边缘井天然气回收技术研究及应用

边缘井天然气回收技术研究及应用

朱东银

朱东银

中国石油运输有限公司沙漠运输分公司新疆库尔勒841000

摘要：在我国油气田生产中，受管道和压力等工艺技术条件的限制，许多边缘井的天然气均放空和焚烧。由于是边缘井，设备用电不方便，对天然气回收工作也造成困难。在能源紧张、油价居高不下的状况下，充分挖掘和回收利用边缘井、试采井的油气资源潜力，不仅能够避免能源的浪费和燃烧气体对大气的污染，还能取得可观的经济效益。本文分析了边缘井天然气回收技术及应用。

关键词：边缘井天然气；回收技术；应用

边缘井天然气由于受环境和工艺技术条件限制难以进集输系统,放空或燃烧天然气浪费了资源同时对大气造成污染,边缘井天然气回收技术研究及应用不仅可以增效降耗节能、保护环境,还能取得十分可观的经济效益。

一、边缘井天然气回收技术

1.压缩机选型。一是压缩机进气压力，排出压力，压缩机处理量的选择。压缩机来气主要是多功能密闭储油罐，罐内承压一般设定在0.5Mpa以下，所以压缩机进气不能太高，也不能太低。太高可直接外输，太低容易把罐体抽扁，所以压缩机进气压力选择为0.1-0.3Mpa。通过调查现场边缘井产气量在300-5000m3/d，考虑经济效益，压缩机处理量选定500-5000m3/d。二是压缩机的安装、冷却、气体净化。整套设备体积小，既可安装在固定机房内，也可安装在移动设备上，便野外机动作业。利用压缩机飞轮轮辐所产生的风直接给冷却器散热，无需另加风扇散热，减少能耗及噪声。

2.工艺选择。轻烃回收方法主要有吸附法、油吸收法和冷凝分离法。冷凝分离法是利用在一定压力下天然气中各组分的挥发度不同，将天然气冷却至露点温度以下，使其与甲烷、乙烷分离的过程。冷凝分离法特点是在一定的压力下通过外界向天然气提供所需的冷量，使气体获得低温。按照提供冷量的制冷系统不同，冷凝分离法可分为冷剂制冷法、直接膨胀制冷法和联合制冷法三种。结合工业中应用较为广泛的三种制冷工艺，即丙烷制冷、膨胀机制冷和丙烷加膨胀机联合制冷工艺，按相同的组分和进气参数进行模拟计算对比。计算结果表明，单独的制冷工艺回收率低于外部制冷加膨胀制冷工艺；膨胀制冷工艺流程简单，与丙烷制冷工艺相比投资低，轻烃回收率稍低，但丙烷制冷干气出口压力能较大。鉴于目前国内的膨胀机技术成熟、价格合理，边缘井的橇装化轻烃回收装置采用丙烷加膨胀机联合制冷的中深冷回收工艺回收轻烃，以提高轻烃回收率。

3.轻烃回收。分离器底部的污水排至污水系统，分离器顶部的天然气进入压缩机，经压缩机增压后，进行气液分离。分离出的气相进入分子筛干燥器脱水，达到露点要求后，进入一级冷箱预冷。进入一级冷箱原料气与脱乙烷塔顶部低温干气进行预冷，预冷后原料气进入二级冷箱，与二级冷箱中低温丙烷进行换冷后，作为三级冷箱的进料。天然气与脱乙烷塔顶部低温干气在三级冷箱再次换冷，温度降低的天然气进入低温分离器进行低温分离，分离后液相自低温分离器底部去脱乙烷塔中部；低温分离器顶部气相去膨胀机，压力降底，温度降至约-90℃。膨胀后的气液混合物进入脱乙烷塔的顶部，分出低温干气，经一级、三级冷箱回收冷量后，由膨胀机驱动的同轴增压机增压后，一部分作为分子筛脱水系统的再生气，剩余气体作为发电机的燃料气供橇装化装置自身用电。丙烷气体从压缩机出口压力为1.4MPa，温度约75℃，经空冷器冷却后，温度为40℃，丙烷全部转化为液体，进入丙烷储罐，经节流阀节流至0.3MPa。此时丙烷温度为-40℃左右，气相约占50%，混合物进入二级冷箱后，遇热天然气液相挥发为气相，通过相变热将天然气降至-10℃，二级冷箱出口的气相丙烷经缓冲罐送至压缩机入口，形成制冷循环。通过预处理将原料气所携带的液滴进行过滤分离，确保脱水装置的平稳运行，然后经过分子筛脱水。压缩机具有超压保护装置，当故障造成排气压力过高时，压缩机立即自动停机。若系统出现异常造成排气压力高于1.85Mpa时，压缩机自动停车。这时关停电源排除故障，待故障排除后，启动电源使压缩机重新进入正常工作状态。制冷剂的温度一定时，一定压力范围下，膨胀机的膨胀比越大，丙烷的回收量则越多。初步设定装置操作参数：进气压力0.3MPa，进气温度40℃，增压后压力1.5MPa，膨胀后压力0.3MPa。制冷脱烃橇的冷剂选用对环境无污染的丙烷，该橇包含空冷器、丙烷储罐、低温分离器以及板翅式换热器；轻烃产品到轻烃储罐储存，可采用槽车外输；发电机橇采用燃气驱发电机发电，燃气直接由产品干气提供。轻烃是宝贵的液体燃料和化工原料，为了不浪费能源，提出通过对边缘井气体冷凝分离，回收气体中天然气与橇装化工艺流程，回收的天然气可作为燃料气用于发电，供橇装化工艺使用，分离出的轻烃通过罐车外输。

二、应用展望

油田在生产过程中，由于受环境、地理位置和工艺技术条件限制，只能把不能利用或难以利用的边缘零散井伴生天然气点燃、排放到空中，就中原油田的情况而言井口的伴生气燃放量近数万方。为了充分利用这部分天然气，避免资源浪费和减轻环境污染，开展边缘井天然气移动增压回收技术研究势在必行。能够根据来气量的变化及时调整压缩机的排量大小。可根据油井工作制度的调整、油井增气措施实施、注水见效后来气量增加情况及时更换大排量压缩机，也可根据地层能量下降、油井含水上升后来气量下降适当减小压缩机排量。边缘井天然气回收技术能够有效提高不可再生资源的利用率,可以减少伴生气排空或燃烧造成的环境污染,达到节能减排的目的,可以实现油气密闭集输,减少油气损耗,有利于撬装运移,作业场地不受限制,应用程度高,具有良好的经济性和市场前景,具有极好的推广利用价值。

采用分子筛脱水、丙烷加膨胀机联合制冷的橇装化轻烃回收工艺装置，可解决边缘井天然气不能实现集输而导致放空或焚烧的浪费问题。天然气作为清洁能源,已经成为国民经济的能源支柱。回收利用这些放空天然气,不仅可以避免宝贵资源的浪费和燃烧气体对大气的污染,还能取得十分可观经济效益。

参考文献

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[2]徐文渊，蒋长安.天然气利用手册[M].北京：中国石化出版社，2016.

[3]王超.影响轻烃回收装置效益的因素分析[J].化学工程与装备，2015（11）：80-81.