油田開發(fā)利用生氣資源的可行性分析

油田開發(fā)利用生氣資源的可行性分析

在鉆井生產(chǎn)過程中，如果井底壓力降低，原油含壓力低，天然氣將從原油中分離出來。分離出的天然氣一部分上升積聚在油套環(huán)形空間中,一部分隨液流進(jìn)入抽油泵泵腔而采出,這部分天然氣就是我們通常所說的伴生氣。伴生氣是一種混合物,其中除輕烴類外,還經(jīng)常含有水分、一氧化碳、硫化氫、氮、氦、機(jī)械雜質(zhì)等危害性很大的非烴類化合物,對其進(jìn)行處理,工藝比較復(fù)雜。因此,由于受技術(shù)發(fā)展和地域條件的制約,傳統(tǒng)的解決措施是將油氣生產(chǎn)中的伴生氣直接排放到大氣中,也就是直接點(diǎn)燃。人們在油田上看到的一些“火把”,就是這東西。這樣做不僅浪費(fèi)能源,而且污染環(huán)境。據(jù)估計(jì),隨著世界低碳環(huán)保經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,未來20年內(nèi)世界對天然氣的需求將以每年2.6%的速度遞增,這一數(shù)字同比明顯超過了石油及煤炭。同時(shí),隨著國家對能源開采過程中造成的環(huán)境污染以及能源浪費(fèi)整治力度的加大,合理回收利用油田伴生氣資源已是當(dāng)務(wù)之急,這也是國內(nèi)能源長期持久發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。1油田伴生氣資源利用的必要性鑒于我國天然氣資源有限、環(huán)境污染嚴(yán)重及對天然氣需求日益增加的現(xiàn)實(shí),我們不得不重新審視能源生產(chǎn)方式和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。2005年,我國探明的天然氣儲(chǔ)量為2.35×1012m3,占世界探明總儲(chǔ)量的1.3%,排名世界第17位;天然氣生產(chǎn)量為500×108m3,占世界天然氣總生產(chǎn)量的1.8%,排名世界第14位。從這些數(shù)據(jù)可以看出,無論是天然氣探明儲(chǔ)量還是生產(chǎn)量,都不占優(yōu)勢,加上我國人口基數(shù)大,人均占有的資源量更少。能源短缺對我國來說是一個(gè)發(fā)展瓶頸,開源節(jié)流是解決這個(gè)問題的有效方法,油田伴生氣的回收和利用正是開源節(jié)流的一個(gè)途徑。我國油田伴生氣資源豐富。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),僅部分因地域限制、分散的小油田每年燒掉的伴生氣就高達(dá)10×108m3左右,相當(dāng)于10×106t石油。今后一個(gè)時(shí)期,隨著邊遠(yuǎn)零散小油田的進(jìn)一步開發(fā),大量不便回收的伴生氣資源將越來越多,如無科學(xué)回收之良策,浪費(fèi)與污染將是嚴(yán)重的,因此,伴生氣輕烴回收裝置和工藝的研究開發(fā)有著重要的意義,其研究開發(fā)成果的應(yīng)用前景十分廣泛。2未來可供利用的管網(wǎng)外輸系統(tǒng)方法更根據(jù)油田所處地理位置的差異,油田伴生氣有兩種情況:一種是可直接進(jìn)入管網(wǎng)的伴生氣。這部分伴生氣產(chǎn)量較大,而且與附近大型管網(wǎng)或者集輸站相鄰,經(jīng)過凈化處理后可以直接進(jìn)入管網(wǎng),供下游用戶使用。另一種是零散和邊遠(yuǎn)井區(qū)的伴生氣。這部分伴生氣分散且量小,遠(yuǎn)離天然氣管網(wǎng),而且由于經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系,不適宜敷設(shè)專管外輸。針對伴生氣來源的不同和組成特點(diǎn),需要采取不同的回收裝置和工藝來進(jìn)行回收利用。2.1國內(nèi)氣體回收裝置與工藝2.1.1智能計(jì)量和增壓系統(tǒng)移動(dòng)式套管氣回收裝置的結(jié)構(gòu)主要由連接部分、計(jì)量部分、增壓部分和防盜裝置等四部分組成。