油氣萃取計量增壓混輸裝置研制及應用

程世英 卜曉慧 韓磊 高磊 黃俊虎 徐建軍 程雨晴

1陜西星辰石油科技有限責任公司

2青海油田信息服務中心物聯網絡部

3長慶油田第十采油廠

4長慶油田第十二采油廠

5長慶油田第二采油廠

長慶油田大部分區域地形溝壑縱橫、梁茆連綿、地表高差較大（150～550 m）[1]，主力開發油藏原始氣油比均在100 m3/t 以上，初期生產氣油比在200～500 m3/t，屬于超低滲、頁巖油油藏，均采用大規模體積壓裂水平井開發，具有初期產液量高、產氣量大、穩定后產液量和產氣量遞減大等特點。由于目前主要采用頁巖油平臺開發模式，水平井水平段較長（平均超過1 km），導致區域內平臺與平臺之間及部分平臺與站點之間距離較遠（超過3 km），受區域地形溝壑影響導致平臺井組自壓冷輸回壓較高，通常超過3.0 MPa，影響油井產量[2]。同時，受生產過程中結蠟等因素影響，回壓會進一步增加，導致掃線頻繁且存在安全隱患（井口及管線設計工作壓力為4 MPa）[3]；由于油壓較高，導致目前采用的井口定壓集氣混輸工藝要求設定的套壓值較高，超過油井生產合理流壓，進而嚴重影響原油產量[4]。

目前，油田使用較成熟的數字化增壓橇（油氣混輸）單座最小處理規模為120 m3/d，投資超過100萬，油氣混輸存在增壓低，設備龐大，占地面積大、成本高，以及頻繁維修等問題[5]，部分井場伴生氣處于就地火炬燃燒狀態[6]。對于高產氣量井組需要新增伴生氣增壓機組及輸氣管線[7]，尤其對于大量的2～4口井頁巖油平臺（產液量50～100 m3/d）應用成本較高。

為此，針對長慶油田開發地面集輸工藝存在的問題，研發了油氣萃取計量增壓混輸裝置。

1 油氣增壓集輸技術

該油氣萃取計量增壓混輸裝置通過對單井原油氣液分離和油水萃取分離[8]，經過油、氣、水計量后與井組原油氣液渦旋分離后的油水與氣混合，分別通過密閉（油、氣、水）計量增壓進行油氣混輸或油氣分輸，實現了井口（井組）—聯合站集輸流程的全過程密閉，最大程度地降低了油氣損耗，形成了以“井組—油氣萃取計量增壓混輸裝置—集輸站”的一級半油井地面儲運工藝技術模式。該模式不但解決了油井計量、套氣回收問題，而且降低了油井井口回壓，提高了油井產量。集輸站中的伴生氣除滿足集輸站場加熱爐用氣（對原油外輸升溫）、站內用熱外，剩余伴生氣輸往輕烴處理廠進行集中處理[9]。

同時，該設備的使用可替代原有的“井組—增壓站—集輸站”二級油井地面工藝，簡化了地面工藝流程，實現了油氣計量增壓密閉輸送，減少了地面設備、土地、人員的大量投入，避免了部分低產量油井因間歇排放造成的外輸管線凍堵現象，實現了數字化井場無人值守，較原有工藝增壓站建設費用降低25%，每座站平均節約用地900 m2，有效縮短建設周期35 天。其適應長慶油田的伴生氣回收及油氣計量增壓密閉工藝技術，對高效地開發長慶油田的超低滲透油藏具有重要的現實意義[10]。

2 機構組成及工作原理

油氣萃取計量增壓混輸裝置主要由油氣萃取分離計量、油水與氣增壓、數據檢測智能控制及遠程安全控制四個部分組成（圖1）。其中油氣萃取分離計量部分包括原油、套管氣進口，過濾器、萃取緩沖罐（內置萃取分離機），伴生氣以及油水混合液出口連接、流量計、閥等；油水與氣增壓部分包括氣液平衡裝置，多級氣體、負壓射流和液體增壓泵等；數據檢測智能控制部分包括液體流量變送器、氣體流量計、溫度和壓力傳感器、數據處理系統、參數設定顯示智能控制系統等；遠程安全控制部分包括壓力、溫度、氣體各種信息處理，遠傳控制及防爆保護控制箱[11]。

圖1 部分油氣萃取計量增壓混輸裝置工藝流程Fig.2 Part of the process flow of oil and gas extraction metering pressurized mixed transportation device

井組原油計量增壓過程：油井（井組）原油與油井套管氣通過過濾器后，進入萃取緩沖罐中的分離罐內進行油氣離心、隔離、吸附分離后[12]，油水通過液體流量計量，經增壓泵增壓到外輸管線中；伴生氣經過氣液平衡裝置，通過氣體流量儀計量，在增壓器的多級增壓下，伴生氣通過負壓射流后均勻地進入外輸氣管線或者進入油氣混輸外輸管線中[13]。

井組某口油井油氣水計量過程：通過改變井組工藝流程，使這口油井的出液（油氣水）通過過濾器進入萃取緩沖罐內部中的萃取分離機內[14]，經過氣液分離后，伴生氣引出到萃取緩沖罐上部連接的流量儀計量后導入萃取緩沖罐內上部室，油水采用萃?。ㄒ?液混合與分離）分離。其工作原理是利用電動機帶動轉鼓高速轉動，密度不同且互不相容的油水液體（加入一定比例的破乳劑）在轉鼓與漿葉旋轉產生的剪切力的作用下完成混合傳值，又在轉鼓高速旋轉產生的離心力作用下迅速分離。利用萃取分離機的方法可快速解除油包水（水包油）的問題，達到快速油水分離的目的。分離后的油水分別引出到萃取緩沖罐中部連接的液體流量計計量，再次導入萃取緩沖罐內下部，完成對井組和單井原油同時進行計量和增壓。

