某海上油田高效回收輕烴技術改造方案分析和應用

王 睿，代齊加，徐學智，方 剛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459）

1 項目背景概述

目前隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，國內外對不可再生資源的依賴程度越來越高。國家提出增儲上產“七年行動計劃”以來，國內各大油氣田順勢而為，紛紛制定相應計劃加大勘探開發(fā)力度，全力保障國家能源供應。輕烴作為油田開發(fā)生產中的伴生副產品，通常未經(jīng)回收處理直接通過火炬燃燒放空，造成了資源的嚴重浪費和環(huán)境污染，與國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略背道而馳。因此，輕烴回收利用項目順勢而生。

某油田由 1 個中心平臺和 3 個井口平臺組成，該油田為原油外輸樞紐，在設計中無天然氣外輸流程，所產出天然氣全部用作透平發(fā)電，其余天然氣通過火炬燃燒放空。該油田油井產出與上游油田物流共同進入原油處理系統(tǒng)，熱化學處理器分離出的伴生氣進入低壓壓縮機，通過低壓壓縮機凝析油分離器進行氣液分離。分離后氣體進入燃氣系統(tǒng)繼續(xù)增壓處理，而分離出的輕烴通過排液閥排入閉排系統(tǒng)，再由閉排泵增壓轉入原油處理系統(tǒng)。

在油田開發(fā)生產中，液態(tài)輕烴富集到閉排系統(tǒng)，由于閉排系統(tǒng)為常壓罐，受壓力及溫度的變化，液態(tài)輕烴揮發(fā)生成的重組分含量較高的氣體直接進入火炬系統(tǒng)燃燒放空，造成火炬黑煙嚴重，污染環(huán)境［1］。為合理有效利用平臺輕烴資源，需要對現(xiàn)有流程進行優(yōu)化改造，以實現(xiàn)輕烴的高效回收利用［2］。

2 生產現(xiàn)狀問題分析

2.1 原設計無法對輕烴液位有效監(jiān)測

原工藝流程中，浮子液位計的設計未考慮流程出現(xiàn)輕烴的因素。原流程中液位計的浮子密度為0.69 g/cm3，而輕烴密度遠小于0.69 g/cm3，造成原流程浮子液位計無法正常實時監(jiān)測輕烴液位，導致虛假液位，影響生產人員對流程實時監(jiān)控和準確判斷，給油田生產帶來了巨大的安全隱患。

2.2 應急設備正常運轉可靠性降低

油田天然氣低壓系統(tǒng)的凝析油分離器將接收的天然氣進行氣液分離。分離后的氣體進入天然氣處理系統(tǒng)，液態(tài)輕烴排入閉排系統(tǒng)。由于輕烴的沸點和飽和蒸汽壓較低，故閉排泵轉輸過程中容易發(fā)生氣蝕而無法正常運行，同時，由于氣蝕引起離心泵震動過大、加速設備損耗，導致設備性能下降［3］。閉排系統(tǒng)屬于應急設備，閉排罐由于輕烴過多無法轉輸而造成長期處于高液位，降低了油田應急設備的可靠性，導致油田應急能力驟降，直接影響到油田的安全穩(wěn)定生產。

2.3 嚴重影響原油處理系統(tǒng)流程穩(wěn)定性

輕烴通過閉排系統(tǒng)進入生產分離器，而輕烴一旦進入生產分離器則會降低原油的脫水效果，使污水系統(tǒng)頻繁收油，加劇原油系統(tǒng)處理壓力，造成原油處理系統(tǒng)紊亂，嚴重影響原油外輸樞紐平臺生產的安全性和穩(wěn)定性。

2.4 燃燒產生黑煙造成環(huán)境污染

輕烴進入閉排系統(tǒng)，由于壓力和溫度的變化，導致輕烴揮發(fā)生成的重組分含量較高的氣體直接進入火炬分液罐，并通過火炬系統(tǒng)進行燃燒。由于燃燒不充分產生黑煙造成環(huán)境污染。

2.5 資源浪費

經(jīng)核算低壓壓縮機排液閥開度得出，每天排放至閉排系統(tǒng)的輕烴量約為10 m3/d，每年損失輕烴資源約為 3 650 m3。如果能夠合理利用，必將利于緩解能源緊張的嚴峻形勢。