其中連接部分有進(jìn)出口連接頭、一次油氣分離器、高壓連接軟管、單流閥;計(jì)量部分有智能旋渦流量計(jì);增壓部分有二次油氣分離器、天然氣壓縮機(jī)、安全報(bào)警裝置、自動(dòng)控制儀表盤、防暴控制開關(guān)箱。其工作過程是:當(dāng)回收裝置工作時(shí),套管冒出的天然氣經(jīng)套管閘門進(jìn)入一次油氣分離器,然后沿著高壓連接軟管進(jìn)入二次油氣分離器,油氣再度分離,分離較干凈的天然氣進(jìn)入天然氣壓縮機(jī),天然氣由進(jìn)口的0.1MPa升至為1.6MPa,增壓后的天然氣經(jīng)智能旋渦流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入集油干線。2.1.2收氣膠管系統(tǒng)該裝置由電加熱式TH23X/D-60調(diào)壓止回閥和電加熱高壓收氣膠管兩部分組成(圖1),其中調(diào)壓閥由調(diào)壓手輪、調(diào)壓彈簧、閥、閥座、連接收氣頭、連接套管頭、測壓孔、電加熱環(huán)等多部分組成;收氣膠管由高壓膠管、連接調(diào)壓閥頭、連接輸油管頭、電加熱網(wǎng)、保護(hù)膠筒、密封卡箍等組成。該裝置具有如下特點(diǎn):結(jié)構(gòu)合理,具有單流閥作用;能耗低,加溫均勻,使用壽命長,安全可靠;經(jīng)濟(jì)適用,收氣效率高,利于管理,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度;能夠調(diào)整套壓,提高泵效,提高油井產(chǎn)量。電加熱式油井套管氣調(diào)壓回收裝置在中國石油遼河油田公司錦州采油廠的錦45塊、錦8塊現(xiàn)場試驗(yàn)110套,運(yùn)行4個(gè)月,不僅回收了套管氣264×104m3,而且還控制了套壓,提高泵效2.7%,增油1980t,投入產(chǎn)出比為1∶9.48,取得了較好的效果,基本上解決了冬季管線易凍、套壓高無法調(diào)整等問題。2.1.3套管氣定壓放氣定壓放氣閥回收工藝,相當(dāng)于在油井套管上安裝了一個(gè)安全閥,根據(jù)油井的回壓大小調(diào)好開啟壓力,當(dāng)溢出的套管氣在環(huán)空聚集壓力超過設(shè)定值時(shí)便泄放到采油樹流程中,混入原油輸?shù)较掠?圖2)。放氣閥通過放氣三通與套管相連,通過特殊接頭連接油管線。根據(jù)不同油井井況選定合理套壓后,把相應(yīng)的定壓彈簧裝入套管定壓放氣閥,打開套壓閥門即可起到套管氣定壓的作用。當(dāng)外界環(huán)境溫度低時(shí),可通過摻水膠管接通摻水系統(tǒng)摻熱水伴熱,從而防止氣流管道結(jié)蠟而發(fā)生阻塞現(xiàn)象。當(dāng)套管氣壓力達(dá)到定壓放氣閥設(shè)定壓力后,定壓閥打開,套管內(nèi)伴生氣進(jìn)入集油管線回收進(jìn)系統(tǒng),從而避免了放空造成的環(huán)境污染及資源浪費(fèi)。該裝置可以根據(jù)實(shí)際井況確定合理套壓,選擇不同定壓值的彈簧達(dá)到放氣的目的;可供選擇的定壓值彈簧0.5~4.5MPa等9個(gè)級(jí)別;在寒冷的冬季,摻熱水能正常使用。目前中國石油長慶油田公司采油一廠、采油二廠、超低滲區(qū)塊等都在大規(guī)模的應(yīng)用,對高油氣比井伴生氣的回收效果相當(dāng)顯著,而且投資少,現(xiàn)場管理、操作簡單,投入產(chǎn)出比高。2.1.4注入無砂倉樹系統(tǒng)連動(dòng)式低壓抽氣筒無需額外動(dòng)力,抽氣筒活塞連桿焊接在游梁上,依靠游梁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)抽氣筒活塞上下運(yùn)動(dòng),完成對套管氣的抽吸與壓縮,壓縮后的氣體注入采油樹流程,混輸至下游(圖3)。該裝置工作不需要額外的動(dòng)力,并能有效提高抽油機(jī)的平衡效果,降低電動(dòng)機(jī)的輸出功率,有一定的節(jié)能效果;能降低井口回壓,減小抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷。