油田开发利用生气资源的可行性分析

油田开发利用生气资源的可行性分析

在钻井生产过程中，如果井底压力降低，原油含压力低，天然气将从原油中分离出来。分离出的天然气一部分上升积聚在油套环形空间中,一部分随液流进入抽油泵泵腔而采出,这部分天然气就是我们通常所说的伴生气。伴生气是一种混合物,其中除轻烃类外,还经常含有水分、一氧化碳、硫化氢、氮、氦、机械杂质等危害性很大的非烃类化合物,对其进行处理,工艺比较复杂。因此,由于受技术发展和地域条件的制约,传统的解决措施是将油气生产中的伴生气直接排放到大气中,也就是直接点燃。人们在油田上看到的一些“火把”,就是这东西。这样做不仅浪费能源,而且污染环境。据估计,随着世界低碳环保经济的发展,未来20年内世界对天然气的需求将以每年2.6%的速度递增,这一数字同比明显超过了石油及煤炭。同时,随着国家对能源开采过程中造成的环境污染以及能源浪费整治力度的加大,合理回收利用油田伴生气资源已是当务之急,这也是国内能源长期持久发展的一个必然趋势。1油田伴生气资源利用的必要性鉴于我国天然气资源有限、环境污染严重及对天然气需求日益增加的现实,我们不得不重新审视能源生产方式和能源消费结构。2005年,我国探明的天然气储量为2.35×1012m3,占世界探明总储量的1.3%,排名世界第17位;天然气生产量为500×108m3,占世界天然气总生产量的1.8%,排名世界第14位。从这些数据可以看出,无论是天然气探明储量还是生产量,都不占优势,加上我国人口基数大,人均占有的资源量更少。能源短缺对我国来说是一个发展瓶颈,开源节流是解决这个问题的有效方法,油田伴生气的回收和利用正是开源节流的一个途径。我国油田伴生气资源丰富。据不完全统计,仅部分因地域限制、分散的小油田每年烧掉的伴生气就高达10×108m3左右,相当于10×106t石油。今后一个时期,随着边远零散小油田的进一步开发,大量不便回收的伴生气资源将越来越多,如无科学回收之良策,浪费与污染将是严重的,因此,伴生气轻烃回收装置和工艺的研究开发有着重要的意义,其研究开发成果的应用前景十分广泛。2未来可供利用的管网外输系统方法更根据油田所处地理位置的差异,油田伴生气有两种情况:一种是可直接进入管网的伴生气。这部分伴生气产量较大,而且与附近大型管网或者集输站相邻,经过净化处理后可以直接进入管网,供下游用户使用。另一种是零散和边远井区的伴生气。这部分伴生气分散且量小,远离天然气管网,而且由于经济效益的关系,不适宜敷设专管外输。针对伴生气来源的不同和组成特点,需要采取不同的回收装置和工艺来进行回收利用。2.1国内气体回收装置与工艺2.1.1智能计量和增压系统移动式套管气回收装置的结构主要由连接部分、计量部分、增压部分和防盗装置等四部分组成。其中连接部分有进出口连接头、一次油气分离器、高压连接软管、单流阀;计量部分有智能旋涡流量计;增压部分有二次油气分离器、天然气压缩机、安全报警装置、自动控制仪表盘、防暴控制开关箱。其工作过程是:当回收装置工作时,套管冒出的天然气经套管闸门进入一次油气分离器,然后沿着高压连接软管进入二次油气分离器,油气再度分离,分离较干净的天然气进入天然气压缩机,天然气由进口的0.1MPa升至为1.6MPa,增压后的天然气经智能旋涡流量计计量后进入集油干线。2.1.2收气胶管系统该装置由电加热式TH23X/D-60调压止回阀和电加热高压收气胶管两部分组成(图1),其中调压阀由调压手轮、调压弹簧、阀、阀座、连接收气头、连接套管头、测压孔、电加热环等多部分组成;收气胶管由高压胶管、连接调压阀头、连接输油管头、电加热网、保护胶筒、密封卡箍等组成。该装置具有如下特点:结构合理,具有单流阀作用;能耗低,加温均匀,使用寿命长,安全可靠;经济适用,收气效率高,利于管理,减轻工人劳动强度;能够调整套压,提高泵效,提高油井产量。