降低海上油气田火炬放空天然气量的技术思路探讨

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(中国海洋石油有限公司，北京 100010)

0 引 言

《国民经济和社会发展第十一个五年规划》将万元GDP能耗降低20%左右和主要污染物(COD和SO2)排放总量降低10%作为两个约束性指标，并把节能减排纳入经济社会发展的统计、评价考核体系，国资委将节能减排作为中央企业负责人经营业绩考核的重要内容，实行“问责制”和“一票否决”制。2008年4月1日，修订后的《节能法》正式实施，标志着节约能源、保护环境正式成为我国的一项基本国策，中海油被列入30家国家节能减排实施单位之一。

部分海上油气田在投产以来，发现除了生产设施自用与外输外，还有每天几万到几十万方的富余天然气放空到火炬燃烧，产生温室气体排放到大气中，造成大气污染，同时也造成清洁能源的浪费，不符合节能减排政策。某油田燃烧的火炬如图1所示。

1 海上气田中心处理设施减少主火炬排空天然气量的可行性思路

气田在正常操作条件下放空到火炬系统的天然气来源于常明灯用气、凝析油聚结分离器用的覆盖气或闪蒸气、脱水介质的闪蒸气、污水处理系统的溶解气等。一般情况下常明灯用气、脱水介质的闪蒸气、污水处理系统的溶解气这些天然气因天然气量小无工业回收价值。但是凝析油聚结分离器用的覆盖气或闪蒸气从来源和去向上可根据气田不同开发时期设计流程，使该部分天然气得到回收利用，如图2所示。

图1 某油田燃烧的火炬

图2 回收利用流程图

通过上述流程优化调整后，一方面减少了去火炬系统的燃烧天然气量，另一方面使火焰浓烟程度变小(因凝析油聚结分离器分离出来的气体含重组份较高)。

2 离岸较远且比较独立的油气田减少主火炬排空天然气量的可行性思路

2.1 用冷剂分离法回收VOC并将其分离后生产液化气和轻烃，可减少火炬放空量

油田伴生气中除含甲烷、乙烷外，还常常含有易挥发有机混合物(VOC，通常可分为液化气和凝析油)，回收VOC并将其进行分离后生产液化气和轻烃。

冷剂制冷分离属于冷凝分离法，它是利用物质相变的吸热效应对原料天然气制冷使轻烃冷凝而实现与干气的分离，适合于天然气具有C3+含量较高、压力偏低、可用压差小、装置的处理量较小等特点。

如某油田VOC回收装置主要由三大模块组成：

(1)LPG回收处理系统，它包括LPG回收处理橇、热油系统改造、冷却水橇；

(2)LPG外输站，它包括外输泵橇、外输计量及外输软管残液回收橇、外输滚筒橇；

(3)LPG储罐，共有四个储液罐，每个储存罐700 m3，共储存2 800 m3的LPG。工艺流程图如图3所示

图3 工艺流程图

该项目于2006年10月投产至2007年底共回收5.25万m3液化气(按年度液化气销售量)及3.65万m3凝析油(实际装舱量，质量流计量)，相当于减少排放二氧化碳14万t，按照2007年的销售均价计，项目创造利税3.6亿元，火炬放空天然气量从2006年的3496万m3降至2007年的627万m3，经济效益和节能减排效益取得非常突出的成绩，已全部收回投资。

2.2 将富余的油田伴生气经压缩机压缩后回注地层储存或用于提高采收率可减少火炬的放空量

一般油田油藏由几个断块构成，通过精细研究油藏断块，找出适合天然气存储或利于提高采收率的油藏断块，向该油藏断块注入压缩后的天然气，以用于提高油田采收率或油田后期缺气时再开发利用，以达到节约资源(天然气)、节约二次能源(柴油)、或增油的目标。伴生气回注地层还包括井筒工艺及饱和天然气水化物预防措施的配套研究。

一个中等规模油田的伴生气除了设施自用外，富余的天然气量一般在每天几万到几十万不等，小排量的高压天然气压缩机比较适用。下图为某油田典型的地面工艺流程图，如图4所示。

图4 某油田典型地面工艺流程图

2.3 利用小型航空涡轮燃气发电机发电减少小气量的油田伴生气的火炬放空量

当一个油田伴生天然气量在每天几万方左右时，用于回注或回收的经济效益较差，如果采用可移动的小型航空涡轮发电机将伴生气转化为电能，减少油田用一次能源(原油)或二次能源(柴油)发电的消耗量，以达到减少放空量和节约一次能源或二次能源消耗的双重目标。下图为某油田利用小型航空涡轮燃气发电机发电的工作原理图，如图5所示。

图5 工作原理图

3 利用小型压缩机或轻烃泵把富余的天然气或低压轻烃压缩后注入外输海管，以减少火炬放空量

有登陆海管的海上油气处理设施，天然气在压缩、冷却、分离等过程中，会产生一部分低压轻烃，在先期的设计过程中，一般是回到原油稳定分离系统，这部份轻烃在原油稳定过程又分离出来，重新回到火炬放空系统。另一方面原油在稳定分离过程中每天有几万方左右的伴生天然气量，因压力低就放空到火炬放空系统燃烧。

如果把油气处理设施中分离出来的低压轻烃集中起来通过轻烃泵增压后直接外输到海管，在陆岸进行综合处理，不让其在海上设施循环放空到火炬系统燃烧，减少轻烃的排放量，如图6所示。

图6

用小型天然气压缩机把油田的伴生气压缩后进入天然气处理系统外输。下图为某油田利用小型压缩机回收伴生气的示意图，如图7所示。

图7

4 用海底输气管网实现区域内油气田富余伴生气和地层气的综合利用，以减少单独开发时放空到火炬燃烧的问题

随着区域油田开发战略的实施，根据区域勘探评价和产能规划研究成果，结合区域潜力前景展望分析，在技术可行、经济合理的前提下，统筹考虑已开发项目设施、在开发项目滚动开发计划以及周边小油田接入的可行性，将若干区块或构造作为一个开发整体区域或一个油田来开发，进行全面规划、分步实施，以达到所有资源的共享。

建设区域输气管网统一调配气源可解决有的油田富气，有的油田缺气问题；还可以与陆岸终端连接，达到向陆地输气最大化的目的。

下图为某区域联网供气项目示意图，如图8所示。

图8 区域联网供气示意图

5 结 论

通过对海上油气田放空到火炬系统的气体来源进行分析，气体经过压缩、回注、发电、外输、流程优化调整等技术，使放空到火炬系统的可燃流体减少，使油气田火炬放空天然气量减小成为可行，同时达到收益、节能、减排三重目的。

[1] 王聚锋，刘光成.海上油田富余伴生气回注技术研究与应用[S].中国石油协会2008年全国石油石化企业节能减排技术交流会，2008.

[2] 刘祖仁.文昌13-1/2油田放空天然气回收技术应用实践[S].中国石油协会2008年全国石油石化企业节能减排技术交流会，2008.

[3] 中海石油研究中心.渤西渤南联合供气可行性研究报告[S].内部资料.