低壓套管氣回收裝置研制及應(yīng)用

王 娟 丁海玲 李 崎

(1.中國(guó)石油華北油田公司第一采油廠；2.中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司；3.石油利德建設(shè)工程有限公司)

0 引 言

油井在產(chǎn)出原油時(shí)伴生大量套管氣，由于套管壓力小于系統(tǒng)壓力，部分套管氣無法隨原油進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，在給正常生產(chǎn)作業(yè)帶來了隱患的同時(shí)對(duì)環(huán)境造成不良影響[1]。近幾年隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的提高，隨著京津冀一體化建設(shè)進(jìn)程加快，油井套管氣環(huán)保問題日益突出?；厥者@部分低壓套管氣不但能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，還能有效利用這部分套管氣，減少自用油的消耗，達(dá)到節(jié)能減排的效果[2]。

1 套管氣回收現(xiàn)狀

目前，華北油田第一采油廠日常生產(chǎn)油井千余口，在雄安新區(qū)、任丘市、高陽(yáng)縣城區(qū)及周邊有600余口，絕大部分有套管氣產(chǎn)生。其中160余口油井套管壓力大于系統(tǒng)生產(chǎn)壓力，采取安裝定壓放氣閥的方式使其進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)[1]。但仍有540余口油井套管壓力等于或低于系統(tǒng)壓力，無法進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，造成套管憋壓，動(dòng)液面下降，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生氣鎖現(xiàn)象，影響油井正常生產(chǎn)[3]。此外給一線員工化學(xué)加藥操作帶來了困難[4]。

2 低壓套管氣回收裝置研發(fā)

2015年，華北油田公司第一采油廠為解決任丘市城區(qū)低壓套管氣對(duì)城區(qū)及居民的影響，研發(fā)了懸抽式低壓套管氣回收裝置。該裝置依托機(jī)械采油現(xiàn)有動(dòng)力，無需其他額外動(dòng)力源。

2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1.1 懸抽式低壓套管氣回收裝置結(jié)構(gòu)

懸抽式低壓套管氣回收裝置，主要由懸繩裝置、抽氣裝置、潤(rùn)滑裝置、過濾裝置4部分組成。其中懸繩裝置固定在抽油機(jī)游梁的后端，作為動(dòng)力源。增壓抽氣泵安裝于抽油機(jī)三角架的底部。裝置安裝位置示意見圖1，裝置結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 裝置安裝示意

圖2 裝置結(jié)構(gòu)

2.1.2 懸抽式低壓套管氣回收裝置工作原理

利用抽油機(jī)游梁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)為動(dòng)力，由懸繩裝置拉動(dòng)增壓抽氣泵活塞同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)，增壓抽氣泵進(jìn)、出口安裝有單流閥，活塞下行游動(dòng)凡爾打開，下腔氣體導(dǎo)入上腔，活塞上行游動(dòng)凡爾關(guān)閉，液缸下腔進(jìn)氣，上腔壓縮氣體進(jìn)入輸油管線，實(shí)現(xiàn)對(duì)套管氣的回收。

強(qiáng)制潤(rùn)滑裝置由油箱、手壓泵、油路管線、噴射頭組成，為活塞與缸壁提供強(qiáng)制潤(rùn)滑。

2.2 懸抽式低壓套管氣回收裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

首臺(tái)裝置安裝在任870井，效果良好，日回收套管氣200 m3。

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)套管氣中含有輕質(zhì)油和水，冬季輕質(zhì)油和水易凝結(jié)，影響抽氣裝置密封效果。為解決此問題，在抽氣裝置進(jìn)氣前新增過濾裝置，見圖3，采用自然冷卻方式，使套管氣中的輕質(zhì)油和水凝結(jié)流回套管中，延長(zhǎng)了抽氣裝置密封的壽命。

圖3 新增過濾裝置

3 低壓套管氣回收裝置推廣應(yīng)用

3.1 首批低壓套管氣回收裝置應(yīng)用

單井平均日回收氣量計(jì)算：941÷9=105 m3。2015年，第一采油廠先后在9口采油井安裝了此設(shè)備(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)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，該懸抽式低壓套管氣回收裝置效果明顯。單井平均日回收套管氣105 m3。套管氣回收氣量見表1。

表1 套管氣回收氣量

3.2 第二批低壓套管氣回收裝置應(yīng)用

2017年在集團(tuán)公司的支持下，第一采油廠在任南、任北、雁翎三個(gè)作業(yè)區(qū)先后安裝了18臺(tái)懸繩式套管氣回收裝置。單井平均日回收套管氣101 m3。套管氣回收氣量明細(xì)見表2。

表2 套管氣回收氣量明細(xì)

3.3 第三批低壓套管氣回收裝置應(yīng)用

2018年第一采油廠全面推廣應(yīng)用低壓套管氣回收裝置，全廠安裝了94套懸抽式低壓套管氣回收裝置，同時(shí)將30口叢式井并聯(lián)使用。2018年套管氣回收裝置安裝分布情況見表3。

表3 2018年套管氣回收裝置安裝分布

4 套管氣回收效果分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

該裝置依托機(jī)械采油現(xiàn)有動(dòng)力，無需其他額外動(dòng)力源，對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)能耗無影響。單井日均回收套管氣均在100 m3以上，年回收套管氣約550萬m3，折合經(jīng)濟(jì)效益2 400萬元。套管氣回收裝置單臺(tái)成本3萬元，項(xiàng)目投資回收期為3個(gè)月。該裝置投資少，見效快，投資回收期短[5]。

4.2 環(huán)境效益

回收的套管氣，全部用于加熱爐燃燒，年可替代自用油1.8萬t。用產(chǎn)排污系數(shù)法計(jì)算，年減排廢氣156萬m3，年減排二氧化硫98 t、氮氧化物21 t。

4.3 社會(huì)效益

通過對(duì)套管氣的回收，減少了套管氣直接排放對(duì)大氣環(huán)境的污染，消除了環(huán)境隱患。另外通過對(duì)套管氣的回收，消除了對(duì)周邊居民的影響，緩解了油田與地方的關(guān)系。

5 結(jié)論及建議

懸抽式低壓套管氣回收裝置解決了低壓套管氣回收難題。該此裝置設(shè)計(jì)實(shí)用，安裝方便；適應(yīng)范圍廣，特別適用于套壓低于系統(tǒng)壓力的油井；裝置運(yùn)行安全可靠，對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)無影響；有效解決了油井套管氣外排的問題，降低了井場(chǎng)隱患，安全環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著，具有良好的推廣應(yīng)用前景[6]。