电加热式油井套管气调压回收装置在中国石油辽河油田公司锦州采油厂的锦45块、锦8块现场试验110套,运行4个月,不仅回收了套管气264×104m3,而且还控制了套压,提高泵效2.7%,增油1980t,投入产出比为1∶9.48,取得了较好的效果,基本上解决了冬季管线易冻、套压高无法调整等问题。2.1.3套管气定压放气定压放气阀回收工艺,相当于在油井套管上安装了一个安全阀,根据油井的回压大小调好开启压力,当溢出的套管气在环空聚集压力超过设定值时便泄放到采油树流程中,混入原油输到下游(图2)。放气阀通过放气三通与套管相连,通过特殊接头连接油管线。根据不同油井井况选定合理套压后,把相应的定压弹簧装入套管定压放气阀,打开套压阀门即可起到套管气定压的作用。当外界环境温度低时,可通过掺水胶管接通掺水系统掺热水伴热,从而防止气流管道结蜡而发生阻塞现象。当套管气压力达到定压放气阀设定压力后,定压阀打开,套管内伴生气进入集油管线回收进系统,从而避免了放空造成的环境污染及资源浪费。该装置可以根据实际井况确定合理套压,选择不同定压值的弹簧达到放气的目的;可供选择的定压值弹簧0.5~4.5MPa等9个级别;在寒冷的冬季,掺热水能正常使用。目前中国石油长庆油田公司采油一厂、采油二厂、超低渗区块等都在大规模的应用,对高油气比井伴生气的回收效果相当显著,而且投资少,现场管理、操作简单,投入产出比高。2.1.4注入无砂仓树系统连动式低压抽气筒无需额外动力,抽气筒活塞连杆焊接在游梁上,依靠游梁上下往复运动带动抽气筒活塞上下运动,完成对套管气的抽吸与压缩,压缩后的气体注入采油树流程,混输至下游(图3)。该装置工作不需要额外的动力,并能有效提高抽油机的平衡效果,降低电动机的输出功率,有一定的节能效果;能降低井口回压,减小抽油机悬点载荷。这种新型套管气回收装置已在胜利油田、长庆油田部分含有伴生气的区块应用100余套,已累计回收天然气0.241×108m3,装置连续无故障工作时间最长达到两年,油井输油流程的回压均降低到1MPa以下,解决了油井套管气长期不能回收的问题,创经济效益近千万元。2.1.5放空伴生气的回收利用对于油产量低、伴生气含量高的边远零散油井,采用小型橇装轻烃回收装置,然后将回收的伴生气部分用于发电设备自用,或就地处理成LNG或者加压成CNG外运。撬装轻烃回收装置主要设备为密闭储罐、气液分离器、压缩机、空冷器和分离器。装置的工作流程是:从井口套管环形空间接出一个定压单向放气阀,套管及原油储罐中的伴生气一同进入气液分离器,气体经压缩机增压后,换冷、分离,干气即可就地作为生产用的燃料,还可以加工成LNG或CNG外输。压缩机的吸入压力为微正压,既可实现回收伴生气,又不影响原油的开采和运输。工作时来自放空管线的压力为0.08~0.25MPa的油田伴生气,经进口分离器除去其中携带的游离液体和固体杂质,并经调压阀调压后进入压缩机的一级入口;经一级、二级升压至约2.5MPa的气体经冷却、分离烃水混合物后,进入分子筛干燥器脱水;脱水后,气体依次经换热器和板式换冷器冷却、冷凝后进入LNG分离器,经过LNG泵装车外运;继续增压至25MPa后进入CNG储罐,然后充入CNG拖车的高压集装管束运往用户。部分气体减压后为燃气发电机用作燃料。采用撬装设计设备集成可以大大减少现场施工工作量,同时还有利于加快施工进度,保证施工质量,降低施工成本,装置搬迁方便,有利于保护环境。该装置在我国应用也比较多,特别是回收边远小油田,包括地处戈壁、沙漠中的小油田的放空伴生气,投入产出比高,环保,回收成本快(半年可回收成本),经济效益十分可观。在我国长庆油田、新疆塔里木盆地的沙漠油田和偏远区块有一定的应用。2.1.6气的回收工艺原理伴生气井下回收配套技术是一种适用于油田现场的井下气体分离和回收的配套技术。该技术集机械采油和气举采油的特点于一身,可以在减少气体对抽油泵影响的同时,充分利用伴生气能量来协助抽油泵举升油流增产并且实现回收伴生气的目的。