全封闭喷油涡旋压缩机组在油田伴生气回收中的应用

吴国罡　邱志文　贾　莉（中国石油玉门油田分公司青西油田作业区）



全封闭喷油涡旋压缩机组在油田伴生气回收中的应用

吴国罡邱志文贾莉（中国石油玉门油田分公司青西油田作业区）

油田伴生气是天然气资源的一种，通常伴随原油开采产生。针对伴生气等熵指数大、气量小、回收可靠性要求高等特点，应用了一种新型全封闭喷油涡旋压缩机组。该机组具有可靠性高、无人值守、适宜小流量等特点，已在青西油田伴生气回收生产中得到应用。在3口油井上正式投入运行的压缩机组已经安全生产超过4000 h，回收天然气约600 m3/d，累计年回收天然气量（0℃，1 atm）11×104m3。从现场采集的数据表明，机组可满足伴生气回收的技术要求，表现出良好应用效果，具有较高的推广价值。

伴生气回收涡旋压缩机组喷油

引言

油田伴生气（以下称伴生气）是伴随原油开采而产生的一种气态混合物，属于天然气资源的一种，由于其成分复杂，处理加工困难；同时，一般气量较小，可利用的压能低，不利于集输，过去往往采用直接燃烧或放空的方法处理。据统计，2002年全球天然气产量为32 500×108m3，其中2.5%～3.0%（约800×108～l000×108m3）消耗于火炬直接燃烧，相当于全球半个月或德国和法国的全年用气量［1］。

随着清洁生产，节能降耗日益受到人们重视，加之能源需求的不断增长，国内外都在积极探索新技术，开发新装备，对伴生气进行高效回收。美国Compressco公司开发的内燃—压缩一体式伴生气回收设备GasJack，在俄克拉荷马州、科罗拉多州的多个油田得到推广应用，达到了油气产量双增收的良好效果［2］。美国Emerson公司开发的一种涡旋式伴生气回收设备在北美油田得到大面积推广，仅到2003年应用就达到400套以上［3］。国内各油田也在积极推进回收伴生气的工作，大庆新店油田采用当地发电、当地加热储油罐等多种方法回收利用伴生气，在使油井保持合理套压值的同时，增加了原油产量，产生了可观的经济效益和社会效益［4］。一种撬装回收设备在新疆准噶尔边缘油田得到应用，可以方便灵活地回收边远油井伴生气，年经济效益达到950万元，不仅避免了大量宝贵资源的浪费，而且获得了良好的经济效益［5］。

为了满足伴生气回收利用要求，一种新型全封闭喷油涡旋压缩机组［6］在青西油田得到应用。该机组充分考虑了油田伴生气小气量、要求高可靠性、无人值守等特点，利用涡旋压缩机适应流量小、可靠性高的优势，在实际应用中取得了较好的效果。

1　伴生气回收中的技术问题及解决思路

涡旋压缩机（图1）具有结构简单、易损件少、容积效率高、工作腔磨损小等优点，可以满足伴生气回收高可靠性、小气量的要求。同时，涡旋压缩机易于做成全封闭结构，可以保证伴生气在回收过程的安全性，从总体上看，是用于伴生气回收的理想机型。但是，全封闭涡旋压缩机在压缩天然气这样的熵指数较高的气体时，由于工作腔无法实施外部冷却，必须采用喷油等手段实施内部冷却。

全封闭喷油涡旋压缩机通过合理的油路设计，在考虑压缩机内部机械润滑的同时，充分解决了压缩腔内部冷却的问题，使全封闭涡旋压缩机能够用于伴生气回收。

由于作业区部分油井位置较为偏远，伴生气回收设备需要具有很高的自动控制水平，应当达到自动运行、无人值守的技术要求。目前，全封闭喷油压缩机组已经实现了停开机、排液、排污等全部自动控制，并且通过加入远程传输进行实时监控，整体上达到了无人值守、免日常维护的目标。

图1　涡旋压缩机

2　全封闭喷油涡旋压缩机性能

全封闭喷油涡旋压缩机组流程见图2。油气混合物经过前端气液分离器，除去其中含有的原油杂质。该分离器在保证喷油系统洁净的同时，还可以防止井口大量来油情况下对压缩机造成影响。前端气液分离器设置有自动排污阀，分离器内液位到达指定位置后自动排污。经过分离的天然气进入机组主体部分，经过机组增压后的天然气在通过计量后由排气口排出。机组通过控制设计，实现了自动开停机，自动冷却油，自动排液及放空等功能，达到了无人值守的要求。机组的运行参数通过无线方式进行远程传输，用于监测实时运行状况。

