南翼山油田區(qū)塊放空天然氣回收技術(shù)應(yīng)用

焦曉明 何國珍 李沛東 王斌 李明 劉彬

（青海油田公司采油四廠）

1 區(qū)塊基本情況

1.1 區(qū)塊特點及儲量

青海油田位于青海省海西州茫崖市，地處柴達(dá)木盆地，屬高原氣候，各采油廠作業(yè)區(qū)分布范圍廣，且多處于無人區(qū)，油井分布分散，伴生氣（含尾氣，下同）管道回收困難。根據(jù)青海油田公司天然氣事業(yè)部提供的2016年初步數(shù)據(jù)顯示，油田每天井口伴生氣放空量約為42.5×104m3以上，（其中花土溝鎮(zhèn)區(qū)塊10×104m3/d、獅子溝區(qū)塊15×104m3/d、英東區(qū)塊5×104m3/d、南翼山區(qū)塊2×104m3/d、牛東區(qū)塊3.5×104m3/d、東坪區(qū)塊7×104m3/d），現(xiàn)基本采用燃燒放空處理。燃燒排放的氣體是典型的溫室效應(yīng)氣體，會帶來氣候變暖，能源浪費(fèi)，土地荒漠化等一系列后果。

油井放空天然氣回收符合國家節(jié)能減排要求，可大量減少有毒有害氣體排放，符合中國石油集團(tuán)公司、以及青海油田公司清潔化生產(chǎn)及其它環(huán)保要求。由于南翼山油田所處區(qū)域為整裝區(qū)塊，大部分井口伴生氣較為集中，相較于油田其他區(qū)塊回收成本低、回收流程短，本著節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的宗旨，青海油田提出了對放空氣進(jìn)行回收的方案，并引入具備資質(zhì)及技術(shù)的中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司重慶運(yùn)輸總公司，率先對青海油田采油四廠南翼山區(qū)塊的放空天然氣（含尾氣）開展試驗回收。

1.2 伴生氣組份

經(jīng)過組分分析，采油四廠南翼山區(qū)塊油井伴生氣內(nèi)除烴類外，還含有水蒸氣、氮氣以及相當(dāng)數(shù)量的二氧化碳等酸性氣體。放空回收技術(shù)就是利用現(xiàn)代成熟技術(shù)對天然氣進(jìn)行凈化，同時收集輕烴產(chǎn)品。對比濕氣及干氣各組分含量及發(fā)熱量。濕氣及干氣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境組分化驗結(jié)果見表1。

表1 濕氣及干氣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境組分化驗結(jié)果

2 放空氣回收技術(shù)研究

針對南翼山區(qū)塊伴生氣組份，討論提出具體回收應(yīng)用方式，并在實際工作中得到應(yīng)用。工藝概況為除雜質(zhì)、冷凝、回收三個部分。

2.1 天然氣凈化

天然氣凈化需要將水蒸氣、二氧化碳等氣脫出后，返輸干氣現(xiàn)場使用，其中天然氣脫水主要方法有：冷凍法、液體吸收法、固體吸收法。

冷凍法：將含水天然氣降溫，使氣中所含水分析出繼而進(jìn)行排放。

1）氨制冷：液氨氣化時要吸收大量的熱量，利用氨氣化吸收天然氣熱量，使其溫度下降到-5～-10℃。

2）節(jié)流膨脹：天然氣經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓后，管內(nèi)天然氣在近似絕熱條件下膨脹，致使天然氣自身溫度降低。

3）加壓后冷卻：天然氣在溫度不變的條件下，含水量隨壓力的增高而減少，因而可以先對天然氣加壓然后冷卻除去水分。

液體吸收法：采用吸濕性較強(qiáng)的液體與天然氣接觸，氣中含水被吸收，吸收了水分的液體經(jīng)處理再生后重復(fù)使用。吸濕液主要是甘醇（三甘醇、二甘醇），使用較多的為三甘醇。

固體吸收法：采用內(nèi)部孔隙很多、內(nèi)部比面積很大的固體物質(zhì)與含水天然氣接觸，氣中的水被吸附于固體物質(zhì)的孔隙中。被水飽和了的固體物質(zhì)經(jīng)加熱再生后重復(fù)使用。常用固體吸附物有：硅膠、分子篩、活性鐵礬土、活性氧化鋁等。

2.2 輕烴回收

工藝主要有三類：油吸收法；吸附法；冷凝分離法。當(dāng)前，普遍采用冷凝分離法實現(xiàn)輕烴回收。冷凝分離法利用原料氣中各組分沸點不同的特點，在逐步降溫過程中，將沸點較高的烴類冷凝分離出來，該法的特點是需要提供足夠的冷量使氣體降溫。冷量有用冷劑制冷的，有用氣體膨脹制冷的，或者聯(lián)合應(yīng)用兩種制冷工藝的。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況及效果

