油井伴生气综合回收技术研究与应用

2016-11-12潘国辉陈聪颖姚新玲

石油化工应用 2016年10期

关键词：套压温降定压

潘国辉，陈聪颖，姚新玲

（江苏油田分公司采油一厂工艺研究所，江苏扬州225265）

油井伴生气综合回收技术研究与应用

潘国辉，陈聪颖，姚新玲

（江苏油田分公司采油一厂工艺研究所，江苏扬州225265）

研究分析采油一厂伴生气资源基础，针对小断块油田零散区块多，油井伴生气规模小、回收难度大等特点，开展伴生气回收工艺研究，针对不同套压、不同区块的伴生气开展了回收工艺的适应性研究，研发了水浴热循环节流降压装置，研制定压回收装置、动力回收设备，移动式抽气装置进一步改进与完善，满足了油井伴生气的回收工艺的需求。年回收伴生气215.6×104m3，实现了环保效益与经济效益的双丰收。

伴生气；降压；回收；移动

江苏油田属于零散小断块，由于规模小、效益不高，所以在滚动开发投产时，没有完善的地面管网，因此，在套管气回收利用工艺技术研究不多。一方面随着伴生气体的积聚使套管内气体压力升高，影响原油产量、增加采油过程的能耗，如果直接排空会造成能源浪费、环境污染、危害安全。另一方面，由于油井伴生气量因开发区块、生产层位、开发时间变化而变化，套管气的压力大小直接影响回收工艺的选用，套管气压力高，释放时吸收热量，伴生气中的水分、轻质成分会发生冰冻，冻堵回收流程，影响回收工作的正常运行，因此，回收工艺复杂、技术难度大。

当初始压力在3 MPa，压降达到2.5 MPa的情况下，温降达到12℃；当初始压力达到5 MPa时，压降达到4.5 MPa的情况下，温降达到23℃，由此可见当压降超过一定的压力值会给回收工艺带来的冻堵现象，需要根据不同的套管压力进行设计，适应不同油井套压的回收装置［1-3］。

主要技术思路如下：

（1）在套压大于回压的情况下，只需要采用定压节流装置进行伴生气回收。

①压力在3 MPa及以下，温降在12℃以内，优化应用低压定压回收装置，实现伴生气的回收。

②压力大于3 MPa时，温降达到12℃以上，可以借助井口油温，预防发生冻堵现象，设计防冻堵定压回收装置，实现伴生气的回收。

③压力高于5 MPa时，温降达到23℃以上，需要对节流装置进行加热保温，设计水浴加热定压回收装置，实现伴生气的回收。

（2）在套压小于或等于回压的情况下，需要采取动力回收装置进行伴生气的回收。

①利用抽油机的动力系统，设计固定式抽气装置，控制日回收伴生气量在0.04×104m3以内，实现伴生气的回收。

②利用外部动力系统提供动力，设计移动式抽气装置，控制日回收伴生气量在0.04×104m3以上，实现伴生气的回收。

1　定压回收伴生气装置的研究与应用

1.1普通定压回收装置的研究

当套压在3 MPa以下，压降在2.5 MPa以内，根据温降曲线，温降在12℃，井口温度正常28℃，出气温度在16℃。在这种情况下，不需要加温或保温措施，可直接采用减压的方式直接回收伴生气。

该定压阀主要由本体、阀座、柱塞、隔膜、弹簧、调节螺钉等组成。为了防止弹簧腐蚀失效，设计了隔膜腔，通过隔膜将液体与弹簧分隔，使弹簧处在一个较好的工作环境；为了解决阀的寿命，采用了陶瓷柱塞与阀座。该阀通过软管与油套三通相连，根据油井的回压大小调好开启压力，当溢出的套管气在环空聚集压力超过设定值时便泄放到出油流程中，混入原油输到下游。定压阀通过放气三通与套管相连，通过快速接头连接油管线。根据不同油井井况选定合理套压后，把相应的定压弹簧装入套管定压放气阀，打开套压阀门即可起到套管气定压的作用。

目前本厂共安装定压放气装置油井共计374口，占全油田油井总数的21%。通过该装置的推广应用，在全厂有效地将套管内伴生气回收至集油系统，从而避免了放空造成的环境污染及资源浪费。