整个回收装置的工艺原理是:应用井下分离器首先将产出液中的气体在进入抽油泵之前就进行分离,提高了抽油泵的充满系数。根据气举的原理,分离出的气体进入油套环空后,利用天然气自身的能量,通过智能配气阀分段举升,达到最佳举升深度,使油井获得“连抽带喷”的效果。这套工艺技术不但回收了油田伴生气,而且还利用了伴生气的能量来举升油流,提高了泵效和系统机械效率。该装置安装在井下,避免了地面的恶劣气候和地域条件,工况环境较好,避免了频繁作业带来的损失。使用该回收装置选井有一定的条件,即,要选择井况较好,上部套管没有套变和漏失,油气比较高,气量充足的油井;同时,还要保证地层能量充足等。目前在中原油田有一定规模的应用,效果明显。2.1.7管控孔道回收偏心井口套管气回收装置安装在油井的偏心井口上代替原有的偏心转体,能够顺利地将套管气全部回收,不需要任何伴热装置。天然气进入油套管环形空间后,经顶丝、阀座中间孔道通过辅助阀进入套管气回收孔道,当压力增加到一定程度,便可顶开控压阀,再经过回收孔道进入油管孔道内得到回收。若油套管环形空间内天然气压力下降,则控压阀关闭,停止回收。控压阀的控压功能,既能维持套管内一定压力,保证油井正常生产,也可防止套管气回收过程中油管孔道内的液体向油套管环形空间返吐。该装置结构设计合理、简单、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,对原多功能偏心井口原有的各种功能及油井作业没有影响;能起到回收伴生气的作用,节约能源。该装置在吉林油田应用成功,有效地解决了北方油田寒冷冬季套管气回收装置需配置伴热系统使结构复杂等问题。2.2“三大领域”渗透石油天然气行业随着科学技术的发展,新技术和新材料不断涌现,并向各个领域渗透,石油天然气行业也不例外。在伴生气回收方面,国外除常见的回收装置外,近年来还涌现出一些新的回收装置和工艺。2.2.1涡流管回收伴生气技术涡流管技术国外早在20世纪30年代就曾对其进行过研究,但直到80年代才用于回收伴生气。由于涡流管具有结构紧凑、体积小、重量轻、易加工、无运动部件、不需要吸收(附)剂、无需定期检修、成本低、安全可靠、可迅速开停车、易于调节和伴生气回收率高等优点,国外已将涡流管技术用于伴生气回收,特别是对边远油气田具有其他方法难以取代的使用价值。伴生气靠自身的压力通过涡流管时构成一个封闭的能量循环系统,当套压小于涡流管的压力时,涡流管关闭,避免回油。通过涡流管后的伴生气进入油管进行油气混输,可有效回收伴生气。涡流管主要用于井口压力为0.19~1.5MPa的油井。2.2.2在天然气处理领域的应用18世纪中叶,膜分离现象就已经为人们所认识,但直至1950年,由于高分子离子交换膜的合成才使膜分离技术应用于工业领域成为可能。从某种意义上讲,它是一门新兴的技术学科。近一二十年各种膜分离技术发展很快,在天然气的分离、净化、提纯、加工等领域也得到越来越广泛地应用。在美国,有许多膜分离装置被放置在井口,脱除天然气中的二氧化碳、硫化氢、水等,使之达到管输标准。天然气中水、硫化氢和二氧化碳等组分易于透过薄膜,使之与烃类分离,达到天然气净化的目的。分离器一般采用螺旋卷式和中空纤维式两种,根据分离要求不同,可采用一级或多级膜分离系统。代表性的技术有Moncanto公司的PR1SMTM膜分离器、Sepaxex公司的SeparexTM膜技术、GraceMemebraneSystems公司Grace-sepTM膜分离器等。其典型的工艺流程见图4。3不同恢复设备的比较分析根据我们对国内外伴生气的回收装置和工艺技术的调研情况,对每一种回收装置的结构和回收工艺技术特点进行了对比,对比结果详见表1。4伴生气回收工艺应符合的要求综上所述,可以得出如下结论:(1)油田伴生气的回收和利用是必然的,而且越来越受到重视,各种