大港油田零散天然气的综合利用

霍夙彦 高蕊 梁晓亮 夏敏敏 陈忻（大港油田采油工艺研究院）

引言

大港油田是典型的断块油田，油田区块零散、地质构造复杂，从东北方向西南方呈长条型分布。主力开发生产的油田13个，因产气规模、外输气能力和油气田分布等方面的差异，分为集输区和非集输区。集气区天然气产量99×104m3/d，约占大港油田的58.8%，非集气区产气量较低，约69.4×104m3/d，占大港油田的41.2%，其中港西油田和埕海油田产气相对丰富。非集气区所产天然气除供加热系统和天然气发电机发电使用外，富余约24.7×104m3/d天然气放空燃烧。天然气生产和使用情况见表1。

表1 天然气生产和利用

天然气集输区所辖油田的油井产液集输到转油站后，通过站内分离缓冲罐进行气液分离，天然气通过气管网输送到天然气处理站；天然气非集输区主要分布在中南部油田，油井伴生气随油井产液通过集油管道输送至接转站或联合站，经过处理后主要为站内生产加热系统提供燃料或用于发电，富余的天然气放空燃烧；对于部分伴生气量小或边远区块的油井，伴生气利用率较低，为了保证油井正常生产，需长期放空燃烧，因此天然气损耗严重。

为了更好地节能减排，减少能源浪费，提高天然气的综合利用率，大港油田研究应用零散天然气回收利用技术，充分利用天然气资源，减少电力购置，达到了节能减排、减少环境污染和降低安全隐患的目的。

1 优选零散天然气综合利用技术

天然气是低碳烃的混台物，以甲烷为主。天然气用途主要可分为3大类：用于发电机发电；作为燃料，供民用或工业用；作为一种高效、优质、清洁的能源及重要的化工原料，并在世界能源生产和能源利用中的比重不断提高。

天然气的用途很广，可用于发电、燃料电池、汽车燃料、城市燃气、化工，其中许多技术已经成熟，显示了良好的社会和经济效益，一些技术虽然还处于试验阶段，也取得了较大的进展（表2）。

针对大港油田天然气系统存在的问题和应用试验情况，进行了零散天然气综合利用技术应用分析及优选。

表2 天然气综合利用技术情况

1.1 套管气回收利用技术

定压放气阀是安装在油田井口上，用于回收采油伴生的天然气，实现油气集输、调整电潜泵井套管压力、控制合理的电泵沉没度，充分发挥泵效的一种阀门；定压排气元件可借助流量计，对套管气、油气超压后进行精准排压。根据常规和加药井口的使用情况，定压放气阀分为2类，见图1和图2。

南部油田在原油开采中由于其原油物性和供液条件的特殊性等因素，憋套压生产导致气锁、滑脱等现象比较普遍。为了保证油井产量，避免关套生产影响油井液面和抽油泵的充满系数，采油三厂油井套管气均采取外排的方式进行生产。在采油三厂选取了供液充足、供液不足、无液面显示等不同类型的抽油机和电泵井进行试验。经过实践验证，采取调节控放套管气的油井，定压放气阀压力控制在0.4MPa，可以确保不影响油井产量。到目前为止，试验油井液量产量没有明显变化，功图载荷状况基本不变，证明油井憋压生产，对油井正常生产没有造成负面影响（表3）。

表3 单井安装定压放气阀生产情况分析

在先期试验取得成功的基础上，加大推广应用力度，继续在南部油田34口油井上应用定压放气阀，油井均生产正常。截至目前，已经在141口油井上安装了定压放气阀，成功回收了套管气。

通过单井安装定压放气阀回收套管气进系统等措施，用于天然气发电和生产热力系统，节能效果显著。天然气发电量与去年同期对比，日增加天然气发电量2.5×104kWh。截至2009年底，累计增加天然气发电量700×104kW，节约电费开支392万元。

1.2 天然气发电技术

天然气发电机是以天然气为主燃料的动力机组，具有节能、降耗、降低成本、环保等优点，是未来最具发展潜力的1种动力机组，特别是利用油田伴生气发电，不仅利用了这部分资源，还保护了环境。该装置可以将天然气的热能转换为电能，主要由进气系统、润滑系统、测量系统、点火系统、调速系统及配套的发电机组组成。

大港中南部油田区块无天然气系统管网，油井伴生气无法进系统，天然气不能及时回收利用不仅造成资源浪费、污染环境，也还影响了油田的整体开发效益。因此，为了充分利用天然气资源，减少网购电费支出，最大限度地节能降耗，大港油田引进了天然气发电技术，在友谊油田进行试验，取得成功。

友谊油田是采油二厂最偏远的油田，由于没有外输管线，天然气无法输送到联合站应用，只能点火把放空燃烧，宝贵的天然气资源白白浪费。2004年，在友谊油田安装了1台天然气发电机，目前其每天发电量达3120kWh。