3 優(yōu)化解決方案

3.1 優(yōu)化浮子液位計浮子密度

經(jīng)過化驗核定得出液態(tài)輕烴密度，最終選取密度為0.48 g/cm3的浮子對流程進行實時監(jiān)控。因此，該油田將生產流程中受輕烴影響的液位計浮子進行統(tǒng)一更換，切實解決了原浮子液位計由于密度過大無法正常監(jiān)視流程中輕烴的問題。目前新更換的低密度浮子應用效果良好，能夠及時、準確判斷流程中存在的輕烴量，為油田的安全生產提供了堅實的保障。

3.2 改造工藝流程

表1為某油田放空氣全組分組成分析結果，可以看出該油田C3—C6組分占比7.88%，超過火炬產生黑煙的最小臨界值6%［4］，說明該油田天然氣中重組分含量偏高。但由于該油田天然氣產量并不是很高，大部分用作透平發(fā)電，僅有少量通過火炬燃燒放空，無需再加設一套輕烴回收系統(tǒng)，僅需將現(xiàn)有流程優(yōu)化改造，便可實現(xiàn)液態(tài)輕烴的回收利用。因此，為解決流程紊亂影響油田安全生產、輕烴浪費、燃燒不充分導致火炬黑煙造成環(huán)境污染現(xiàn)象，油田利用現(xiàn)有流程進行適應性改造，見圖1。

表1 某油田放空氣全組分組成分析結果Tab.1 Results of component analysis of vented gas in an oilfield

圖1 油田部分工藝流程簡圖Fig.1 Part of process flow diagram of oilfield

低壓壓縮機凝析油分離器操作壓力為550 kPaG，熱化學分離器操作壓力為65 kPaG，根據(jù)設備布置位置、壓差關系和設備處理能力，滿足物流由高壓端向低壓端排液的條件，故可以對流程優(yōu)化改造，其具體改造方案如圖2所示。將低壓壓縮機氣液分離罐中液相排液閥截斷，通過低壓壓縮機底部排液管線預留口連接管線接入至熱化學分離器入口，將輕烴一部分較輕組分通過揮發(fā)燃燒，較重組分重新進入原油流程，隨原油處理流程外輸至下游處理廠，實現(xiàn)了不可再生資源回收利用的目的。

圖2 低壓壓縮機處理流程優(yōu)化改造簡圖Fig.2 Schematic diagram of process flow optimization for low pressure compressor

4 優(yōu)化改造成果

4.1 生產流程監(jiān)控

成功解決原浮子液位計無法正常監(jiān)控輕烴液位的安全隱患，提高了設備的本質安全，切實保障了油田安全穩(wěn)定生產，提升了員工探索發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力。

4.2 應急設備可靠性

經(jīng)過流程改造，目前輕烴全部進入熱化學分離器，減輕了閉排系統(tǒng)的處理壓力，減緩了閉排泵的設備損耗，最大限度地提高了應急設備的可靠性。

4.3 生產處理流程穩(wěn)定性

鑒于該油田為原油外輸樞紐平臺，通過流程改造解決輕烴進入生產處理流程造成的流程紊亂現(xiàn)象，進一步提高了生產的穩(wěn)定性，減少了由于流程波動造成的油田群關停的風險，實現(xiàn)了油田群生產效益最大化。

4.4 遏制環(huán)境污染

一定程度上解決了火炬黑煙問題，如圖3所示，火炬燃燒時由間歇性產生黑煙轉變?yōu)榍宄和噶?。同時，油田火炬放空量由約4 000 m3/d降至約3 000 m3/d，環(huán)保效益顯著，在認真踐行綠色低碳環(huán)保發(fā)展的道路上穩(wěn)步前行［5］。

圖3 流程改造前后火炬燃燒對比圖Fig.3 Comparison diagram of flare combustion before and after process modification

4.5 不可再生資源回收

經(jīng)過流程改造，該油田日回收輕烴量約10 m3，每年可回收輕烴資源約 3 650 m3，按4 000元/m3計算，預計年收益 1 460 萬元以上，經(jīng)濟效益可觀。

5 總 結

隨著我國能源供需矛盾的日益加劇，資源利用率最大化將是上游生產企業(yè)的最終目的。同時，隨著綠色開采概念的提出，如今人們對環(huán)境保護意識不斷提升，保護環(huán)境同樣具有十分重要的意義。低成本、簡易流程優(yōu)化改造在該油田的實施，有效解決了前期輕烴不能合理處理所帶來的安全隱患和環(huán)境問題，對其他油田現(xiàn)場流程優(yōu)化改造也有一定的參考和借鑒價值?！?/p>