海上油田伴生气回收外输及碳减排项目研究

吴慧锋 刘景亮 李名强

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤南作业公司）

原油生产过程中伴生气是一种富含甲烷等低分子烷烃的混合气体，是原油的共生气体，属于天然气[1]。伴生气直接放空排放，会造成环境污染，企业能源也没有得到充分利用。随着倡导绿色环保发展经济和天然气的需求量不断增加，油田伴生气的回收利用就显得十分必要。

A平台是一座海洋石油中心处理平台，项目设计原油系统分离出来的伴生气经冷却器和洗涤器处理后，少量伴生气供给热介质锅炉作为燃料，大部分伴生气经过三级洗涤压缩冷却处理后经天然气海管外输。按照该油田开发项目钻完井和工程施工进度计划，外输气海管计划完工晚于平台试运行时间，考虑原油供给需求和企业运营效益，该平台按时投入试运行，在原油开采和处理过程中，如果大量伴生气通火炬放空燃烧，不但会造成海洋大气环境污染，而且浪费国家不可再生能源。

1 油田概况

A中心平台和井口平台设计潜力油气井46口，潜力配产油田最大产油量4 301 m3/d，潜力配产油田最大产气量32.9×104m3/d。平台井口产出的物流经过原油加热器加热到80℃，然后进入生产分离器进行油气水三相分离，分离出来的原油经外输泵增压，通过原油海管进行外输。分离出来的天然气经过冷却后进入伴生气洗涤器，洗涤器出来的天然气少量伴生气供给锅炉作为燃料，外输气海管建造完工投用后，大量天然气经过三级洗涤压缩冷却储存到伴生气接收罐，最后经过气海管外输。洗涤器出口还有一路通过火炬放空。A平台工艺流程简图见图1。

图1 A平台工艺流程简图

根据油田地质特点、钻完井进度计划和平台建造实施进度，平台投入试运行后外输气海管不具备外输条件，锅炉每天消耗天然气约0.3×104m3/d，大量伴生气面临放空燃烧问题。为防止海洋大气环境污染和增加企业运营效益，提出原油海管掺气外输回收伴生气的设想。

2 原油海管掺气外输可行性分析

该平台原油外输海管长约21 km，管道埋深为1.5 m，管线为钢管结构，内管为10"，外径为16"，总传热系数为0.95 W/(m2·℃)，海管最大操作温度为85℃，管线最大操作压力3 070 kPa。原油外输海管示意图见图2。

图2 原油外输海管示意图

根据A平台环境参数、外输流体性质、原油外输海管参数、输送量、配产数据和物性数据，进行海管最小外输量及最大外输量的水力和热力核算，见表1。

表1 海管最小外输量及最大外输量的水力和热力核算

基于海管工艺校核结果可知，掺气后海管的最大操作压力为3 000 kPa，最大操作温度为80℃，实际操作压力和操作温度均小于设计值，海管正常运行状态下，操作温度远高于水合物形成温度。根据海管原设计流程，停输状态下，在流体温降至凝固点29℃之前，海管应启动置换流程，所以停输后依旧不会有水合物形成。该海管工艺条件满足掺气外输要求。

原油外输海管在原设计运行工况下输送介质为油水混输，海管设计腐蚀裕量为3 mm。原油海管掺气外输，输送介质的腐蚀性增强。依据模拟的掺气外输工况和原设计腐蚀性气体CO2的含量数据，通过ECE5腐蚀计算软件，计算该外输海管在临时工况下的内腐蚀速率。模拟最大外输工况下A原油海管腐蚀计算见表2。

根据以上计算数据，按照海管工艺模拟最大外输工况下，海管腐蚀速率为0.82 mm/a，添加缓蚀剂后腐蚀速率为0.12 mm/a。如原油海管临时输送天然气，之后恢复原设计工况，参考A油田开发项目原腐蚀计算结果，设计寿命期内管道腐蚀约为0.94 mm，管道设计3 mm腐蚀裕量，满足海管腐蚀要求，同时建议在进行油气水混输前要进行缓蚀剂的筛选，掺气外输时添加缓蚀剂以保证腐蚀裕量在控制范围内。

表2 模拟最大外输工况下A原油海管腐蚀计算

3 现场应用

3.1 工艺流程改造

核算海管工艺和腐蚀裕量满足输送伴生气要求后，实施原油海管掺气外输适应性工艺流程改造。新增加天然气接收罐出口管线至原油外输海管入口的伴生气输送流程，新流程管线上游安装关断阀SDV，下游安装安全阀PSV，满足安全生产需要。安装温度变送器TT、压力变送器PT、流量计FT和调节阀FIC，升级中控系统紧急关断系统和过程控制系统逻辑，以满足工艺流程监控需要。伴生气回收及掺气外输流程简图见图3。改造后，投用三级洗涤压缩冷却压缩机设备、伴生气接收罐和新增工艺流程。生产分离器出来的伴生气首先经过洗涤罐处理，经过压缩机增压输送到接收罐，新增流程经过调节阀稳定流量后，输送到原油外输海管入口，经过原油海管和原油一起外输。

图3 伴生气回收及掺气外输流程简图

3.2 应用效果

此项目投用后，平台火炬火焰明显减小，每天最多掺气外输5×104m3。在原油海管掺气外输过程中，按推荐型号和注入量注入缓蚀剂，依据检测数据，腐蚀量在3 mm腐蚀裕量范围内。投用100天，共回收伴生气469×104m3，节约标煤约6 000 t，减少碳排放约10 000 t。

4 结论

1）伴生气回收外输及碳减排项目实现采油A平台试运行前期伴生气回收，为企业低碳绿色经营和油田上产增效提供参考经验。

2）后期虽然外输气海管建造完工投用，但是下游油田随着开采开发，C平台将出现天然气自产气量不满足主机自耗的需求，可继续通过此项目流程为C平台补给天然气，实现油田群之间物流相互充分利用、维持生产、保证油田群可持续开发。