海上油氣田低壓氣回收技術(shù)應(yīng)用分析

伴生氣的釋放在海上開采油田時(shí)，地下油藏的液體從井筒中出來，進(jìn)入工藝處理模塊后，隨著壓力的變化，油田的伴隨氣體逐漸釋放。主要成分是甲烷，其中大部分是大量的丙烯酸和丁烷等重組物。1改造方案介紹壓縮機(jī)增壓回收低壓天然氣技術(shù)成熟，應(yīng)用也很廣泛，關(guān)鍵在于壓縮機(jī)的選型，以海上甲油田為例，低壓天然氣回收工藝流程圖如圖1所示，該油田浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置有兩個(gè)油氣水處理系列，分別處理來自上游不同平臺(tái)的井液。井液經(jīng)過工藝模塊的處理設(shè)備進(jìn)行油氣水三相分離后，一級(jí)分離器分離出來的伴生氣大部分用于本設(shè)施熱介質(zhì)鍋爐和透平發(fā)電機(jī)組，作為燃料氣使用，富余的伴生氣去火炬和冷防空系統(tǒng)，通過火炬燃燒或冷放空，二級(jí)分離器出來的低壓伴生氣直接去火炬燃燒或冷放空。本次改造項(xiàng)目將兩個(gè)系列的兩臺(tái)二級(jí)分離器氣相出口前連接新管線（引出一根3寸管線，管線上布置3寸球閥一個(gè)、單向閥一個(gè)）至新增低壓回收裝置入口（低壓壓縮機(jī)1臺(tái)），通過二級(jí)分離器出口壓力調(diào)節(jié)閥控制低壓回收裝置入口調(diào)節(jié)閥流量，設(shè)定壓力70KPaG，為防止二級(jí)分離器被抽空，入口設(shè)置SDV閥，報(bào)警值設(shè)定為50KPaG，關(guān)斷值設(shè)定為30KPaG（二級(jí)分離器低低關(guān)斷值壓力設(shè)定值為10KPaG），當(dāng)二級(jí)分離器壓力低于30KPaG時(shí)，回收裝置入口SDV閥關(guān)斷，單元關(guān)斷不引起生產(chǎn)關(guān)斷。伴生氣增壓至380KPaG后，輸送至天然氣洗滌罐，一路經(jīng)旋風(fēng)分離器凈化后，為鍋爐提供燃料，另一路經(jīng)天然氣壓縮機(jī)增壓后，進(jìn)入燃料氣緩沖罐，為透平發(fā)電機(jī)組提供燃料。在壓縮機(jī)選型方面，技術(shù)人員從使用環(huán)境條件、振動(dòng)和噪音大小、后期維護(hù)成本、以往應(yīng)用業(yè)績(jī)、初期投資等幾個(gè)方面進(jìn)行比較，比較參數(shù)和結(jié)果見表1，經(jīng)綜合比選，本改造項(xiàng)目選擇了螺桿式壓縮機(jī)。結(jié)構(gòu)受力校核方面，本改造項(xiàng)目新增一個(gè)壓縮機(jī)撬，總重量6.5噸，撬塊尺寸5.5m×2.5m×2.8m，此區(qū)域原結(jié)構(gòu)主梁為H700×300，輔梁為H440×300和H300×200，舷側(cè)外延甲板鋪格柵，外延甲板的梁規(guī)格為H300×150，增加壓縮機(jī)撬后，該區(qū)域最大桿件UC值為0.73，該桿件尺寸類型為H440×300，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。消防校核方面，由于新增壓縮機(jī)撬塊布置在工藝模塊的高壓分離器和中壓分離器之間，按照危險(xiǎn)區(qū)劃分原則，該區(qū)域?qū)儆谝活愇ｋU(xiǎn)區(qū)，需要新增一組雨淋閥，新增消防水量為52.2m本項(xiàng)目投運(yùn)后，油田每天回收天然氣7000多方，火炬放空量由2.1萬方下降到1.1萬方2射流器增壓技術(shù)射流器增壓技術(shù)源于文丘里效應(yīng)原理，以其發(fā)現(xiàn)者，意大利物理學(xué)家文丘里命名。根據(jù)文丘里效應(yīng)，受限流動(dòng)在通過縮小的過流斷面時(shí)，流速會(huì)增大，流速與過流斷面成反比。