低压套管气回收装置在油田的应用

刘宏云，马龙娜，匡凯，莫光明，杜志强，何林文

（中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司第二采油厂，河北 霸州 065700）

原油在生产过程中，当井底流压低于原油的饱和蒸汽压力时，挥发气就会从原油中析出，其中一部分挥发气经抽油泵泵吸采出到地面，另外一部分积聚到油井套管中形成套管气。套管气的主要成分为甲烷、乙烷等烷烃类化合物，还经常含有H2S、CO2、CO、H2O等非烃类化合物和有机杂质。对套管气的处理，目前常用的方式主要是放空和燃烧两种，这两种方式不仅污染环境，还会造成套管气的浪费。根据DB13/2322-2016《工业企业挥发性有机物排放标准》，明确要求排放不得超过100g/m3，回收效率应达到97%。因此，从安全和环保两方面考虑，应积极采取回收油田套管气的技术措施，有效利用这部分套管气，以达到节能减排的目的。

1 套管气回收现状

华北油田某采油厂共有600余口生产油井，其中大部分油井可产生数量不等的套管气，一般油井都安装了定压放气阀进行套管气回收，该装置可根据油井回压调节装置开启压力，当套管气在油套环形空间中的压力高于油井回压时，装置开启，套管气进入到集油管线混输进站，这种方式只适用于气油比较高、气量大的油井，但目前仍有240余口油井的套管压力低于系统压力，定压放气阀无法发挥作用。对于这类油井，现场采取的做法是关闭套管阀门进行生产，但这种方式会使套管存在一定的压力，造成动液面下降，沉没度降低，严重时还有可能发生气锁现象，影响油井正常生产，同时给一线员工进行化学热洗、清蜡加药等作业工作带来困难。

2 悬抽式套管气装置

2.1 工艺原理

经过一段时间的试验摸索，对几种回收方式进行了对比，包括直接向大气排放、电动柴油抽气装置、自控式套管气回收装置和悬抽式套管气回收装置等。最后，采用了悬抽式低压套管气回收装置，该装置借助了抽油机的动力，无需消耗额外的动力。

悬抽式低压套管气回收装置由四部分组成，分别是悬绳装置、增压抽气泵、润滑和过滤装置，其中悬绳装置作为连接动力源被固定在抽油机游梁的后端。增压抽气泵位于抽油机三脚架的底部，工艺安装见图1。

图1 装置安装示意图

该装置的工作原理是利用游梁式抽油机驴头上下往复运动作为动力，无需额外增加动力，通过悬绳装置带动抽气泵进行同步运动，抽气泵的进出口都安装有单流阀，当抽油机上行时，抽气泵活塞下行，泵内游动凡尔打开，气体被导入到上腔体；当抽油机下行时，抽气泵活塞下行，泵内游动凡尔关闭，此时套管气被吸入到液缸的下腔体，同时上腔中被压缩的套管气进入到地面管线，从而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，主要为活塞与缸壁提供强制润滑。

由于套管气中含有一些轻烃和水，当环境温度低于水露点或烃露点时会析出部分液体，这部分液体容易冷凝，影响装置的使用效果。因此在采油树套管气的出口位置安装了过滤装置，使液体回流到油套环形空间中，延长了整体装置的使用寿命。

2.2 技术参数及装置特点

目前，该装置的排气量和抽气泵行程有三种规格，适用于系统压力≤3MPa，冲次大于8次/min，行程调节范围≤150mm的油井，同时还适用于丛式抽油机，可将多个抽油机的套管气回收管路串联，只用一套装置实现多个抽油机的套管气回收，但考虑到联动抽油机过多时，会造成气压过大冲击密封和润滑装置，丛式井的数量不应多于5口。技术参数见表1。

表1 悬抽式套管气回收装置技术参数

该装置结构简单，安全环保，闭环控制，同时依托了现有抽油机的动力，可以提高抽油机动平衡效果，安装位置合理，不影响正常的油井作业和大修，同时可根据气油比大小调节技术参数，实现间歇运行，成本低，投资回收期短。

3 应用效果

将该装置安装在两口油井进行试验，通过一段时间的观察，发现安装前11-20井的套压为0.36-0.6MPa，油压为0.6-0.7MPa；13-114井的套压为1.0MPa，油压为0.2-0.55MPa。安装后两口试验油井的油套压数据均有不同程度的下降，收气量有不同程度的上升，同时上下电流均无明显变化，证明该装置对抽油机能耗的冲击可以忽略不计。具体试验数据见表2。

表2 两口试验井的参数

20口实验井平均单井日回收套管气74m3，日回收套管气1 6 2 7 m3，年可回收利用气量59.4×104m3，折算可减少自用油473t，回收的套管气可供站内加热炉实现烧气。

4 效益分析

通过在某采油厂中120口抽油机井安装套管气回收装置，可实现单井回收气量34.13m3/d，年回收套管气4.09×106m3，折合经济效益约296万元，回收天然气用于站内伴热和采暖，减少了自用油的消耗。该装置投资成本3万元，预计3个月可回收成本。预计可减少185t/d的碳排放（按照CO2进行计算），约67525t/a。按照目前碳排放市场，2019年8月9日天津地区碳交易价格为14.74元/t，重庆地区碳交易价格最低为5.12元/t，按照平均10元/t计算，预计每年可创经济效益67.525万元。可以减少套管气对空气的污染，减少VOCs的排放，体现了企业的社会责任，同时也可缓解油地之间的关系。

5 结束语

采用悬抽式套管气回收装置可以很好地解决低压套管气回收困难的问题，该装置设计简单，无需其他动力辅助设施，对于套管压力低于井口回压的油井也可适用，同时可以多井组串联使用，节省了设备和工程建设投资。但该装置只适用于抽油机，对于用螺杆泵等其他机械方式采油的油井并不适用。今后应完善装置设计，对工艺上的不足进行改进，同时扩展伴生气利用市场，使油田伴生气的经济和环保效益达到最大化。

◆参考文献

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