油气田零散伴生气回收处理橇装装置研究与应用
毛 勇，王 玺，沈科斌，王秀武，耿 榕
（长庆油田分公司机械制造总厂，710201）
摘 要：本文以油气田零散伴生气回收处理橇装装置研究与应用为主题，针对油田中伴生气产量较小且缺乏管网输送的问题，提出了一种智能橇装装置的研制方案。该装置通过开发混烃+LNG、混烃+CNG、混烃+发电等多种回收模式，实现了对零散伴生气的回收处理，具备绿色节能、智能安全和低碳减排等特点。论文还介绍了处理设备的组成，包括化学药剂、压缩机和冷箱冷媒介质等。其中，混烃+发电模式可利用C3以上混烃进行混烃回收，同时将干气用于LNG生产或发电。通过该研究，形成了一套系列化、智能化和橇装化的零散气回收处理解决方案。
关键词：油气田；伴生气；橇装装置；混烃；发电；低碳减排
引言
随着能源需求的不断增长，油气田开发成为满足人类能源需求的重要方式之一。然而，在油田开发过程中，伴生气的产生却常常被忽视或处理不当，导致大量的伴生气被直接排放或火炬燃烧，浪费了宝贵的能源资源，同时也对环境造成了严重的污染和碳排放问题。特别是对于产量较小的油气田，由于缺乏管网输送，更加突出了伴生气回收处理的难题[1]。为了解决油气田伴生气回收处理的问题，本文致力于研究与应用智能橇装装置，旨在开发一种高效、可靠的技术方案来回收处理油田中零散伴生气。本研究提出了混烃+LNG、混烃+CNG、混烃+发电等多种回收模式，这些模式不仅具备绿色节能、智能安全和低碳减排的特点，还能有效填补油气田小气量无管网火炬放空的现状。通过将处理设备搭载于橇装装置上，化学药剂、压缩机和冷箱冷媒介质等关键组成部分得以合理利用，实现了零散气回收处理的系列化、智能化和橇装化解决方案。
1 油气田伴生气回收问题
1.1 5万方以下经济性较差，CNG运输半径仅为200KM
在油气田开发过程中，产量较小的油气田往往存在经济性较差的问题，尤其是当产量低于5万方时。此时，采用CNG运输伴生气可能面临运输半径限制，通常仅能覆盖200公里范围。这意味着当油气田位于偏远地区或离主要消费市场较远时，运输成本可能会大幅增加，从而降低了伴生气回收的经济效益。因此，我们需要寻找更有效的方法来解决这一问题，以提高低产量油气田的伴生气回收利用率。
1.2 零散气，偏远井，无管网伴生气回收问题
在一些偏远地区的油气田开发过程中，由于产气量较小或井位分散，无法建设完善的管网系统来收集和运输伴生气。这样的情况下，面临着伴生气无法有效回收利用的问题。由于井位分散，建设管网系统的成本和投入较高，限制了伴生气回收的可行性。因此，需要研究和应用适用于零散气、偏远井的伴生气回收技术，以实现对这些散落油气田伴生气的高效回收和利用。
1.3 轻烃厂装置检修期间，因无法处理伴生气而放空燃烧等问题
在轻烃厂装置进行检修期间，通常需要停止生产，而伴生气产生的问题也随之而来。由于无法进行正常处理，这些伴生气可能只能通过放空和燃烧的方式进行处理，导致资源的浪费和环境污染。这种情况下，需要开发相应的技术和设备，以解决轻烃厂装置检修期间无法处理伴生气的问题。通过研究和应用可行的处理方法，如临时气体回收装置或临时储气设施，可以有效减少伴生气的浪费和环境影响，提高资源的利用效率。
2 智能橇装装置设计与原理
2.1 橇装装置的概述
智能橇装装置是针对油气田伴生气回收处理问题提出的一种创新解决方案。该装置采用橇装化的设计理念，整合多个成橇设备，按照混烃+发电、混烃+CNG、混烃+LNG等工艺，形成增压橇、脱水撬、脱酸橇、制冷橇、分离橇等5-12个不同橇装装置的集成模块。以便在油气田内灵活、高效地进行操作。橇装装置具备便携性和适应性强的特点，可以在不同油气田之间快速转移和部署，实现对伴生气的现场处理和回收[2]。
