劉宏云，馬龍娜，匡凱，莫光明，杜志強，何林文

（中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第二采油廠，河北 霸州 065700）

原油在生產(chǎn)過程中，當井底流壓低于原油的飽和蒸汽壓力時，揮發(fā)氣就會從原油中析出，其中一部分揮發(fā)氣經(jīng)抽油泵泵吸采出到地面，另外一部分積聚到油井套管中形成套管氣。套管氣的主要成分為甲烷、乙烷等烷烴類化合物，還經(jīng)常含有H2S、CO2、CO、H2O等非烴類化合物和有機雜質(zhì)。對套管氣的處理，目前常用的方式主要是放空和燃燒兩種，這兩種方式不僅污染環(huán)境，還會造成套管氣的浪費。根據(jù)DB13/2322-2016《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物排放標準》，明確要求排放不得超過100g/m3，回收效率應(yīng)達到97%。因此，從安全和環(huán)保兩方面考慮，應(yīng)積極采取回收油田套管氣的技術(shù)措施，有效利用這部分套管氣，以達到節(jié)能減排的目的。

1 套管氣回收現(xiàn)狀

華北油田某采油廠共有600余口生產(chǎn)油井，其中大部分油井可產(chǎn)生數(shù)量不等的套管氣，一般油井都安裝了定壓放氣閥進行套管氣回收，該裝置可根據(jù)油井回壓調(diào)節(jié)裝置開啟壓力，當套管氣在油套環(huán)形空間中的壓力高于油井回壓時，裝置開啟，套管氣進入到集油管線混輸進站，這種方式只適用于氣油比較高、氣量大的油井，但目前仍有240余口油井的套管壓力低于系統(tǒng)壓力，定壓放氣閥無法發(fā)揮作用。對于這類油井，現(xiàn)場采取的做法是關(guān)閉套管閥門進行生產(chǎn)，但這種方式會使套管存在一定的壓力，造成動液面下降，沉沒度降低，嚴重時還有可能發(fā)生氣鎖現(xiàn)象，影響油井正常生產(chǎn)，同時給一線員工進行化學熱洗、清蠟加藥等作業(yè)工作帶來困難。

2 懸抽式套管氣裝置

2.1 工藝原理

經(jīng)過一段時間的試驗摸索，對幾種回收方式進行了對比，包括直接向大氣排放、電動柴油抽氣裝置、自控式套管氣回收裝置和懸抽式套管氣回收裝置等。最后，采用了懸抽式低壓套管氣回收裝置，該裝置借助了抽油機的動力，無需消耗額外的動力。

懸抽式低壓套管氣回收裝置由四部分組成，分別是懸繩裝置、增壓抽氣泵、潤滑和過濾裝置，其中懸繩裝置作為連接動力源被固定在抽油機游梁的后端。增壓抽氣泵位于抽油機三腳架的底部，工藝安裝見圖1。

圖1 裝置安裝示意圖

該裝置的工作原理是利用游梁式抽油機驢頭上下往復(fù)運動作為動力，無需額外增加動力，通過懸繩裝置帶動抽氣泵進行同步運動，抽氣泵的進出口都安裝有單流閥，當抽油機上行時，抽氣泵活塞下行，泵內(nèi)游動凡爾打開，氣體被導(dǎo)入到上腔體；當抽油機下行時，抽氣泵活塞下行，泵內(nèi)游動凡爾關(guān)閉，此時套管氣被吸入到液缸的下腔體，同時上腔中被壓縮的套管氣進入到地面管線，從而實現(xiàn)對套管氣的回收。強制潤滑裝置由油箱、手壓泵、油路管線、噴射頭組成，主要為活塞與缸壁提供強制潤滑。

由于套管氣中含有一些輕烴和水，當環(huán)境溫度低于水露點或烴露點時會析出部分液體，這部分液體容易冷凝，影響裝置的使用效果。因此在采油樹套管氣的出口位置安裝了過濾裝置，使液體回流到油套環(huán)形空間中，延長了整體裝置的使用壽命。

2.2 技術(shù)參數(shù)及裝置特點

目前，該裝置的排氣量和抽氣泵行程有三種規(guī)格，適用于系統(tǒng)壓力≤3MPa，沖次大于8次/min，行程調(diào)節(jié)范圍≤150mm的油井，同時還適用于叢式抽油機，可將多個抽油機的套管氣回收管路串聯(lián)，只用一套裝置實現(xiàn)多個抽油機的套管氣回收，但考慮到聯(lián)動抽油機過多時，會造成氣壓過大沖擊密封和潤滑裝置，叢式井的數(shù)量不應(yīng)多于5口。技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 懸抽式套管氣回收裝置技術(shù)參數(shù)

該裝置結(jié)構(gòu)簡單，安全環(huán)保，閉環(huán)控制，同時依托了現(xiàn)有抽油機的動力，可以提高抽油機動平衡效果，安裝位置合理，不影響正常的油井作業(yè)和大修，同時可根據(jù)氣油比大小調(diào)節(jié)技術(shù)參數(shù)，實現(xiàn)間歇運行，成本低，投資回收期短。

3 應(yīng)用效果

將該裝置安裝在兩口油井進行試驗，通過一段時間的觀察，發(fā)現(xiàn)安裝前11-20井的套壓為0.36-0.6MPa，油壓為0.6-0.7MPa；13-114井的套壓為1.0MPa，油壓為0.2-0.55MPa。安裝后兩口試驗油井的油套壓數(shù)據(jù)均有不同程度的下降，收氣量有不同程度的上升，同時上下電流均無明顯變化，證明該裝置對抽油機能耗的沖擊可以忽略不計。具體試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 兩口試驗井的參數(shù)

20口實驗井平均單井日回收套管氣74m3，日回收套管氣1 6 2 7 m3，年可回收利用氣量59.4×104m3，折算可減少自用油473t，回收的套管氣可供站內(nèi)加熱爐實現(xiàn)燒氣。

4 效益分析

通過在某采油廠中120口抽油機井安裝套管氣回收裝置，可實現(xiàn)單井回收氣量34.13m3/d，年回收套管氣4.09×106m3，折合經(jīng)濟效益約296萬元，回收天然氣用于站內(nèi)伴熱和采暖，減少了自用油的消耗。該裝置投資成本3萬元，預(yù)計3個月可回收成本。預(yù)計可減少185t/d的碳排放（按照CO2進行計算），約67525t/a。按照目前碳排放市場，2019年8月9日天津地區(qū)碳交易價格為14.74元/t，重慶地區(qū)碳交易價格最低為5.12元/t，按照平均10元/t計算，預(yù)計每年可創(chuàng)經(jīng)濟效益67.525萬元?？梢詼p少套管氣對空氣的污染，減少VOCs的排放，體現(xiàn)了企業(yè)的社會責任，同時也可緩解油地之間的關(guān)系。

5 結(jié)束語

采用懸抽式套管氣回收裝置可以很好地解決低壓套管氣回收困難的問題，該裝置設(shè)計簡單，無需其他動力輔助設(shè)施，對于套管壓力低于井口回壓的油井也可適用，同時可以多井組串聯(lián)使用，節(jié)省了設(shè)備和工程建設(shè)投資。但該裝置只適用于抽油機，對于用螺桿泵等其他機械方式采油的油井并不適用。今后應(yīng)完善裝置設(shè)計，對工藝上的不足進行改進，同時擴展伴生氣利用市場，使油田伴生氣的經(jīng)濟和環(huán)保效益達到最大化。

◆參考文獻

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