在承擔(dān)油氣開采任務(wù)的同時，油氣井開采過程中伴生的天然氣會對大氣、水體及土壤產(chǎn)生一定污染。傳統(tǒng)零散氣回收技術(shù)采用低壓回收、高壓充裝的工藝技術(shù)，每次需根據(jù)新井口壓力、環(huán)境特點、場地條件等做新的設(shè)備選型、平面布局等方案設(shè)計，設(shè)計周期與施工周期過程中會產(chǎn)生大量能源浪費。為此，研究人員通過對油田開發(fā)零散天然氣回收工藝技術(shù)的深化研究，研發(fā)出一個適于各類井場環(huán)境要求的零散氣回收通用工藝技術(shù)，可實現(xiàn)快速、連續(xù)的天然氣回收，最大程度地降低天然氣排放，為下一步零散氣回收提供科學(xué)可行的技術(shù)支撐。
研發(fā)零散氣回收通用工藝技術(shù)
零散氣回收通用性井場設(shè)計一般對不同井場的井口壓力、伴生氣量及其變化情況、場區(qū)用電負(fù)荷等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研分析， 根據(jù)分析進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備 （壓縮機(jī)、干燥撬）選型，根據(jù)氣量大小和用電負(fù)荷，研究發(fā)電機(jī)等設(shè)備匹配運(yùn)行方案，總結(jié)出 2~3 種通用性平面布置設(shè)計方案，要求可覆蓋不同井口壓力、環(huán)境特點、場地條件，并滿足安全環(huán)保相關(guān)規(guī)范要求，形成了一套通用性井場布置設(shè)計方案，實現(xiàn)零散氣回收標(biāo)準(zhǔn)化，減少重復(fù)設(shè)計，加快施工速度，降低天然氣放空量。
通過對不同井場的天然氣出口壓力、排量對壓縮機(jī)、干燥撬、發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行選型，確定結(jié)構(gòu)形式為撬裝。壓縮機(jī)設(shè)有安全保護(hù)裝置和控制測量儀表，對壓縮機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并在運(yùn)行異常時進(jìn)行卸載、報警或者連鎖停車，以保護(hù)壓縮機(jī)和操作人員的安全。壓縮機(jī)自帶變頻柜，可實現(xiàn)不同進(jìn)氣壓力下電機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行，既可降低電力損耗，也可保證在低壓力（0.2MPa）下電機(jī)可靠運(yùn)行，適用于零散氣站場壓力不穩(wěn)的生產(chǎn)工況。干燥撬數(shù)據(jù)為：入口壓力及處理量0.2~0.6MPa （g） ， 排量≥ 1,200m 3 /h；再生形式為閉式循環(huán)， 電加熱降壓再生 ；干燥橇的再生氣要求在橇內(nèi)密閉循環(huán)。
發(fā)電機(jī)為橇裝式天然氣發(fā)電機(jī)組 2套（400V，400kW），帶封閉外殼，整橇包括機(jī)組間、配電及控制柜、低壓配電等配套設(shè)施，在井場戶外安裝。天然氣發(fā)電機(jī)之間可以實現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際需求，合理匹配發(fā)電機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)。其技術(shù)參數(shù)為：橇裝式天然氣發(fā)電機(jī)組，可持續(xù)運(yùn)行，直流電起動，額定輸出功率 400kW，額定頻率 50Hz，額定電壓 400/230V，額定功率因數(shù) 0.8（滯后），空載電壓整定范圍為 95%~105% 額定電壓。同時，天然氣發(fā)電機(jī)組應(yīng)具備根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行分配每臺機(jī)組各負(fù)荷比列，根據(jù)負(fù)荷情況自動停一臺發(fā)電機(jī)，機(jī)組能自動切換運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組空載運(yùn)行一段時間后自動停機(jī)等功能。
場區(qū)內(nèi)布置有冷卻器、CNG 壓縮機(jī)、干燥橇、臥式分離器、閉式排放罐、天然氣發(fā)電機(jī)、值班室、火炬等。通用設(shè)計可根據(jù)實際情況酌情減少設(shè)備，針對零散氣量、 壓力、 場地等的不同情況，分別采用壓縮回收、中壓直充、一體化分離收氣、套管回收等系列技術(shù)方案。其中，常規(guī)壓縮回收傳統(tǒng)工藝是井口來氣先進(jìn)入分離器處理，再進(jìn)入干燥橇脫水后， 一部分給天然氣發(fā)電機(jī)提供燃料，其余部分通過 CNG 壓縮機(jī)處理后車載拉運(yùn)或去火炬放空。通過優(yōu)化完善工藝流程，提高了自動控制水平，實現(xiàn)安全平穩(wěn)生產(chǎn)，優(yōu)化內(nèi)容為增加自力式調(diào)節(jié)閥與放空系統(tǒng)相連，實現(xiàn)了回收系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。