2.2 设备组成与功能
2.2.1 化学药剂的应用
橇装装置中的化学药剂是实现伴生气回收处理的重要组成部分。化学药剂的应用起着至关重要的作用。其中，MDEA溶液是一种常用的化学药剂，用于脱除伴生气中的二氧化碳。MDEA（2-甲基二乙醇胺）具有优异的吸收性能，可以高效地吸附并去除二氧化碳，从而提高伴生气的质量和纯度。智能橇装装置还使用载硫活性炭和3A分子筛等材料来处理伴生气中的硫化氢和水分等杂质。载硫活性炭通过其高度的吸附能力，可以有效地去除伴生气中的硫化氢，从而减少对环境的污染和腐蚀风险。3A分子筛则主要用于吸附水分，提高伴生气的干燥度，以确保后续处理过程的稳定性和效果。
2.2.2 压缩机的作用
智能橇装装置中的压缩机分为原料气压缩机和制冷压缩机。原料气压缩机采用往复式压缩机，便于维护保养。制冷压缩机采用螺杆压缩机，用于提供冷却剂的循环流动和压缩。这两种压缩机的作用是将伴生气进行压缩和冷凝处理，以满足储存、运输和利用的要求。采用合适的压缩机类型，既能保证装置性能和效率，又方便维护保养，确保装置的可靠性和稳定运行。
2.2.3 冷箱冷媒介质的使用
橇装装置中的冷箱和冷媒介质在伴生气回收处理中扮演着重要的角色。冷箱采用特殊的绝热材料和制冷技术，使装置能够有效地实现伴生气的冷却和液化处理。冷媒介质被用于降低伴生气的温度，将其冷却至极低温度，并将其转化为液体形态，其中包括丙烷制冷剂和混合制冷剂等。根据相关文献，LNG制冷的温度通常为-162℃。通过冷箱和冷媒介质的运用，橇装装置能够有效地实现伴生气的冷却和液化，以满足储存、运输和利用的要求。
2.2.4 智能控制系统
橇装装置还配备了先进的智能控制系统，包括DCS、SIS和FGS，用于监测和控制装置的运行状态。该系统利用先进的传感器技术和自动化控制算法，实时监测伴生气的流量、温度、压力等关键参数，并自动调节化学药剂的投入量、压缩机的运行参数以及冷箱冷媒介质的供应等。通过集成的DCS、SIS和FGS系统，橇装装置能够实现装置的稳定运行和高效能源回收，确保生产过程的安全性和效率性。这些控制系统的应用使得装置的操作更智能化、可靠化，并能够根据实时数据做出准确的调控，提高能源回收的效果。
3. 多种混烃回收模式
3.1 混烃回收的原理与方法
混烃回收是智能橇装装置的核心环节，旨在将伴生气中的混合烃化合物回收并转化为有价值的能源产品。混烃回收的原理基于烃类化合物的物理和化学性质差异，通过多种方法实现对不同烃类组分的分离和提纯[3]。常用的混烃回收方法包括冷凝分离法、吸附、吸附-解吸、膜分离等。
在冷凝分离回收中，利用混烃化合物的冷凝特性，通过控制温度和压力，在加热和冷却过程中将伴生气中的混合烃分离出来并进行回收。这种方法通过使混烃在特定温度下冷凝成液体状态，实现了不同烃类组分的有效分离。具体而言，该过程利用烃类化合物的不同冷凝温度，将其逐渐冷却至低于其沸点的温度，从而使其转变为液体状态。通过精确控制冷凝温度和操作压力，可实现不同烃类的有选择性分离和回收。这种冷凝分离法是一种有效的混烃回收技术，能够高效地分离和回收混合烃，以满足能源回收和利用的需求。
3.2 LNG、CNG和发电的应用
智能橇装装置中应用广泛的混烃回收模式包括液化天然气 (LNG)、压缩天然气 (CNG) 和发电。这些模式充分利用混烃回收的成果，将伴生气转化为高能值的能源产品，以满足不同领域的需求。
LNG模式是将伴生气经过冷却和液化处理，将其转化为液态的天然气。通常要求达到-162°C（-259.6°F）左右，以使其转变为液态。同时，液化天然气的储存和运输需要维持在大约0.1兆帕（1巴）的压力范围内。这样，液化的天然气便于储存和运输，能够在国内外进行长距离输送，并作为清洁能源广泛应用于发电、工业燃料和交通运输等领域。