這種新型套管氣回收裝置已在勝利油田、長慶油田部分含有伴生氣的區(qū)塊應(yīng)用100余套,已累計(jì)回收天然氣0.241×108m3,裝置連續(xù)無故障工作時(shí)間最長達(dá)到兩年,油井輸油流程的回壓均降低到1MPa以下,解決了油井套管氣長期不能回收的問題,創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益近千萬元。2.1.5放空伴生氣的回收利用對于油產(chǎn)量低、伴生氣含量高的邊遠(yuǎn)零散油井,采用小型橇裝輕烴回收裝置,然后將回收的伴生氣部分用于發(fā)電設(shè)備自用,或就地處理成LNG或者加壓成CNG外運(yùn)。撬裝輕烴回收裝置主要設(shè)備為密閉儲(chǔ)罐、氣液分離器、壓縮機(jī)、空冷器和分離器。裝置的工作流程是:從井口套管環(huán)形空間接出一個(gè)定壓單向放氣閥,套管及原油儲(chǔ)罐中的伴生氣一同進(jìn)入氣液分離器,氣體經(jīng)壓縮機(jī)增壓后,換冷、分離,干氣即可就地作為生產(chǎn)用的燃料,還可以加工成LNG或CNG外輸。壓縮機(jī)的吸入壓力為微正壓,既可實(shí)現(xiàn)回收伴生氣,又不影響原油的開采和運(yùn)輸。工作時(shí)來自放空管線的壓力為0.08~0.25MPa的油田伴生氣,經(jīng)進(jìn)口分離器除去其中攜帶的游離液體和固體雜質(zhì),并經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓后進(jìn)入壓縮機(jī)的一級(jí)入口;經(jīng)一級(jí)、二級(jí)升壓至約2.5MPa的氣體經(jīng)冷卻、分離烴水混合物后,進(jìn)入分子篩干燥器脫水;脫水后,氣體依次經(jīng)換熱器和板式換冷器冷卻、冷凝后進(jìn)入LNG分離器,經(jīng)過LNG泵裝車外運(yùn);繼續(xù)增壓至25MPa后進(jìn)入CNG儲(chǔ)罐,然后充入CNG拖車的高壓集裝管束運(yùn)往用戶。部分氣體減壓后為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)用作燃料。采用撬裝設(shè)計(jì)設(shè)備集成可以大大減少現(xiàn)場施工工作量,同時(shí)還有利于加快施工進(jìn)度,保證施工質(zhì)量,降低施工成本,裝置搬遷方便,有利于保護(hù)環(huán)境。該裝置在我國應(yīng)用也比較多,特別是回收邊遠(yuǎn)小油田,包括地處戈壁、沙漠中的小油田的放空伴生氣,投入產(chǎn)出比高,環(huán)保,回收成本快(半年可回收成本),經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。在我國長慶油田、新疆塔里木盆地的沙漠油田和偏遠(yuǎn)區(qū)塊有一定的應(yīng)用。2.1.6氣的回收工藝原理伴生氣井下回收配套技術(shù)是一種適用于油田現(xiàn)場的井下氣體分離和回收的配套技術(shù)。該技術(shù)集機(jī)械采油和氣舉采油的特點(diǎn)于一身,可以在減少氣體對抽油泵影響的同時(shí),充分利用伴生氣能量來協(xié)助抽油泵舉升油流增產(chǎn)并且實(shí)現(xiàn)回收伴生氣的目的。整個(gè)回收裝置的工藝原理是:應(yīng)用井下分離器首先將產(chǎn)出液中的氣體在進(jìn)入抽油泵之前就進(jìn)行分離,提高了抽油泵的充滿系數(shù)。根據(jù)氣舉的原理,分離出的氣體進(jìn)入油套環(huán)空后,利用天然氣自身的能量,通過智能配氣閥分段舉升,達(dá)到最佳舉升深度,使油井獲得“連抽帶噴”的效果。這套工藝技術(shù)不但回收了油田伴生氣,而且還利用了伴生氣的能量來舉升油流,提高了泵效和系統(tǒng)機(jī)械效率。該裝置安裝在井下,避免了地面的惡劣氣候和地域條件,工況環(huán)境較好,避免了頻繁作業(yè)帶來的損失。使用該回收裝置選井有一定的條件,即,要選擇井況較好,上部套管沒有套變和漏失,油氣比較高,氣量充足的油井;同時(shí),還要保證地層能量充足等。目前在中原油田有一定規(guī)模的應(yīng)用,效果明顯。2.1.7管控孔道回收偏心井口套管氣回收裝置安裝在油井的偏心井口上代替原有的偏心轉(zhuǎn)體,能夠順利地將套管氣全部回收,不需要任何伴熱裝置。