井口伴生气回收研究及利用

王 勇 周元甲 赵 鹏 王文武

1.西安长庆科技工程有限责任公司，陕西 西安 710018；

2.中国石油长庆油田分公司机械制造总厂，陕西 西安 710018

0 前言

天然气作为一种优质、清洁、高效的能源，迅速地得到广泛应用。 面对越来越紧张的天然气资源和日益增长的工农业生产需要， 以及社会生活对天然气的需求，井口伴生气回收治理已成为油田提高伴生气产量，节能减排的重要措施之一［1］。

地处鄂尔多斯盆地的中国石油长庆油田，具有站点多、分布广且井场布置分散，分布区域广泛的特点。 在油田采油生产过程中，由于井口伴生气量小，难以形成经济利用价值，大多被直接排放或燃烧，既浪费了宝贵资源，又污染了环境。 目前在某些区块使用定压阀回收套管气，取得了良好的经济效益。 但是在一些低渗透油田，由于油层压力低无法使用定压阀回收， 只能放空处理。据统计中国石油长庆油田井场平均放空量达400 Nm3/d，造成极大的资源浪费和环境污染。 因此，有必要开展经济回收井口伴生气的研究工作［2］。

1 采油原理

采油工艺普遍采用抽油机、抽油杆及抽油泵组成的抽油装置，结构见图1。

图1 采油工作原理

原油开采过程中, 不同的油层具有不同的原始油气压力p1。 一定的油气量经过油层以及压力砂层渗透到套管内， 克服流动阻力后的剩余压力为p2。 在一定的油层结构中，不同的油量其流动阻力也不同，所以p2随着采油量的大小也将变化。 采油量越大则剩余压力p2就越小。 由图1 中可知：

p2=p3+hρ

式中：p3为套管气压力，MPa；h 为套管内原油动液面高度，m；ρ 为原油密度，kg/m3。

放空套管气降低压力，可提高动液面高度；提高套管气压力，将使动液面高度下降。动液面高度下降的极限高度是当活塞上行抽油时， 动液面高度不能低于油管底阀所处高度。 动液面下降至极限高度时，套管气压力p3所能达到的值也就是正常采油时套管气压力所能达到的最大极限值。 因此，增加泵挂深度，可提高套管气压力p3。

另一方面，减少采油量可提高p2值，p3值同时升高。由此可知：在采油量一定的情况下，提高或降低套管气压力只是引起动液面的降低或升高而对抽油量不产生影响。

在采油量一定时，只要地层原始油气压不变，则p2就是一个定值，此时若关闭套管气放空阀，套管内气压就会逐渐上升，同时动液面逐渐下降。当p3升高到大于输油管井口回压p4时， 如果动液面的下降并没有影响到套管内原油正常通过底阀进入油管向外输油， 则套管气就可通过定压阀直接进入输油管线，随原油一起向下游输送。

因此如何保证油液面高度是提高抽油效率的关键。油液面高度受套管内压力影响较大。 若在井口使用定压阀回收套管气汇入输油管线时， 势必增加套管内压力，影响管内油液面高度。 因此在保证正常采油的情况下，采用下述方法回收井口伴生气［3-4］。

2 井口伴生气回收技术

2.1 定压阀回收技术

定压阀回收装置见图2，由于定压阀结构简单，成本低，因此在许多站场得到广泛应用。 采用定压阀回收套管气时主要分析以下工况：沉没度即泵深与动液面的差值偏小；井口回压较正常值高；井口回压波动。 目前结构形式的定压阀需经常设定开启压力以满足井口回压变化要求，为了减少工作量，一般设定定压阀开启压力值高出井口回压。 在冬季气温低时，定压阀启闭时间延长，导致出现定压阀冻堵、开启不灵敏等现象。

定压阀回收工艺中存在的问题：若井口回压值小于设定的定压阀压力值，则套管气无法排出，严重影响采油生产。 为解决这一矛盾，有的站场采用小型压缩机组回收装置。

图2 定压阀回收装置

2.2 压缩机组增压回收技术

压缩机组增压回收装置见图3， 是采用在井口安装小型压缩机，将井口伴生气引入压缩机入口，采用连续增压的方式将井口伴生气外输至下游接转站或联合站，再输至轻烃处理厂进行处理加工成LNG。

图3 压缩机组增压回收装置

在中国石油长庆油田采油一厂王南区采用压缩机组增压回收产量较大的井场套管气，实际测试回收的套管气日平均气量为1 600 m3，降低井口回压0.2～0.4 MPa，减少抽油机动力耗能15%以上。

在井场中采用压缩机组增压回收技术能充分回收井口伴生气，但由于井场分布点多、面广，采用该技术成本高，且由于压缩机组露天布置，雨雪天气等外界环境条件会严重影响压缩机组增压效率和使用寿命。 因此压缩机组增压回收技术适宜用在井口伴生气量较大的单井井场，或由多个单井组成的丛式井场［5-6］。

2.3 增压泵回收技术

增压泵回收技术是在综合了定压阀回收技术、压缩机组增压回收技术的优点后开发的井口伴生气回收技术，增压泵内部结构见图4。 工作原理：将增压泵挂在抽油机油梁上，气缸体与抽油机支架铰接，柱塞上部与油梁铰接。 当抽油机抽油杆向上工作时，抽油机油梁带动活塞向上动作，在泵的底腔形成负压，此时来气压力0.3 MPa，大于增压泵底腔的压力，气体打开单向流动阀进入泵的底腔。 当抽油机抽油杆行至上止点转换方向，抽油杆向下运动，同时带动活塞杆向下运动压缩底腔的气体至0.7 MPa，外输至输油管线。 同时在增压泵活塞杆向下作用的同时，增压泵顶腔形成负压，气流在一定的压力下冲开顶部单向流动阀，进入泵顶腔。 当抽油机运行至下止点时，转变方向对顶腔气体进行压缩至0.7 MPa，然后外输，底腔处于吸气状态。 抽油机抽油杆上下动作的过程完成一个工作循环。 增压泵是利用抽油杆在上下作用时通过油梁对套管泵活塞杆作用， 继而通过对气体作功来实现增压目的。 套管气增压泵所需要的能量主要是抽油机所消耗的电量， 即电机通过减速箱传递给活塞杆上的扭矩。 增压泵回收技术具有降低井口回压，提高井底泵的效率，消除井底泵气锁现象发生的特点［7-8］。 增压泵在长庆油田侯南作业区测试数据见表1。

表1 增压泵测试数据

3 结论

通过对抽油机井下抽油原理的分析，提出了井口伴生气的回收技术和方法，分析和比较了井口伴生气回收中的定压阀回收技术、压缩机组增压回收技术和增压泵回收技术，特别是新近研制成功的增压泵回收技术。 该技术吸收了定压阀回收技术和压缩机组增压回收技术的优点，具有能耗低、安装简单、维护方便、回收气量大的特点。 该技术的推广应用不但可回收井口伴生气，减少环境污染，而且能使过去被烧掉的伴生气资源得以综合利用，社会效益显著。 该项技术的应用成果可推广到中国各大油田以及边远井场的伴生气回收。

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