件的運(yùn)行溫度、跳動量、振動值等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以便及早發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)排除故障，確保壓縮機(jī)組持久安全運(yùn)行。

6.3 信息共享

將上下游井站關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行共享并設(shè)置報(bào)警限，比如壓力、產(chǎn)量，一旦發(fā)生報(bào)警情況，操作人員可預(yù)判斷，及時(shí)就位。

在開展增壓站檢修、上下游管線作業(yè)、開關(guān)井作業(yè)、脫水站檢修、凈化廠檢修等作業(yè)時(shí)，各場站應(yīng)及時(shí)相互傳遞信息，避免出現(xiàn)意外事故。

6.4 強(qiáng)化培訓(xùn)

應(yīng)對整個(gè)生產(chǎn)管網(wǎng)系統(tǒng)各場站的人員開展針對性培訓(xùn)，將各場站的主體設(shè)備基本原理、場站相互可能的影響、可能導(dǎo)致的后果、防范措施、應(yīng)急措施等內(nèi)容給員工講透，并定期有針對性地開展應(yīng)急演練，提高場站人員處理緊急情況的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國石化集團(tuán)洛陽石化工程公司.SH/T 3143-2004石油化工往復(fù)壓縮機(jī)工程技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國石化出版社，2004.