中壓充裝零散氣回收工藝技術(shù)
對井口壓力高于 4MPa 的單井，試油、排液、短期開采等伴生氣排放問題，開發(fā)了中壓直充回收工藝技術(shù)，實現(xiàn)了對中壓罐車的直接充裝，減少了減壓、再壓縮充裝等環(huán)節(jié)，簡化了回收工藝、降低了投資和能耗，減少了天然氣放空量。中壓直充回收工藝技術(shù)與常規(guī)壓縮回收技術(shù)方式相比，中壓直充工藝建設(shè)周期短，僅需 2~3 天，只需用高壓加熱爐、分離器，流程連接后可立即回收；能有效利用壓力能，避免了能源浪費， 同時取消了運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備， 降低能耗；工藝簡單、 拆裝便捷， 可實現(xiàn)快速安裝、搬遷；投資小，運(yùn)行成本低，運(yùn)行可靠。
在千 4-18 井短期試采期間由于時間緊促，進(jìn)行了平衡直充的工藝流程，發(fā)現(xiàn)存在充裝壓力不穩(wěn)定、無法連續(xù)充裝等一系列問題，為此通過研究提出以下工藝優(yōu)化方案：將井口油嘴由單一油嘴改為雙油嘴設(shè)計，有效保證井口壓力的穩(wěn)定；提高分離器自動化功能，氣相管路安裝質(zhì)量流量計及自力式調(diào)壓閥；充裝進(jìn)氣管線安裝自力式調(diào)壓閥（調(diào)壓至 4.0MPa 左右），保證充裝系統(tǒng)壓力穩(wěn)定 ； 充裝管路由一個改為兩個或多個，在車輛保證的情況下可以實現(xiàn)充裝不中斷，做到盡產(chǎn)盡收。在千 4-18 井，共回收天然氣 50×104m 3 ，在張 28*2 井應(yīng)用，共回收天然氣 20×104 m 3 。根據(jù)優(yōu)化后的流程，自制了一套中壓回收流程如圖 1 所示，便于安裝和使用，并在張 28*2 井應(yīng)用。
研究人員完成了中壓充裝零散氣回收工藝技術(shù)研究與現(xiàn)場應(yīng)用。針對于試油、排液、短期開采等伴生氣排放問題，開發(fā)了中壓直充回收工藝，實現(xiàn)了對中壓罐車的直接充裝， 減少了減壓、再壓縮充裝等環(huán)節(jié)，簡化了回收工藝，降低了投資和能耗，減少了天然氣放空量。中壓充裝零散氣回收工藝技術(shù)在千4-18 井、張 28*2 井試驗應(yīng)用，效果良好。
一體化集成處理回收裝置
針對氣井開展了井口一體化集成處理回收技術(shù)的研究試驗，并研發(fā)一體化裝置如圖 2 所示。該裝置工藝簡化，設(shè)備少，建設(shè)工期短，自動化水平高，適用于高氣量、低產(chǎn)液井回收天然氣。首套采氣一體化集成裝置在濱深 22 區(qū)塊10 口井應(yīng)用，輸氣壓力 3.0MPa，溫度46.5℃，產(chǎn)液外輸壓力 0.5 MPa，溫度50 ℃。與傳統(tǒng)回收工藝比，有效降低了地面系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模，可節(jié)省工程投資500 萬元，實現(xiàn)單井自動計量，提高自動化水平和計量精度。
研究人員通過深入研究與多次試驗，完成了零散氣回收減排通用工藝技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用。形成了零散氣回收減排系列技術(shù)方案，針對零散氣量、壓力、場地等的不同情況，開發(fā)了壓縮回收、中壓直充、一體化分離收氣、套管回收等系列技術(shù)方案，基本實現(xiàn)了天然氣零排放量，建立了零散氣回收通用性井場設(shè)計，對不同井場類型、井口壓力、產(chǎn)氣能力、設(shè)施配備等情況，形成了一套通用性井場布置設(shè)計方案，實現(xiàn)了零散氣回收標(biāo)準(zhǔn)化，可減少重復(fù)設(shè)計，加快施工速度，降低天然氣放空量。
通過上述技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，大港油田取得了一定的社會經(jīng)濟(jì)效益，建立了大港油田零散氣回收通用性井場設(shè)計方案，實現(xiàn)了零散氣回收標(biāo)準(zhǔn)化，降低了零散氣放空量，實現(xiàn)了節(jié)能創(chuàng)效。項目實施后，解決了油田伴生氣、套管氣外排的主要問題，符合國家有關(guān)京津冀地區(qū)治理大氣污染及天津清新空氣行動方案的要求， 改善了區(qū)域空氣質(zhì)量環(huán)境，具有廣泛的社會效益。
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