根據(jù)伯努利方程，流速的增大伴隨流體壓力的降低，即常見的文丘里效應(yīng)，這種效應(yīng)是指在高速流動(dòng)的氣體附近會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)減少，從而產(chǎn)生吸附作用，利用這種效應(yīng)可以制作出射流器，如圖2，高壓氣通過拉法爾噴嘴產(chǎn)生高速氣流，將壓力能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，低壓氣被高速氣流裹挾，吸入真空氣室，在其內(nèi)部混合后，進(jìn)入尾部擴(kuò)張室，在擴(kuò)張室內(nèi)混合氣流的速度逐步降低，形成介于高壓和低壓之間某個(gè)壓力的混合氣。以海上乙油田為例，該油田采用了射流器增壓技術(shù)用于低壓天然氣回收，工藝流程圖如圖3所示，從二級(jí)分離器出口調(diào)節(jié)閥前連接低壓氣進(jìn)口管線到射流器低壓入口，高壓天然氣儲(chǔ)罐出口連接到射流器高壓端入口，射流器高壓入口流量控制器由低壓氣管線壓力控制，射流器混合氣進(jìn)入一級(jí)分離器氣相出口天然氣冷卻器，再進(jìn)入壓縮機(jī)入口，壓縮后外輸或用作透平發(fā)電機(jī)組燃燒。該項(xiàng)目投產(chǎn)后，射流器高壓氣入口全開，二級(jí)分離器低壓氣回收量高峰時(shí)候高達(dá)12580Sm低壓天然氣回收設(shè)施主要運(yùn)行情況目前，兩種低壓天然氣回收技術(shù)在海上油田都有成功的應(yīng)用，從實(shí)際運(yùn)行情況來看，系統(tǒng)運(yùn)行都比較穩(wěn)定，節(jié)能減排效果也很明顯，但適用范圍和優(yōu)劣勢(shì)不同，對(duì)于需要進(jìn)行低壓天然氣回收的海上油氣生產(chǎn)處理設(shè)施，需要根據(jù)本設(shè)施工藝流程、氣油比、設(shè)備情況等，進(jìn)行有針對(duì)性的選擇。(1）天然氣回收工藝兩種低壓天然氣回收技術(shù)都適用于回收后的低壓天然氣有下游用戶，比如，海上油氣生產(chǎn)處理設(shè)施設(shè)計(jì)上有到海底管道的工藝流程和接口，回收后的天然氣通過海底管道外輸?shù)疥懙亟K端對(duì)外銷售，或者設(shè)施上有鍋爐、透平發(fā)電機(jī)組等設(shè)備，回收后的天然氣可以作為其燃料補(bǔ)充，部分或者全部替代原燃料，柴油或原油，達(dá)到節(jié)能的目的。(2）裝置結(jié)構(gòu)校核和工藝改造的必要性壓縮機(jī)增壓回收技術(shù)成熟，技術(shù)可靠性高，可回收低壓天然氣量的范圍比較廣，但需要新增的附屬設(shè)備較多，如壓縮機(jī)橇塊、過濾分離器等，涉及工藝流程和控制邏輯改造，改造工作量大，初期投資大，投資回報(bào)期長(zhǎng)，撬塊重量大，占用甲板面積大，需要前期進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核，確保新增壓縮機(jī)撬后，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，由于壓縮機(jī)增壓撬塊屬于危險(xiǎn)區(qū)，需要前期進(jìn)行消防、火氣探測(cè)方面的校核，另外，壓縮機(jī)為動(dòng)設(shè)備，后期需要專人操作和維護(hù)。和壓縮機(jī)增壓回收技術(shù)相比，射流增壓技術(shù)相對(duì)較新，前期投資小，一般為壓縮機(jī)增壓回收技術(shù)的20%-35%，工藝改造主要是配套工藝管線改造及控制回路的調(diào)整，改造工作量相對(duì)較小，且射流增壓裝置體積小、重量輕，占地面積小，為靜設(shè)備，后