控制系統通過檢測裝置中壓力、溫度、流量、液位傳感器輸出信號及設定值，智能控制增壓裝置的各種運行狀態，按照預設的報警參數自動改變流程。同時，裝置所有運行數據可就地顯示和遠傳，設備遠程控制、排量自動調整的功能，能夠實現無人值守。其工藝流程如圖2所示。

圖2 油氣萃取計量增壓混輸裝置結構及實物圖Fig.2 Structure and real picture of oil and gas extraction metering pressurized mixed transportation device

3 技術特點

（1）采用萃取分離機工藝技術進行油氣水計量，并且對流量計采用液位自校正技術，計量準確，滿足油田數字化建設對油井的油、氣、水參數要求，與油田目前使用的含水分析儀相比使用成本低。

（2）裝置單座處理量范圍廣（30～300 m3/d），最高增壓達6.3 MPa，設備投資30～45 萬元，具有占地面積少、輔助配套少、成本低、能耗小的特點；能夠有效解決高回壓井組降回壓和套管氣回收的問題，具有常溫密閉油氣集輸功能，可以實現高回壓井組的全密閉生產。

（3）解決了高產氣量井組需要新增伴生氣增壓機組及輸氣管線問題，也解決了對于大量的2～4口井頁巖油平臺（產液量50～100 m3/d）需要建設增壓站等地面投資成本較高問題。

（4）智能控制系統對設備內液面、溫度、排量、壓力等技術參數自動智能控制和就地顯示，并通過RTU 以太網實時傳輸到廠監控系統，實現數據遠程監控。具有超高壓、超高溫自動停泵保護的功能，自動故障流程切換流程功能，防盜、防凍、防爆功能，可實現集輸計量、增壓過程的無人操作，數字智能管理。

（5）整套設備一體化橇裝結構安裝方便，具有智能加熱保溫、防腐、防爆功能，可適用于露天低溫的特殊環境要求。也可以采用橇裝彩鋼房組合結構，整體吊裝運輸，安裝使用方便。

4 應用效果

2020年6月，裝置分別在長慶油田采油十二廠寧H7 平臺及固平40-63 輸油點進行現場安裝使用，其中，寧H7 平臺（井組）現場使用數據統計：安裝前，該井組產液量35 m3/d，產油量15 t/d，產氣量2 000 m3/d，井組井口回壓3.8 MPa，井口套壓3.5 MPa。安裝投入使用后，該井組井口回壓降到0.2 MPa，井口套壓降到0.1 MPa，井組產量增加到51 m3/d，平均井組增加產量11 m3/d，能 耗19.2 kWh/m3。已應用累計時間超1 年多，截至目前設備平穩運行。

2021年2月以后相繼在長慶油田采油二廠、采油三廠和采油十二廠的珠18 增壓站、鹽273 井組、40-63增壓站、78-72增壓點、121增壓點7個增壓站進行了使用。平均降低生產壓差20%，可回收油井伴生氣，提高輸油壓力2 MPa，達到油井增產、伴生氣密閉輸送的目的?，F場安裝前后使用效果數據見表1。

表1 油氣萃取計量增壓混輸裝置現場使用效果分析數據Tab.1 Analysis data of on-site application effect of oil and gas extraction metering pressurized mixed transportation device

5 經濟效益預測

（1）直接投產效益。依據安裝1套（處理液量200 m3/d、伴生氣量1 000 m3/d）該油氣萃取計量增壓混輸裝置，與同等處理能力的常規增壓站對比分析可知，常規增壓站直接投資約200萬元，使用該設備直接投資35 萬元，占地面積減少60%以上，建設投資節約160 萬元/座，設備運行費用年節約24萬元。同時，可采用油氣混輸工藝技術，省去1條集氣管道，具有占地少、能耗小的特點。

（2）直接經濟效益。按照每天回收伴生氣1 000 m3，每立方米伴生氣0.6 元計算，每年可直接產生經濟效益大約43.2萬元；按照每個井組降低井口回壓到0.3 MPa計算，增加油井產量5%，經濟效益可觀。

（3）間接經濟效益。安裝該設備可同時停用常規增壓站內加熱爐、緩沖罐、氣液分離器等特種設施，設備無人值守，降低安全風險，減少現場人員費用，提高了油田數字化智能管理水平。

6 結束語

（1）油氣萃取計量增壓混輸裝置不但具有對油井進行油氣混輸或油氣分輸增壓功能，而且具有對油井進行油、氣、水計量功能，解決了高產氣量井組需要新增伴生氣增壓機組及輸氣管線問題，可廣泛使用于油田大量的2～4口井頁巖油平臺。

（2）該裝置具有占地面積少、輔助配套少、成本低、能耗小的特點；能夠有效解決高回壓井組降回壓和套管氣回收的問題，具有常溫密閉油氣集輸功能，實現高回壓井組的全密閉生產。

（3）油井計量增壓一體化橇結構，數字化程度高，無人值守，滿足現場實際需求，可減少大量地面、人員投資。