降低海上油氣田火炬放空天然氣量的技術(shù)思路探討

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(中國(guó)海洋石油有限公司，北京 100010)

0 引 言

《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃》將萬(wàn)元GDP能耗降低20%左右和主要污染物(COD和SO2)排放總量降低10%作為兩個(gè)約束性指標(biāo)，并把節(jié)能減排納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)考核體系，國(guó)資委將節(jié)能減排作為中央企業(yè)負(fù)責(zé)人經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)考核的重要內(nèi)容，實(shí)行“問(wèn)責(zé)制”和“一票否決”制。2008年4月1日，修訂后的《節(jié)能法》正式實(shí)施，標(biāo)志著節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境正式成為我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，中海油被列入30家國(guó)家節(jié)能減排實(shí)施單位之一。

部分海上油氣田在投產(chǎn)以來(lái)，發(fā)現(xiàn)除了生產(chǎn)設(shè)施自用與外輸外，還有每天幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)方的富余天然氣放空到火炬燃燒，產(chǎn)生溫室氣體排放到大氣中，造成大氣污染，同時(shí)也造成清潔能源的浪費(fèi)，不符合節(jié)能減排政策。某油田燃燒的火炬如圖1所示。

1 海上氣田中心處理設(shè)施減少主火炬排空天然氣量的可行性思路

氣田在正常操作條件下放空到火炬系統(tǒng)的天然氣來(lái)源于常明燈用氣、凝析油聚結(jié)分離器用的覆蓋氣或閃蒸氣、脫水介質(zhì)的閃蒸氣、污水處理系統(tǒng)的溶解氣等。一般情況下常明燈用氣、脫水介質(zhì)的閃蒸氣、污水處理系統(tǒng)的溶解氣這些天然氣因天然氣量小無(wú)工業(yè)回收價(jià)值。但是凝析油聚結(jié)分離器用的覆蓋氣或閃蒸氣從來(lái)源和去向上可根據(jù)氣田不同開(kāi)發(fā)時(shí)期設(shè)計(jì)流程，使該部分天然氣得到回收利用，如圖2所示。

圖1 某油田燃燒的火炬

圖2 回收利用流程圖

通過(guò)上述流程優(yōu)化調(diào)整后，一方面減少了去火炬系統(tǒng)的燃燒天然氣量，另一方面使火焰濃煙程度變小(因凝析油聚結(jié)分離器分離出來(lái)的氣體含重組份較高)。

2 離岸較遠(yuǎn)且比較獨(dú)立的油氣田減少主火炬排空天然氣量的可行性思路

2.1 用冷劑分離法回收VOC并將其分離后生產(chǎn)液化氣和輕烴，可減少火炬放空量

油田伴生氣中除含甲烷、乙烷外，還常常含有易揮發(fā)有機(jī)混合物(VOC，通?？煞譃橐夯瘹夂湍鲇?，回收VOC并將其進(jìn)行分離后生產(chǎn)液化氣和輕烴。

冷劑制冷分離屬于冷凝分離法，它是利用物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)對(duì)原料天然氣制冷使輕烴冷凝而實(shí)現(xiàn)與干氣的分離，適合于天然氣具有C3+含量較高、壓力偏低、可用壓差小、裝置的處理量較小等特點(diǎn)。

如某油田VOC回收裝置主要由三大模塊組成：

(1)LPG回收處理系統(tǒng)，它包括LPG回收處理橇、熱油系統(tǒng)改造、冷卻水橇；

(2)LPG外輸站，它包括外輸泵橇、外輸計(jì)量及外輸軟管殘液回收橇、外輸滾筒橇；

(3)LPG儲(chǔ)罐，共有四個(gè)儲(chǔ)液罐，每個(gè)儲(chǔ)存罐700 m3，共儲(chǔ)存2 800 m3的LPG。工藝流程圖如圖3所示

圖3 工藝流程圖

該項(xiàng)目于2006年10月投產(chǎn)至2007年底共回收5.25萬(wàn)m3液化氣(按年度液化氣銷(xiāo)售量)及3.65萬(wàn)m3凝析油(實(shí)際裝艙量，質(zhì)量流計(jì)量)，相當(dāng)于減少排放二氧化碳14萬(wàn)t，按照2007年的銷(xiāo)售均價(jià)計(jì)，項(xiàng)目創(chuàng)造利稅3.6億元，火炬放空天然氣量從2006年的3496萬(wàn)m3降至2007年的627萬(wàn)m3，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排效益取得非常突出的成績(jī)，已全部收回投資。

2.2 將富余的油田伴生氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后回注地層儲(chǔ)存或用于提高采收率可減少火炬的放空量

一般油田油藏由幾個(gè)斷塊構(gòu)成，通過(guò)精細(xì)研究油藏?cái)鄩K，找出適合天然氣存儲(chǔ)或利于提高采收率的油藏?cái)鄩K，向該油藏?cái)鄩K注入壓縮后的天然氣，以用于提高油田采收率或油田后期缺氣時(shí)再開(kāi)發(fā)利用，以達(dá)到節(jié)約資源(天然氣)、節(jié)約二次能源(柴油)、或增油的目標(biāo)。伴生氣回注地層還包括井筒工藝及飽和天然氣水化物預(yù)防措施的配套研究。