CNG模式是将伴生气经过压缩处理，通常要求将其压缩至约20-25兆帕（200-250巴）的压力下储存和运输。通过压缩处理，伴生气的体积减小，便于在燃料供应站点进行储存和加注，为交通运输等领域提供了替代燃料的选择。CNG作为一种清洁、高效的燃料，被广泛应用于公共汽车、货运车辆和出租车等交通工具。
另外，智能橇装装置中的混烃回收模式还包括发电。在这种模式下，伴生气被直接用作燃料，通过燃烧产生热能，进而驱动发电机产生电能[4]。这种发电模式将伴生气的能源转化效率最大化，实现了能源的高效利用，并在能源供应方面具有较高的灵活性。
3.3 橇装装置的优势
橇装装置在混烃回收模式中具有显著的优势。橇装装置采用先进的技术和工艺，能够灵活应对不同产量和需求的油气田。无论是日产量较大的油田还是小型油田，橇装装置都能根据实际情况设计并提供适当规模的处理能力和储气容量。其智能化的控制系统和监测装置实现了高度自动化和智能化的操作和管理，确保装置的稳定运行和高效能源回收。
橇装装置具备灵活性和移动性。由于其紧凑的设计和模块化结构，橇装装置能够轻松移动到需要处理伴生气的油气田现场。无论是偏远地区还是临时开采点，橇装装置都能快速部署和启动，提供即时的伴生气回收解决方案。这种灵活性使得橇装装置成为适应不同场景和需求的理想选择。
橇装装置的操作和维护相对简便。设备和组件的模块化设计使得维护和保养工作更加便捷，减少了停机时间和成本。橇装装置采用可靠的压缩机和冷箱冷媒介质等关键设备，保证了装置的稳定性和长期运行能力。
4 绿色节能、智能安全与低碳减排特点
4.1 绿色节能特点
绿色节能、智能安全与低碳减排是油气田零散伴生气回收处理橇装装置的重要特点之一。首先，该装置通过将零散气进行回收利用，实现了绿色节能的目标。在过去，零散气往往被放空或直接燃烧，造成能源浪费和环境污染。而橇装装置能够有效地捕捉、处理和储存这些零散气，将其转化为有价值的能源资源[5]。通过最大程度地回收利用伴生气，装置实现了能源资源的高效利用，减少了对传统能源的依赖，从而降低了碳排放和环境负荷。
4.2 智能安全特点
智能橇装装置在设计和应用过程中注重智能安全特点的实现。装置配备先进的自动化控制系统和监测装置，能够实时监测和控制伴生气回收过程中的温度、压力、流量等参数，确保系统运行的稳定和安全。在出现异常情况时，系统能够及时响应并采取相应的措施，保障操作人员和设备的安全。
智能橇装装置采用了先进的安全防护措施，如泄漏报警装置、爆炸防护设施等，以防范潜在的安全风险。装置的结构设计和材料选择也考虑到了安全因素，以确保其在恶劣环境下的稳定性和可靠性。此外，装置还通过合理的防火和防爆设计，降低了火灾和爆炸的风险，保障了工作场所的安全。
4.3 低碳减排特点
智能橇装装置在油气田伴生气回收处理中具有显著的低碳减排特点。通过混烃回收模式，将伴生气转化为清洁能源产品，有效减少了温室气体的排放。特别是在LNG模式中，通过将伴生气液化后运输和使用，可以降低温室气体的排放量，减少对气候变化的负面影响。
此外，智能橇装装置在混烃回收过程中采用了先进的膜分离、吸附和解吸等技术，能够高效分离和回收烃类组分。这不仅提高了回收效率，还减少了有害物质的排放，减轻了对环境的污染。通过综合利用伴生气中的烃类资源，智能橇装装置实现了碳资源的最大化利用，减少了碳排放，符合低碳经济发展的要求。
5 系列化、智能化、橇装化零散气回收处理解决方案
5.1 解决方案的整体架构
系列化、智能化、橇装化零散气回收处理解决方案的设计旨在根据不同产量的油田的需求，提供相应规模的智能橇装装置，以满足不同油气田的伴生气回收需求。