1.2防冻堵定压回收装置的研究

油井套管气在生产过程中往往带有轻质成分及水，当初始套管气压力达到5 MPa的情况下，通过定压节流回收伴生气，因伴生气压力的突然降低，会吸收热量，过低的温度会使天然气内的水蒸汽、重烃在套管气输送管路内凝结，并堵塞管路，影响套管气的正常回收和泄压。

设计思路：改变节流点的位置，利用流体的温度，提高节流部位的温度，防止冻堵现象的发生。

根据焦耳－汤姆逊效应曲线，设计压力控制在5 MPa以内，将设备安装在井口油嘴套顶端，利用产出液的温度对节流部位进行保温，当伴生气压降达到不超过5 MPa的情况下，温降在23℃，也就是伴生气温度在15℃左右，加上产出液的温度，不会产生冻堵现象。

在使用过程中，逐步降低定压值，使套压缓慢降低并稳定到合理套压点，设计压力控制在5 MPa以内，安全压力范围提高到1.25倍的生产压力，气体排放量根据实验数据及现场气质的情况，一般控制在0.5×套压/油压×104m3。

1.3撬装式水浴加热定压回收装置的研制

通过利用高压套管器回收装置较好的实现对高压套管气油井的卸压、排放难题，排除由此引发的安全环保隐患，明显提高油井的动态液面，提高产量从而有效的生产、回收、利用油田伴生天然气，降低伴生天然气的损耗，节能减排。针对联盟庄、富民等高饱和油田油井，套压达5 MPa以上，利用普通定压阀和防冻堵定压回收装置，在生产过程中往往产生冻堵现象。为解决此类油井套管气有效回收，研制撬装式水浴加热定压回收装置，有效提高伴生气的回收效率。

技术方案设计：采用电加热水浴，将控制阀体、节流管线、安置在水中，在气管线流程上安装测温探头，当温度低于设定下限时，启动电加热系统，加热水保温输气管线，当温度达到设定上限时，停止加热（见图1）。

图1　撬装式水浴加热定压回收装置

2　动力回收伴生气装置的研究与应用

2.1固定抽气装置研制与改进应用

（1）第一代固定式抽气装置的研制－游梁式固定抽气装置，针对部分油田回压高的油井，当油套管气的套压与回压持平时，安装定压放气阀等油套连通装置无法将套管气进行回收。为此，研发了固定式套管气回收装置。

该装置将抽气筒活塞连杆连接在游梁上，凭借游梁上下运动的动力，依靠游梁上下往复运动带动抽气筒活塞上下运动，完成对套管气的抽吸与压缩，压缩后的气体注入出油流程，混输至下游。

试验应用6井次以来，在安装方式以及安全保护措施方面不断优化与改进，目前已累计应用14井次，已累计回收收套管气15×104m3。

（2）第二代固定式抽气装置的研制－井口固定式抽气装置，针对第一代固定装置在运行过程中出现的问题，改变思路，由伴生气转化为主动运动的主体。将设备移到井口，对抽油机的运行没有影响，主要利用伴生气上顶柱塞向上运动，运动一定的位移，当抽油机下行时，光杆带动上部的方卡在管柱重力下带动活塞下行，将伴生气压入集输流程，实现伴生气的回收。

柱塞受力的平衡设计，为解决平衡问题，在井口安装对称的两只柱塞气缸，实现了两组抽气装置同时工作。

现场应用以来，在安装方式以及安全保护措施方面不断优化与改进，目前已累计应用20井次，日回收伴生气0.3×104m3。

2.2移动式套管气回收工艺研究应用

针对油井套压与回压持平，并具有伴生气回收潜力的油井，依靠定压放气阀无法回收，设计使用移动式抽气装置可有效回收这类油井伴生气。同时油井作业或大排量需要回收伴生气时，使用移动式伴生气回收装置，将伴生气快速的回收到集输系统，充分利用。

该装置由套管气抽吸装置、三相电动机和压力自动控制系统组成。装置投用后可根据现场生产需求，设定套压的范围值。对于部分油井套管压力需控制的井，即可使用该套压力自动控制系统进行设定。当套管压力值高于装置设定上限值时，即装置自动开始运转进行抽气；当压力下降到设定下限值时，装置自动停止运转。在同一井场，为满足如有2口井以上需要回收伴生气，设计了抽气泵进口多通阀，在每个阀前设计了单向控制装置，防止井之间发生套管气串通，影响油井的生产。