一個(gè)中等規(guī)模油田的伴生氣除了設(shè)施自用外，富余的天然氣量一般在每天幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)不等，小排量的高壓天然氣壓縮機(jī)比較適用。下圖為某油田典型的地面工藝流程圖，如圖4所示。

圖4 某油田典型地面工藝流程圖

2.3 利用小型航空渦輪燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電減少小氣量的油田伴生氣的火炬放空量

當(dāng)一個(gè)油田伴生天然氣量在每天幾萬(wàn)方左右時(shí)，用于回注或回收的經(jīng)濟(jì)效益較差，如果采用可移動(dòng)的小型航空渦輪發(fā)電機(jī)將伴生氣轉(zhuǎn)化為電能，減少油田用一次能源(原油)或二次能源(柴油)發(fā)電的消耗量，以達(dá)到減少放空量和節(jié)約一次能源或二次能源消耗的雙重目標(biāo)。下圖為某油田利用小型航空渦輪燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電的工作原理圖，如圖5所示。

圖5 工作原理圖

3 利用小型壓縮機(jī)或輕烴泵把富余的天然氣或低壓輕烴壓縮后注入外輸海管，以減少火炬放空量

有登陸海管的海上油氣處理設(shè)施，天然氣在壓縮、冷卻、分離等過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一部分低壓輕烴，在先期的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般是回到原油穩(wěn)定分離系統(tǒng)，這部份輕烴在原油穩(wěn)定過(guò)程又分離出來(lái)，重新回到火炬放空系統(tǒng)。另一方面原油在穩(wěn)定分離過(guò)程中每天有幾萬(wàn)方左右的伴生天然氣量，因壓力低就放空到火炬放空系統(tǒng)燃燒。

如果把油氣處理設(shè)施中分離出來(lái)的低壓輕烴集中起來(lái)通過(guò)輕烴泵增壓后直接外輸?shù)胶９?，在陸岸進(jìn)行綜合處理，不讓其在海上設(shè)施循環(huán)放空到火炬系統(tǒng)燃燒，減少輕烴的排放量，如圖6所示。

圖6

用小型天然氣壓縮機(jī)把油田的伴生氣壓縮后進(jìn)入天然氣處理系統(tǒng)外輸。下圖為某油田利用小型壓縮機(jī)回收伴生氣的示意圖，如圖7所示。

圖7

4 用海底輸氣管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)油氣田富余伴生氣和地層氣的綜合利用，以減少單獨(dú)開(kāi)發(fā)時(shí)放空到火炬燃燒的問(wèn)題

隨著區(qū)域油田開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，根據(jù)區(qū)域勘探評(píng)價(jià)和產(chǎn)能規(guī)劃研究成果，結(jié)合區(qū)域潛力前景展望分析，在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，統(tǒng)籌考慮已開(kāi)發(fā)項(xiàng)目設(shè)施、在開(kāi)發(fā)項(xiàng)目滾動(dòng)開(kāi)發(fā)計(jì)劃以及周邊小油田接入的可行性，將若干區(qū)塊或構(gòu)造作為一個(gè)開(kāi)發(fā)整體區(qū)域或一個(gè)油田來(lái)開(kāi)發(fā)，進(jìn)行全面規(guī)劃、分步實(shí)施，以達(dá)到所有資源的共享。

建設(shè)區(qū)域輸氣管網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配氣源可解決有的油田富氣，有的油田缺氣問(wèn)題；還可以與陸岸終端連接，達(dá)到向陸地輸氣最大化的目的。

下圖為某區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供氣項(xiàng)目示意圖，如圖8所示。

圖8 區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供氣示意圖

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)海上油氣田放空到火炬系統(tǒng)的氣體來(lái)源進(jìn)行分析，氣體經(jīng)過(guò)壓縮、回注、發(fā)電、外輸、流程優(yōu)化調(diào)整等技術(shù)，使放空到火炬系統(tǒng)的可燃流體減少，使油氣田火炬放空天然氣量減小成為可行，同時(shí)達(dá)到收益、節(jié)能、減排三重目的。

[1] 王聚鋒，劉光成.海上油田富余伴生氣回注技術(shù)研究與應(yīng)用[S].中國(guó)石油協(xié)會(huì)2008年全國(guó)石油石化企業(yè)節(jié)能減排技術(shù)交流會(huì)，2008.

[2] 劉祖仁.文昌13-1/2油田放空天然氣回收技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐[S].中國(guó)石油協(xié)會(huì)2008年全國(guó)石油石化企業(yè)節(jié)能減排技術(shù)交流會(huì)，2008.

[3] 中海石油研究中心.渤西渤南聯(lián)合供氣可行性研究報(bào)告[S].內(nèi)部資料.