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1、 60 石 油 与 天 然 气 化 工 CHEMICAL ENGINEERING OF OIL & GAS 2015 油田伴生气综合利用分析 曹登巨刘仲敕吴丽娜薛小君郑渤星 中国石油长庆油田公司伴生气综合利用项目部 摘要简要叙述了油田伴生气在长庆油田区块内的分布状况、性质及特点，重点介绍了油田伴生 气在开发利用过程中的 10项技术和油田伴生气综合利用途径，并对比分析了综合利用情况。结果表 明，油田伴生气的开发、利用发展前景广阔，其应用效果良好，是很好的清洁能源。长庆油田通过对伴生 气资源的综合利用为后续开发和利用好油田伴生气提供了可靠依据。 关键词长庆油田伴生气综合利用 中图分类号： TE3
2、文献标志码 ： A DOI： 10. 39(59/j. issn. 1007-342(5. 2015. 02. 013 Analysis on comprehensive utilization of oilfield associated gas Cao Dengju, Liu Zhongchi, Wu Lina, Xue Xiaojun, Zheng Boxing (Comprehensive Utilization of Associated Gas Project Department， PetroChina Changqing Oilfield Company Wan 710016,
3、 China) Abstract： The distribution status, properties and characteristics of oilfield associated gas in Chan- gqing Oilfield block were briefly described. Ten technologies in the process of development, utilization and comprehensive utilization ways of associated gas were mainly introduced. The comp
4、arison of comprehensive utilization was analyzed. The result shows that the oilfield associated gas has been proved to be a kind of clean energy, which has broad development and utilization prospects and satisfactory application effect. The comprehensive utilization of associated gas in Changqing Oi
5、lfield provides a reliable basis for subsequently developing and utilizing of oilfield associated gas. Key words： Changqing Oilfield, associated gas, comprehensive utilization i长庆油田伴生气资源分布状况 长庆油田位于鄂尔多斯盆地，属特低渗透油气田， 油气资源丰富，区域近 37 X101 km2，主要包括陇东油 区和陕北油区 13个采油单位，有增压点、转油站及联 合站 917座，有各类加热炉 3 125台。目前长庆油田
6、的原油生产能力达到 2 400X 101 t/a(2013年），伴生 气资源比较丰富。溶解气储量主要分布在安塞、靖安、 吴起、白豹、姬塬、西峰、镇北、华庆等主力油田，这些区 块原油产量占油田总产量的 70% 80%，原始气油比 普遍较高 （ 53 116 mVt)， 尤其是最新开发的高 52井 区（长 10油藏，原始地层气油比 116. 9 mVt)、 华庆油 田（长 6油藏，原始地层气油比 115.7 m7t)、 姬塬（长 8油藏，原始地层气油比 97. 53 mVt)，按生产气油比 40 m7t原油， 70%原油产量简单测算，伴生气为 3. 85 X10s m3。 长庆油田公司近 年来根据
7、伴生气的分布特 点，从中选精选优，先肥后贫逐步进行综合利用，到 2013年底现己建成轻烃厂 18座。 2油田伴生气的性质和特点 油田伴生气是伴随原油共生的，是原油中富含的 可燃气体，随原油同时采出，并在开采、集输过程中从 作者简介：曹登 R ( 19 6 6 工稈师 .1 9 9 7年毕业于华北石油职工火学采油工稈专业 .长期从事采油、油气集输、伴生气加工 利用等工作。 E-mail: 第 44卷第 2期 曹登巨等油田伴生气综合利用分析 61 原油中分离出来。其主要成分是饱和烃，通常为无色 气体，密度比空气轻，属甲类易燃气体，具有易燃易爆、 易扩散性，还具有一定毒性和腐蚀性 1。 目前，油田
8、伴生气经轻烃回收装置生产的产品主 要是干气、液化石油气和稳定轻烃 3种 2。烃类气体 主要为饱和的脂肪族链状烃类混合物（烷烃）。因烷烃 含量比气田气高，因而回收的伴生气中轻烃数量也多， 这是伴生气与天然气的主要区别，具体参数见表 1。 表 1长庆油田伴生气组成 Table 1 Associated gas composition of Changqing Oilfield 组分 CH4 C2 C3H8 i-C4 Hi n-C4 Hi 卜 。 5 H12 n-Cs H12 c6+ H2O N2 C 2 (p/ % 53. 61 12. 62 13. 03 3. 17 5. 51 1.87 2.