天然氣進(jìn)入油套管環(huán)形空間后,經(jīng)頂絲、閥座中間孔道通過輔助閥進(jìn)入套管氣回收孔道,當(dāng)壓力增加到一定程度,便可頂開控壓閥,再經(jīng)過回收孔道進(jìn)入油管孔道內(nèi)得到回收。若油套管環(huán)形空間內(nèi)天然氣壓力下降,則控壓閥關(guān)閉,停止回收。控壓閥的控壓功能,既能維持套管內(nèi)一定壓力,保證油井正常生產(chǎn),也可防止套管氣回收過程中油管孔道內(nèi)的液體向油套管環(huán)形空間返吐。該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、簡單、加工成本低、工作可靠、使用方便,用于KYJD24.5/6多功能偏心井口,對原多功能偏心井口原有的各種功能及油井作業(yè)沒有影響;能起到回收伴生氣的作用,節(jié)約能源。該裝置在吉林油田應(yīng)用成功,有效地解決了北方油田寒冷冬季套管氣回收裝置需配置伴熱系統(tǒng)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。2.2“三大領(lǐng)域”滲透石油天然氣行業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新技術(shù)和新材料不斷涌現(xiàn),并向各個(gè)領(lǐng)域滲透,石油天然氣行業(yè)也不例外。在伴生氣回收方面,國外除常見的回收裝置外,近年來還涌現(xiàn)出一些新的回收裝置和工藝。2.2.1渦流管回收伴生氣技術(shù)渦流管技術(shù)國外早在20世紀(jì)30年代就曾對其進(jìn)行過研究,但直到80年代才用于回收伴生氣。由于渦流管具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、易加工、無運(yùn)動(dòng)部件、不需要吸收(附)劑、無需定期檢修、成本低、安全可靠、可迅速開停車、易于調(diào)節(jié)和伴生氣回收率高等優(yōu)點(diǎn),國外已將渦流管技術(shù)用于伴生氣回收,特別是對邊遠(yuǎn)油氣田具有其他方法難以取代的使用價(jià)值。伴生氣靠自身的壓力通過渦流管時(shí)構(gòu)成一個(gè)封閉的能量循環(huán)系統(tǒng),當(dāng)套壓小于渦流管的壓力時(shí),渦流管關(guān)閉,避免回油。通過渦流管后的伴生氣進(jìn)入油管進(jìn)行油氣混輸,可有效回收伴生氣。渦流管主要用于井口壓力為0.19~1.5MPa的油井。2.2.2在天然氣處理領(lǐng)域的應(yīng)用18世紀(jì)中葉,膜分離現(xiàn)象就已經(jīng)為人們所認(rèn)識(shí),但直至1950年,由于高分子離子交換膜的合成才使膜分離技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域成為可能。從某種意義上講,它是一門新興的技術(shù)學(xué)科。近一二十年各種膜分離技術(shù)發(fā)展很快,在天然氣的分離、凈化、提純、加工等領(lǐng)域也得到越來越廣泛地應(yīng)用。在美國,有許多膜分離裝置被放置在井口,脫除天然氣中的二氧化碳、硫化氫、水等,使之達(dá)到管輸標(biāo)準(zhǔn)。天然氣中水、硫化氫和二氧化碳等組分易于透過薄膜,使之與烴類分離,達(dá)到天然氣凈化的目的。分離器一般采用螺旋卷式和中空纖維式兩種,根據(jù)分離要求不同,可采用一級(jí)或多級(jí)膜分離系統(tǒng)。代表性的技術(shù)有Moncanto公司的PR1SMTM膜分離器、Sepaxex公司的SeparexTM膜技術(shù)、GraceMemebraneSystems公司Grace-sepTM膜分離器等。其典型的工藝流程見圖4。3不同恢復(fù)設(shè)備的比較分析根據(jù)我們對國內(nèi)外伴生氣的回收裝置和工藝技術(shù)的調(diào)研情況,對每一種回收裝置的結(jié)構(gòu)和回收工藝技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了對比,對比結(jié)果詳見表1。4伴生氣回收工藝應(yīng)符合的要求綜上所述,可以得出如下結(jié)論:(1)油田伴生氣的回收和利用是必然的,而且越來越受到重視,各種