针对不同产量的油田，根据伴生气产量的大小，设计不同规模的智能橇装装置。具体而言，针对日产量为5万方、3万方、1万方和1千方的偏远零散气井站，提供相应规模的装置，确保装置的处理能力与油田产量相匹配。
对于日产量为5万方的油田，设计并提供功能模块为9~12个的混烃+LNG装置。该装置具备高处理能力和较大的储气容量，能够满足大规模产量的伴生气处理需求。配备先进的自动化控制系统和监测装置，实现智能化的操作和管理，确保高效稳定运行。
对于日产量为3万方的油田，提供适中规模的混烃+LNG装置，其中功能模块为2~4个。该装置具备适度的处理能力和储气容量，满足中等规模产量的伴生气回收要求。同样，装置采用智能化控制系统，实现自动化操作和实时监测，以保障装置的稳定运行。
对于日产量为1万方的油田，提供混烃+CNG及混烃+发电的功能模块，数量为2~4个。装置具备较小的处理能力和储气容量，能够高效处理低产量的伴生气。装置配备智能化控制系统和监测装置，以确保安全运行和有效利用伴生气资源。
对于日产量为1千方的小型油田，提供适用于小规模产量的混烃+CNG及混烃+发电功能模块，数量为2~4个。装置采用紧凑型设计，具备小型化和灵活性，适应小型油田的特殊需求。智能化的控制系统和橇装功能使其易于移动和部署，满足小型油田的伴生气回收要求。
5.2 系列化、智能化、橇装化解决方案的优势
系列化、智能化、橇装化零散气回收处理解决方案的优势在于针对不同产量的油田提供量身定制的智能橇装装置，实现高效的伴生气回收。
通过提供不同规模的装置，解决方案能够适应各种油气田的产量差异，确保装置与产量的匹配，实现高效处理和回收。智能化的控制系统和监测装置使装置操作更加智能和精确。自动化控制系统能够实时监测和调整装置的运行状态，提高操作的准确性和稳定性，减少人为干预和误操作的风险[6]。橇装化的设计使装置具备高度的灵活性和适应性。装置可以快速移动到不同的油井或油气田进行作业，减少伴生气排放，满足油气田应收尽收的发展理念，提高作业的灵活性和效率。
6 结语
在油气田零散伴生气回收处理领域，系列化、智能化、橇装化解决方案为油田日产量不同规模的伴生气提供了有效的回收处理方式。通过针对不同产量的油田设计不同规模的智能橇装装置，解决了油气田伴生气产量较小、无管网输送的挑战。这些装置具备化学药剂、压缩机和冷箱冷媒介质等关键设备，实现了混烃+LNG、混烃+CNG、混烃+发电等多种回收模式。同时，该解决方案具备绿色节能、智能安全和低碳减排的特点，为油气田提供了可持续发展和环境保护的可行路径。通过系列化、智能化和橇装化的设计理念，这一解决方案实现了高效的伴生气回收，为油气田行业的可持续发展做出了重要贡献。未来的工作将继续完善和推进这一解决方案的应用，以促进油气田的可持续发展和环境保护。
参考文献：
[1] 刘德灿,史睿华,李华.边缘井天然气回收技术研究及应用[J].内蒙古石油化工,2011,(5);85-86.
[2] 郭忠明,隆丽红.压缩天然气(CNG)加气母站的工艺设计方案[J].油气储运﹐2007,(5);40-42.
[3] 王崇高,杨松.边缘油气井撬装化伴生气处理技术研究与应用[J].四川化工,2017.
[4] 刘弘博,刘宗耀,陈自振,朱文忠.伴生气轻烃回收小型橇装化装置设计分析与应用[J].石油地质与工程,2016:149-150.
[5] 邱矿武.油田伴生气回收装置现状和分析[J].中国石油和化工标准与质量,2016.
[6] 王守云,徐德成,缪冲波,张硕,周岩.橇装成套装置在零散井口天然气处理中的应用[J].石油规划设计,2016:42-44+58.
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