9、62 2. 15 2. 16 3. 10 0. 16 3油田伴生气的综合利用分析 3.1油田伴生气综合利用技术 油田伴生气的回收利用在很早以前就引起人们的 重视，也开发出了多种相应的技术。但由于伴生气的 组成和气量的多变性和复杂性，油田建设地形的多样 化，以及油井生产情况的复杂性，形成了不同油区的伴 生气回收利用方案和技术的多样性 34 结合长庆油田伴生气特点，目前常用的回收技术 见表 2。 表 2伴生气主要回收技术 Table 2 Main recovery technologies of associated gas 伴生气种类 伴生气回收技术 油气混输技术 (定压阀） 井口套管气 油气混
10、输技术 (游梁式套管气增压装置） 油气混输技术 (压缩机增压 ） 不增压管道集气技术 伴生气不增压分输技术 伴生气增压 (低压 0. 6 MPa)分输技术 接转站、增压点等密闭站 伴生气增压（中压 2. 5 MPa)脱水脱烃 点伴生气回收 分输技术 油气混输技术 (混输泵） 油气混输技术(压缩机增压 ） 脱水站、小型联合站、拉 油站、拉油点等油罐气及 分离器多余伴生气回收 大罐抽气技术 分离缓冲罐脱气技术 大型联合站 （ 30X 104 t/a 油罐抽气技术 以上） 原油稳定 3.1.1定压阀回收井场套管气技术 在油井套管上安装气体压力单向泄放装置，可以 根据油井的回压大小设定最小开启压力。当
11、抽油机下 冲程时回压降低，套管气压力超过设定值时单向泄放 到采油树流程中；上冲程时单流阀关闭，伴生气混入原 油输送到下游，见图 。该技术在西峰油田使用效果 较好。 图 1定 压回收装置 Figure 1 Constant pressure recovery unit 3.1.2压缩机回收井场套管气混输技术 该装置采用外加电源，电机带动压缩机运转，井场 的低压套管气通过压缩机的一、二级压缩缸升压，压缩 排出汇入采油管混输至下游。该技术适合于绝大多数 井场套管气的集气，并用于采油一厂王窑区井场，运行 效果很好。 3.1.3游梁式套管气增压装置 该工艺无需额外提供动力，抽气筒活塞连杆焊接 在抽油机游
12、梁上，依靠游梁上下往复运动，带动抽气筒 活塞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。该装置主要由抽气泵、支架 导轨和气路系统 3部分组成，见图 2。 图 2游梁式套管气增压装置 Figure 2 Pressurization device of beam casing gas 62 石 油 与 天 然 气 化 工 CHEMICAL ENGINEERING OF OIL & GAS 2015 3. 1.4油气混输技术（混输泵） 利用螺杆泵可以输送单一的或多种混合介质，包 括含气的或容易产生气泡的，高黏度的或非流动的，以 及含有固体颗粒或纤维的液体。螺杆混输泵可将气油 比
13、为5 80 m3/t的油气一起增压输送到下游站场，适 合于大井场的套管气、增压点及接转站的油气混输。 该技术在采油三厂、采油五厂及低效储量合作区等油 田普及使用，绝大部分站场的螺杆泵质量及变频、自控 系统都运行理想，适合于推广应用。 3.1.5伴生气增压混输技术 一些接转站、增压点站场改造时，受油气混输泵改 造投资和安装位置的限制（平均 6 m长），同时伴生气 压缩机回收技术工艺的逐步完善和趋于稳定，可使用 压缩机将伴生气单独增压后插入外输泵出口。 3.1.6不增压管输伴生气技术 敷设集气管道不增压输送套管气或站点分离出的 伴生气，适合于地势起伏小，较为平坦的地区。对于复 杂地形，伴生气必须采