1.3 天然气发电机烟气余热回收技术

该技术采用针形管强化传热元件扩散受热面积，水管烟侧的受热面可以大大增加，同时烟气气流经针形管表面时形成强烈的紊流，起到提高传热效率和减少烟灰积聚的作用。在发电机的烟道上安装余热回收装置，高温烟气通过余热回收装置与冷却水换热，发电机烟道热量通过换热装置的针型管传递到循环水，低温水变成了高温水，再通过油水换热器对要加热介质升温，用于原油外输掺水、采暖加热，从而停用加热炉或者减少加热炉的负荷，达到节能的目的[1]。

天然气余热回收装置工作原理如图3所示。

该技术在南一联合站得到有效应用。该站天然气发电机余热回收系统，给王徐庄来液加温完全可以达到生产的要求，南一联合站4#来液加热炉停用，每天可节约用气2500m3。

1.4 并网发电技术

并网发电技术是指利用油田零散天然气进行发电，发出的电经0.4/6kV升压变压器输送到油田6 kV生产电网中，由电网根据需要实现负荷平衡的技术。如采用专线并网，则并网线路上不带任何负荷，所发电升压后由6kV线路直接输送到35/6kV变电站，由变电站实现负荷的统一平衡；如不采用专线并网，则该线路上带有一定的生产负荷，由部分生产负荷实现电能的就地平衡，多余部分则由线路输送到变电站，少的部分则由电网提供。

大港油田南一站及庄大站发电机都是采用专线并网，所发电升压后由6kV线路直接输送到35/6 kV变电站，由变电站实现负荷的统一平衡。大大提高了电网的稳定性，降低了小发电的事故率。

1.5 真空炉热技术

真空加热炉技术是利用水在不同压力下沸点不同这一特性来工作的。它使炉壳内的中间介质水能够在低于炉壳外部大气压的状态下沸腾。产生的蒸汽遇到低温盘管会发生相变，由气态变成液态，结成水滴，释放出大量的汽化潜热，使盘管内的流动工质被加热，管外凝结的水滴又滴回水面，再次被加热，从而完成整个换热循环过程。

结合工程改造项目，在马西联和西二联输油系统应用高效真空加热炉，替代原有炉效低、耗能高的方箱炉，投产后运行情况良好，平均炉效达85%以上。该种类型的加热炉具有安全、高效、节能、操作方便的特点。经测算，较改造前节气约288×104m3/a。

2 零散天然气综合利用技术实施

通过零散天然气综合利用技术的分析和优选，拟定在采油二厂天然气富余的场站：南一联、友谊站新增建5台天然气发电机，并配套烟气余热回收装置；在采油三厂天然气富余的场站：段一联、家5站、官二联、枣二联新增建天然气发电机6台；在采油二厂庄一联新建输气管道进系统管网，并更新2台加热炉。

在采油三厂新建天然气发电机区域的299口油井井口上安装定压放气阀，套管气进系统进行回收，增加发电量，配套定压放气阀299套，其中普通定压放气阀239套，带加药装置的定压放气阀60套。

3 零散天然气综合利用技术实施效益

根据现场运行的天然气发电机实际生产数据，每台600kW天然气发电机日发电量12000kWh左右，每台400kW天然气发电机日发电量7500kWh左右，200kW天然气发电机日发电量3800kWh左右，采油二厂新上4台600kW和1台200kW发电机组，净增功率2600kW，日新增发电量约51800 kWh，年增发电量将达到1890×104kWh左右。采油三厂新建5台400kW和1台200kW天然气发电机，日增发电量41300kWh，年增发电量将达到1508×104kWh左右。

余热回收装置回收发电机热量可用于采暖、协调来液加热和罐区伴热，每小时回收余热11337600kJ，每天折合7558m3天然气的发热量，相当于3149kW加热炉的热量；南一联可再停运1台2500kW的加热炉，节约天然气量3600m3/d，友谊站停运2台200kW的加热炉，节约天然气量768m3/d；实际利用余热6696000kJ，可节省气量4368m3/d，这些气用于发电，做到能源的循环利用。由于剩余天然气有效回收利用，减少了燃烧造成的环境污染。

庄一联富余天然气集输进滩海油田输气系统中（包括更新加热炉所节省的天然气量），最终输至压气站外销，预计销售收入93万元。

4 结论

1）回收油井套管气，可以安装井口定压放气阀，压力需控制在0.4MPa，以防止发生气锁，影响油井正常生产。回收的套管气可以进入集输管网，也可以给井口加热炉提供燃料。

2）零散天然气发电是回收利用富余伴生气的有效途径，其供电形式灵活，可并网发电；也可单独发电，可根据负荷大小选择不同容量的机组，保证油区用电需要，而且发电机排烟管的余热也可以回收再利用。

3）零散天然气的回收利用，不仅减少了零散气放空燃烧造成的资源浪费，同时也降低了环境污染和安全隐患，进而使效益最大化，这对于实现节能减排具有非常重要的现实意义。

[1]梁向程.压缩天然气输配技术作为燃气常输系统有效补充手段的可行性研究[J].中国新技术新产品,2009,14:54