低压套管气回收装置研制及应用

王 娟 丁海玲 李 崎

(1.中国石油华北油田公司第一采油厂；2.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司；3.石油利德建设工程有限公司)

0 引 言

油井在产出原油时伴生大量套管气，由于套管压力小于系统压力，部分套管气无法随原油进入生产系统，在给正常生产作业带来了隐患的同时对环境造成不良影响[1]。近几年随着国家对环境保护要求的提高，随着京津冀一体化建设进程加快，油井套管气环保问题日益突出。回收这部分低压套管气不但能够减少对环境的污染，还能有效利用这部分套管气，减少自用油的消耗，达到节能减排的效果[2]。

1 套管气回收现状

目前，华北油田第一采油厂日常生产油井千余口，在雄安新区、任丘市、高阳县城区及周边有600余口，绝大部分有套管气产生。其中160余口油井套管压力大于系统生产压力，采取安装定压放气阀的方式使其进入生产系统[1]。但仍有540余口油井套管压力等于或低于系统压力，无法进入生产系统，造成套管憋压，动液面下降，严重时可能发生气锁现象，影响油井正常生产[3]。此外给一线员工化学加药操作带来了困难[4]。

2 低压套管气回收装置研发

2015年，华北油田公司第一采油厂为解决任丘市城区低压套管气对城区及居民的影响，研发了悬抽式低压套管气回收装置。该装置依托机械采油现有动力，无需其他额外动力源。

2.1 结构及工作原理

2.1.1 悬抽式低压套管气回收装置结构

悬抽式低压套管气回收装置，主要由悬绳装置、抽气装置、润滑装置、过滤装置4部分组成。其中悬绳装置固定在抽油机游梁的后端，作为动力源。增压抽气泵安装于抽油机三角架的底部。装置安装位置示意见图1，装置结构见图2。

图1 装置安装示意

图2 装置结构

2.1.2 悬抽式低压套管气回收装置工作原理

利用抽油机游梁上下往复运动为动力，由悬绳装置拉动增压抽气泵活塞同步往复运动，增压抽气泵进、出口安装有单流阀，活塞下行游动凡尔打开，下腔气体导入上腔，活塞上行游动凡尔关闭，液缸下腔进气，上腔压缩气体进入输油管线，实现对套管气的回收。

强制润滑装置由油箱、手压泵、油路管线、喷射头组成，为活塞与缸壁提供强制润滑。

2.2 悬抽式低压套管气回收装置现场实验

首台装置安装在任870井，效果良好，日回收套管气200 m3。

在实践中发现套管气中含有轻质油和水，冬季轻质油和水易凝结，影响抽气装置密封效果。为解决此问题，在抽气装置进气前新增过滤装置，见图3，采用自然冷却方式，使套管气中的轻质油和水凝结流回套管中，延长了抽气装置密封的寿命。

图3 新增过滤装置

3 低压套管气回收装置推广应用

3.1 首批低压套管气回收装置应用

单井平均日回收气量计算：941÷9=105 m3。2015年，第一采油厂先后在9口采油井安装了此设备(任85井、任868井、任855井、任862井、任平10井、任平17井、任平1、任平11、任871、任880)，经现场实验证明，该悬抽式低压套管气回收装置效果明显。单井平均日回收套管气105 m3。套管气回收气量见表1。

表1 套管气回收气量

3.2 第二批低压套管气回收装置应用

2017年在集团公司的支持下，第一采油厂在任南、任北、雁翎三个作业区先后安装了18台悬绳式套管气回收装置。单井平均日回收套管气101 m3。套管气回收气量明细见表2。

表2 套管气回收气量明细

3.3 第三批低压套管气回收装置应用

2018年第一采油厂全面推广应用低压套管气回收装置，全厂安装了94套悬抽式低压套管气回收装置，同时将30口丛式井并联使用。2018年套管气回收装置安装分布情况见表3。

表3 2018年套管气回收装置安装分布

4 套管气回收效果分析

4.1 经济效益

该装置依托机械采油现有动力，无需其他额外动力源，对抽油机系统能耗无影响。单井日均回收套管气均在100 m3以上，年回收套管气约550万m3，折合经济效益2 400万元。套管气回收装置单台成本3万元，项目投资回收期为3个月。该装置投资少，见效快，投资回收期短[5]。

4.2 环境效益

回收的套管气，全部用于加热炉燃烧，年可替代自用油1.8万t。用产排污系数法计算，年减排废气156万m3，年减排二氧化硫98 t、氮氧化物21 t。

4.3 社会效益

通过对套管气的回收，减少了套管气直接排放对大气环境的污染，消除了环境隐患。另外通过对套管气的回收，消除了对周边居民的影响，缓解了油田与地方的关系。

5 结论及建议

悬抽式低压套管气回收装置解决了低压套管气回收难题。该此装置设计实用，安装方便；适应范围广，特别适用于套压低于系统压力的油井；装置运行安全可靠，对抽油机系统无影响；有效解决了油井套管气外排的问题，降低了井场隐患，安全环保效益、经济效益、社会效益显著，具有良好的推广应用前景[6]。