14、取相应措施，确保伴生气在输送 过程中不产生积液。 3.1.7增压管输伴生气技术 伴生气剩余压力不够或不增压输送不经济时，需 考虑增压管输。增压管输分低压 （ 0.6 MPa)输送和中 压输送 （ 2. 5 MPa), 般不考虑高压输送。低压输送 不存在水合物冻堵情况，超过 . 6 MPa时，在冬季会 产生水合物，并堵塞管线 （ 0. 6 MPa下，水合物形成温 度2 3 C)。 因此，短距离输送可采用低压输送，较长 距离输送采用中压输送。中压输送时，需设置伴生气 脱水装置，一般采用分子筛脱水，以保证在中压条件下 水露点低于输气温度。 3. 1.8油罐抽气技术 使用抽气压缩机将转 油站、联合站内
15、脱水沉降罐 或其他油罐中的挥发油罐气抽出，增压后进入轻烃装 置或燃料气管网加以回收利用。该技术适合几乎所有 站场的油罐挥发气回收，应该加以大力推广使用。在 回收油罐挥发气创效的同时，还可以减轻储油罐的内 壁腐蚀，解决了站场油罐气对站场造成的污染及安全 隐患。 3. 1.9分离缓冲罐脱气技术 在保证缓冲罐液相自压进油罐的压力条件下，通 过与冷油换热再升温至一定温度，保证进罐原油的饱 和蒸气压略低于当地大气压即可。此工艺简单，能耗 低，并起到脱气效果，适合用于小型站场。 3. 1.10原油稳定技术 通过加热闪蒸或负压抽气将原油中易挥发的轻烃 组分回收，同时使原油的饱和蒸气压降低，满足原油达 到外输
16、条件，同时经稳定后的原油在下游集输储运过 程中损耗降到最低。 3.2油田伴生气综合利用途径 油田伴生气目前主要用作燃料气、发电用气、轻烃 回收装置原料气。除西峰油田伴生气回收及综合利用 较好外，其他大部分区块都存在伴生气放空现象，放空 形式如下：井场套管气直接点火放空；接转站、增压点 剩余伴生气点火放空；联合站、拉油站剩余伴生气点火 放空；联合站、拉油站等油罐气放空。长庆油田伴生气 使用情况见表 3。 3.2.1伴生气作燃料气 (1) 目前，油田有伴生气的小型站点均使用缓冲 罐分离的伴生气作燃料气。 (2) 大部分规模较大的站场在伴生气富裕的情况 下，均采用伴生气或轻烃回收装置生产的 T气作燃
17、料 气。 (3) 井口回压较高的井场采用套管气加热，降低 井口回压。 (4) 为一些生活点供气 3.2.2 伴生气发电 一些伴生气量较大的井场及站点，采油厂积极利 用节能专项资金或引进其他资金建设一些燃气发电机 组。除水电厂投资建设的 1 500 kW容量的白豹发电 站外，还有外来投资者或油田公司自行投资的电站共 计 9个。另外，长庆油田先后在盘古梁、吴起、云盘山、 麻黄山、白豹、镇北等井区井场安装了 47套燃气发电 机组。这些电站及发电机组共计装机容量为 14 460 kW， 实际运行负荷 10 840 kW， 备用容量为 3 620 kW， 燃气发电用伴生气量 10. 4X101 m7d，
18、 约占总量 的 10. 1%，而且有上升的趋势。 3.2.3 干气发电 利用轻烃装置生产的剩余 T气作为燃料发电也是 较为彻底的回收利用伴生气的一种方式。目前，西一 第 44卷第 2期 曹登巨等油田伴生气综合利用分析 63 表 3长庆油田主要区块伴生气回收利用现状汇总 Table 3 Associated gas recycling status summary of main block in Changqing Oilfield 伴生气冋收利用量及利用率 _ 总回收 仟土 1里 / (m3 d_1) 加热炉用量 / (m3 d_1) 利用率 /% 发电用量 / (m3 d_1) 利用率 /