图2　机组流程图

全封闭喷油涡旋压缩机组热力性能见图3，其数据采集自现场。从图3可以看出，压缩机组排气量随进气压力增大而增大，随排气压力增大而减小。测试井的最大进气压力可达0.20 MPa（G），最小进气压力为0.02 MPa（G）。进气压力为0.02 MPa（G），排气压力为1.2 MPa（G）时，排气量（0℃，1 atm）为54 m3/h；进气压力为0.18 MPa（G），排气压力为1.2 MPa（G）时，排气量为144.4 m3/h。

图3　机组在不同工况下的热力性能

3　全封闭喷油涡旋压缩机性能对比

为充分说明全封闭喷油涡旋压缩机性能特点，将其与其他型压缩机进行了比较，见表1。由表1可知，涡旋压缩机不仅具有易损件少、可靠性高、易撬装的优势，而且特别适用于伴生气回收中常见的小流量，具有非常好的推广应用前景。

表1　与其他天然气压缩机型的比较

4　机组在油田伴生气回收中的应用

4.1生产现状

新型伴生气回收压缩机组已经在青西油田窿103井、柳108井及青2-6X井上得到应用。这3口井位置较偏远，在伴生气回收压缩机组安装前，由于气体压力低，伴生气不能进入输送管网，通过井口原油储罐直接放空的方式进行处理。在压缩机组安装后，可以保证油井伴生气在集气增压后进入天然气输送管网，增加了生产效益，并且避免了资源的浪费和对环境的污染。

现场生产工艺流程见图4。油井生产的油气混合物首先进入井口油气分离器，经过分离后，原油进入储罐，伴生气则在通过压缩机组增压后进入天然气输送管网。

表3　应用效果分析

图4　伴生气回收工艺流程图

4.2控制系统设置

考虑到油井正常生产的需要，根据油井的产油能力、工艺流程等情况设置合理的压缩机组控制参数，以保证油井套管压力在生产要求区间内，并且油气分离器内原油进罐正常。机组控制参数设置情况见表2。

表2　控制系统参数设定值

机组进气压力设置为0.03～0.07 MPa（G），用于保证油气分离器内原油正常进罐。排气压力设置为小于1.5 MPa（G），用于保证排气压力不要过高。放空阀开启压力设置为0.3 MPa（G），用于保证压缩机功率在额定范围内。机组油冷却系统运行和传统的螺杆式喷油压缩机系统类似，通过温控阀控制经过冷却器油量，通过监测排气温度控制风扇开启，以保证压缩机喷油温度、排气温度在正常范围内。目前机组设置冷却风扇开关排气温度分别为90℃和85℃，根据季节不同应当及时调节温度控制范围。

4.3应用效果分析

在窿103、柳108及青2-6X井上正式投入运行的压缩机组已经安全生产超过4000 h，回收天然气约600 m3/d，累计年回收天然气量11×104m3。年节能减排效果折合标准煤146 t，预估产生年经济效益22万元（忽略设备运行能耗等因素）。1台压缩机组成本（包括设备和施工安装）约80万元，预期成本回收周期3.5年，压缩机机组投入运行产生的经济和社会效益明显（表3）。

5　结论

新型涡旋式压缩机用于低压低产井伴生气的回收，在技术上是可行的。涡旋式压缩机可通过加入远程传输，实时监控技术，便于油田信息化、数字化、精细化管理水平的提高。可以选择气量较大的井或者通过多个井口串并联的方式，将压缩机组的优势充分发挥出来，达到更好的应用效果。

对低压井伴生气实施回收，不仅避免了油田伴生气直接放空造成的资源浪费，而且消除了对环境的污染和安全隐患，可以降低青西油田油气生产的能源消耗，符合国家节能政策，并产生了一定的经济效益。

［1］苏欣，王胜雷，张琳，等.油田伴生气利用对策及现状［J］.天然气与石油，2008（2）：33-37.

［2］Atkinson M K，Bowery M S，Ford M E，et al.Cylinder block for integral gas compressor and internalcombustionengine［P］：USA，WO2007/047174 A2，2007-04-26.

［3］Emerson process management.Gas compressor overview［C］.Gas-electric partnership conference.USA，2008.7.

［4］戴英波，李智.外围小油田伴生气回收综合利用［J］.油田节能，2004（4）：38-39.

［5］王协琴.回收边远小油田放空天然气的撬装设计［J］.天然气技术，2007（2）：72-75.

［6］彭学院，高翔，冯健美，等.一种全封闭卧式喷油涡旋压缩机：中国，201010604908.5［P］.2012-08-27.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.019

2015-07-14）

吴国罡，高级工程师，1992年毕业于西安石油大学（采油工程专业），从事油田生产、设备及节能节水管理工作，E-mail：wgg@petrochina.com.cn，地址：甘肃玉门市老市区青西油田作业区，735200。