3.1 基本概況

青海油田采油四廠南翼山區(qū)塊（原南翼山天然氣公司）放空天然氣回收技術(shù)，是利用該區(qū)塊原油單井內(nèi)富含油田氣的特點，采用就近集中原則，布置天然氣回收撬裝置。項目開展前，套氣除部分用以單井加溫外，大部分隨空氣自然排放流失。項目主要對采油四廠南翼山油田E13、E23深層天然氣及Ⅰ+Ⅱ、Ⅲ+Ⅳ、Ⅴ油組淺層伴生氣進(jìn)行回收，就近建立回收站2座，集中對南翼山1#～5#集輸撬來氣進(jìn)行計量、增壓、脫水、脫烴等工藝，回收天然氣中的混烴，并將合格干氣經(jīng)調(diào)壓后輸送至集輸站調(diào)壓閥組區(qū)供集輸站自用和外輸，整套裝置設(shè)計額定處理量為15×104m3/d。

該項目建設(shè)地點位于青海省柴達(dá)木盆地西部北區(qū)，位于青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市花土溝鎮(zhèn)，距花土溝石油基地西北方向約51km，占地面積2800m2。

3.2 技術(shù)應(yīng)用

放空天然氣回收技術(shù)，適用于油井伴生氣資源豐富，分布集中，生產(chǎn)穩(wěn)定區(qū)塊，油田伴生氣可直接進(jìn)入管網(wǎng)的伴生氣和零散及邊遠(yuǎn)井區(qū)的伴生氣?？芍苯舆M(jìn)入管網(wǎng)伴生氣產(chǎn)量較大，經(jīng)過凈化處理可以直接進(jìn)入主干管網(wǎng)，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟。零散及邊遠(yuǎn)井區(qū)的伴生氣分散且量小，遠(yuǎn)離天然氣主干管網(wǎng)，不適宜敷設(shè)專管外輸，從經(jīng)濟(jì)和投資的角度不適于采用常規(guī)天然氣及輕烴回收裝置。

3.3 天然氣回收工藝

南翼山油田區(qū)塊放空天然氣回收技術(shù)主要工藝：濕氣來氣后先進(jìn)行計量，然后進(jìn)入緩沖罐緩沖，壓縮機(jī)增壓，增壓后進(jìn)入脫水撬脫水，脫水后進(jìn)入脫烴裝置對組分中的重?zé)N、輕烴分離，分離后混烴進(jìn)入混烴儲罐，干氣分2路，一路通過調(diào)壓供集輸站自用；另1路直接外輸，天然氣回收流程見圖1。包括儀表自控、電氣、通信、消防等配套設(shè)施。

圖1 天然氣回收流程

3.4 輕烴冷凝回收工藝

南翼山油田區(qū)塊輕烴回收技術(shù)主要采取冷凝脫烴工藝，主要運(yùn)行特點:

一定過熱度的氣態(tài)制冷劑在制冷壓縮機(jī)內(nèi)壓縮成高溫高壓氣體，排入到冷凝器中，在冷凝器中被冷卻成高壓低溫的液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑通過節(jié)流裝置即膨脹閥或者毛細(xì)管節(jié)流作用成低壓低溫氣液兩相混合物，低溫低壓制冷劑進(jìn)入到換熱器中與天然氣進(jìn)行換熱，將天然氣冷卻到目標(biāo)溫度，自身成為低壓常溫過熱氣態(tài)制冷劑，進(jìn)入到制冷壓縮機(jī)中進(jìn)行下一次循環(huán)。

3.5 應(yīng)用前景

南翼山區(qū)塊實施伴生套管氣治理項目，針對套壓井套氣回收展開試驗，檢測套氣組份，合理套壓，開展伴生氣回收，實現(xiàn)套氣及附屬產(chǎn)品產(chǎn)量化生產(chǎn)。項目開展以來，已累計實現(xiàn)處理濕氣12372.8×104m3，干氣回收11248.48×104m3，生產(chǎn)輕烴8967t。同時結(jié)合該油區(qū)套氣產(chǎn)出特點，不斷優(yōu)化方案擴(kuò)大處理能力，利用往復(fù)式活塞壓縮機(jī)套管氣回收裝置，通過增壓、脫水、脫烴等步驟，劃分區(qū)域進(jìn)行集中收氣，確保套氣全面回收。

每方天然氣相當(dāng)于標(biāo)煤1.2143kg，年回收天然氣約2200×104m3，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤29260t，約折合81051t二氧化碳。

4 結(jié)語

天然氣作為一種清潔能源，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)能源領(lǐng)域中，南翼山油田區(qū)塊放空天然氣的回收技術(shù)應(yīng)用取得了較好的效果，節(jié)能減排，降低因天然氣放空燃燒對環(huán)境的污染和天然氣中C3及以上物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生的PM2.5對人體的傷害。作為一項成熟技術(shù)可充分討論推廣至全油田各區(qū)塊的必要性，最終應(yīng)用至油田放空天然氣含量較大地區(qū)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益及社會效益全面提升。