19、% 轻烃装置用量 / (m3 d_1) 利用率 _/% 利用率 / % 坪桥区 29 025 6 444 22.20 0 0. 00 0 0. 00 22 杏河区 87 287 28 423 32. 56 10 880 12.46 10 000 11.46 56 杏南区 53 932 7 900 14. 65 0 0. 00 0 0. 00 15 杏北区 40 392 8 259 20.45 4 725 11. 70 0 0. 00 32 王窑区 91 163 21 844 23. 96 9 677 10. 62 6 000 6. 58 41 王南区 42 160 15 384 36. 49
20、0 0. 00 0 0. 00 36 侯市区 59 78715 537 25. 99 5 800 9. 70 0 0. 00 36 镇北 25 091 5 580 22.24 0 0. 00 0 0. 00 22 南梁 13 919 3 780 27. 16 4 665 33. 52 0 0. 00 27 五里湾一区 62 201 41 438 66. 62 0 0. 00 0 0. 00 67 五里湾二区 34 882 13 600 38. 99 0 0. 00 0 0. 00 39 盘古梁 34 683 14 123 40. 72 4 650 13.41 0 0. 00 54 郝坨梁 19
21、 191 12 900 67.22 0 0. 00 0 0. 00 67 刘坪输油站 23 800 22 789 95. 75 0 0. 00 0 0. 00 96 铁一联 7 834 4 668 59. 59 0 0. 00 0 0. 00 40 吴一联 27 006 12 905 47.79 0 0. 00 0 0. 00 48 吴二联 3 685 2 446 66. 38 0 0. 00 0 0. 00 66 吴三联 1 5783 4 530 28. 70 0 0. 00 0 0. 00 29 吴定联 23 120 7 923 34.27 0 0. 00 0 0. 00 34 采四 12
22、8 287 38 492 30. 00 3 100 2.42 7 000 5.46 39 樊学区 51 664 11 065 21.42 0 0. 00 0 0. 00 21 采七 100 250 29 984 29. 91 37 800 37. 71 0 0. 00 68 联轻烃厂干气发电工程就是这样将放空烧掉的干气回 收利用的一项工程。该工程总装机容量 5 MW， 设置 3台2 000 kW和 1台 500 kW燃气发电机组，可将目 前轻烃厂生产的副产品干气（约 3. 7 X104 4. 2 X104 m3/d)彻底利用，进一步回收了有效资源，保护了环 境，提高了经济效益 7。 3.2.4
23、轻烃回收部分 原油稳定气、大罐挥发气、站外套管气经抽气压缩 机増压后，进入原料气压缩机辅机橇内的一级入口冷 却器和分离器，冷却来气并分离出液体，气体进入脱硫 装置。脱硫后进入原料气压缩机一级缸，增压至 600 800 kPa， 再进入辅机橇内二级入口冷却器和分离 器，冷却分离后进入分子筛脱水橇，脱除气体中携带的 饱和水，避免在制冷系统发生冰堵。脱水后的气体进 入压缩机二级缸，继续增压至 2 000 2 200 kPa。 增 压后的气体经压缩机二级出口冷却器冷却，再与出装 置的 T气换热，最后经丙烷蒸发器冷冻至一 1 一 15 C后进入脱乙烷塔中部，在塔内与塔顶喷淋的冷冻油 逆向接触，吸收气体中
24、的 CT组分， CbQ自塔顶与装 置自产的稳定轻烃经静态混合器混合后，进入丙烷蒸 发器冷冻至一 20 一 25 C， 在低温分离器中分离出干 气，与原料换冷后作为燃料去各用气点；低温分离器底 部的冷冻油作为吸收剂进入脱乙烷塔顶部喷淋。 脱乙烷塔底部液体经重沸器加热，在塔内提馏出 Ci、 C2组分，以确保液化气产品质量合格。塔底液体 与稳定轻烃换热后进入液化气塔中部，塔顶气体经冷 却后进入回流罐内。回流泵抽出后，一部分作为回流 返回塔顶，一部分为合格产品液化石油气去罐区。塔 底液体经换热、冷却后，一部分与脱乙烷塔顶气体混合 后去冷冻系统，另一部分作为产品去罐区。轻烃回收 装置流程示意图见图 3。
25、分馏单元流程示意图见图 4。 图 3压缩单元 流程示意图 Figure 3 Flow diagram of compression unit 64 石 油 与 天 然 气 化 工 CHEMICAL ENGINEERING OF OIL & GAS 2015 图 4分馏单元流程示意图 Figure 4 Flow diagram of fractionation unit 3.3油田伴生气综合利用效果对比 长庆油田近年来在油田伴生气各项技术的综合利 用方面取得了良好的效 果。 2011年至 2013年，伴生 气回收量从 8 060X104 m3提高到 13 200X104 m3;轻 烃生产量从 7
26、6 591 t提高到 111 682. 1 t;燃气发电量 基本平稳； CNG生产量从 206. 50 X 104 m3 提高到 1 034. 88X104 m3。 综合利用效果明显，企业效益显 著增加，具体情况见表 4和图 5。 表 4近三年来伴生气利用情况 Table 4 Associated gas utilization situation in recent three years 年份 伴生气回收量 / 104 m3 轻烃生产总量 / 燃气发电量 / CNG/ 104 m3 t 104 m3 104 kWh 104 m3 2011 8 060 76 591.0 8 055 4 96
27、7.60 1 987.04 206.50 2012 12 100 98 354.7 9 713 4 994.80 1 997.92 1 111.40 2013 13 200 111 682.1 10 764 4 448.86 1 779.54 1 034.88 合计 33 360 286 627.8 28 532 14 411.26 5 764.50 2 352.78 图 5伴生气利用情况 Figure 5 Utilization of associated gas 4结语 油田伴生气的开发、利用发展前景广阔，效果良 好，是非常不错的清洁能源，主要表现在： (1) 近几年长庆油田通过加大对伴生
28、气资源的综 合利用，提高了油田开发管理水平，减少了污染，达到 了节能减排的目的，降低了生产过程中的安全风险。 (2) 可延长油田开发的产业链，提高能源综合利 用率。 (3) 可改善环境，降低 PM2.5，促进生态文明建设。 参考文献 1 国际能源署 .开发中国的天然气市场 M.北京：地质出版社， 2003. 2 王勇，王文武，呼延念超，等 .油田伴生气乙烷回收 HYSYS计算 模型研宄 J.石油与天然气化工， 2011， 40(3): 236-239. 3 国际能源署 .世界能源展望 M.北京：中国石化出版社， 2004. 4 袁自光，周春，段玉明 .塔里木油田伴生气综合利用对策 J.石油 与天然气化工， 2004, 33(6): 405-408. 5 徐文渊，蒋长安 .天然气利用手册 M. 2版 .北京：中国石化出版 社，2006. 6 弓燕舞，金颖，江金华 .油田伴生气液化利用探讨 J.石油与天然 气化工， 2005, 34(1): 14-16. 7 郭忠贵 .天然气知识与实用技术 M.北京：石油工业出版社， 2012. 收稿日期 ： 2014-08-05;编辑：康莉