清洁生产新工艺在东胜气田的应用

符伟兵

(中国石化华北油气分公司石油工程技术研究院)

目前，气田开发中地面集输开采工艺主体采用高压集输和井下节流低压集输。实际应用中，存在冬季易冰堵的问题，需要注醇解防堵，冬季生产维护成本高，存在环保风险且含醇污水处理成本较高的问题[1-2]。

面对愈加严厉的环保法律法规，如何实现气田清洁生产成为众多学者研究的课题，其中，最主要的方式为通过研发环保型水合物抑制剂替代甲醇，在保障气井解防堵效果及气井稳定生产情况下，产出污水经过简单处理后可以直接回注，避免了含醇污水环保风险和成本压力[3]。中石化华北油气分公司从“清洁生产一体化”理念出发，提出了结合井下隔热工艺、地面节流分离工艺、环保型抑制剂解防堵工艺、污水无害化处理与药剂回收工艺“四位一体”实现气田不注醇清洁低成本生产的新工艺[4]。该工艺方案涵盖整个天然气生产过程，充分利用各种天然能量，统筹解决气田的安全、环保、能耗、投资、成本、管理、污水无害化等生产难题，具有生产管理简单化、降低生产成本，提高开发效益的特点，对于低渗致密气藏开发具有广阔的应用前景。

一、清洁生产工艺思路及原理

工艺思路：充分利用地层能量、自然界风能、太阳能，结合应用环保型药剂预防水合物特点、产出污水与污泥无害化处理、药剂回收重复利用降低药剂成本。主要原理：充分利用气层高温，通过实施井筒隔热油管保温工艺，提高产出气温度，减少气体热损失，实现夏季自然条件下不加药预防生成水合物；通过向气井添加环保型抑制剂，解决冬季环境温度低条件下预防生成水合物堵塞生产管线的问题；通过自然界风能、太阳能，采用自然蒸发方式实现产出污水中水分蒸发、药剂回收重复利用，分离的残渣通过焙烧制砖处理；这个处理过程采用环保型药剂，处理过程符合环保要求[5]。

二、清洁生产工艺流程

井筒生产油管采用隔热油管，井口安装一次节流装置，并配套井口自平衡式加药装置，负责加注环保型药剂，包括水合物抑制剂、泡排剂、缓蚀剂等。产出气管输至集气站，集气站内采取不加热二次节流，并脱水脱烃，分离后的干气外输，分离后的液体经过油水分离后凝析油外销。集气站分离后的不含油污水拉运至就近的污水无害化与药剂回收处理站，污水经过加碱反应后分离的泥渣集中焙烧制砖，分离的清洁液体经过蒸发池蒸发处理水分，蒸发后分离的环保药剂重复利用。清洁生产工艺主要流程见图1。

图1 清洁生产工艺流程示意图

三、现场应用

华北油气分公司东胜气田主体采用井下节流低压集输工艺，早期投产的1号集气站为东胜气田唯一一座高压集输集气站，集气站采用站内加热、两级节流集输，生产过程中，地面管线存在水合物堵水问题，需注甲醇解防堵，由于没有配套的注醇管线及设备，需要采用化排车在气井井口注醇解防堵，生产运行费、污水处理费用较高。针对1号集气站生产状况，在采气流程现有基础上开展了清洁生产先导试验。

1.试验方案设计

先导试验方案设计的原则是在不改变原生产流程基础上，仅增加井口加药装置和污水无害化处理站，以此评价清洁生产工艺中药剂解防堵性能、污水无害化处理与药剂回收工艺效果、药剂重复利用效果以及工艺环保性能。根据1号集气站工艺现状，设计了9套滴注罐对应9口试验井，满足单井药剂的加注。将解防堵用的甲醇以及排水用的泡排剂分别更换为Z-6环保型抑制剂、Z-3环保型排水剂。在1号集气站附近就近建成年处理能力15 000 m3污水处理站，包括油水分离罐、反应池、存蒸罐、焙烧炉。

2.试验工艺优化

由于冬季试验，环境温度低，自然蒸发速度相对较慢。通过改进工艺，试验了填料强化蒸发工艺，优化工艺显著提升了蒸发速度，详见图2。其中强化倍数是指1 m高填料蒸发水量与填料占地面积自然蒸发水量的比值，可衡量同等占地面积时有无填料的蒸发能力，如果增加填料蒸发池高度，可进一步增加填料蒸发速度。

图2 蒸发工艺优化改进后效果对比图

3.试验效果分析

先导试验共分为三个阶段：第一阶段为2015年10月17日～2016年1月24日，连续98 d，开展环保型抑制剂替代甲醇生产试验。第二阶段开展污水填料强化蒸发与抑制剂、排水剂回收实验，连续40 d。第三阶段开展回收抑制剂再循环使用实验，连续8 d。

清洁试验期间生产数据与往年同期气井生产数据对比见表1，从表1看出，在产水量增加、环境温度更低的情况下，气井生产时率提高了3.3%，单次解堵时间降低了2.8 h。清洁生产加注环保型抑制剂试验结束后，开展注醇生产，从生产对比数据看，注醇后生产时率降低4.5%，单井堵塞频次增加了0.44 次/d，单次解堵时间增加了14.9 h。

表1 清洁生产期间气井生产数据同比、环比对比表

从污水处理站试验测试结果看，风干泥渣产生量为污水体积的1.5%～2%，风干杂盐碱晶体产生量约为污水体积的0.1%～0.2%。抑制剂实际回收率约95%，抑制剂回收周期7～10 d。填料蒸发速度平均21.5 L/d·m2，自然蒸发速度平均3.34 L/d·m2。回收的环保型抑制剂在3口井进行现场应用试验，在用量仅为甲醇用量1/3的情况下，可以保障气井连续稳定生产，重复利用试验证明，回收的药剂能够满足气井解防堵生产要求。经两家专业检测机构对污水无害化处理过程及泥渣焙烧处理过程环境监测、排放物检测，三废排放、污水蒸发均符合国家排放标准，满足环保要求。

综合考虑药剂成本、药剂用量、药剂回收率、污水处理成本因素，东胜气田1号集气站在清洁生产工艺生产模式下相比注甲醇生产工艺，折算每1 m3污水总费用降低约180元，应用效果显著。

四、结论与建议

(1)中石化华北油气分公司东胜气田在国内首次应用了“环保水合物抑制剂+污水无害化处理与药剂回收工艺”实现气井不注醇清洁低成本生产。该工艺整体试验成功，证明了该项技术具有一定的可推广性。

(2)该工艺利用地层能量，自然界风能、太阳能，结合应用环保型药剂预防水合物的优势，具有环境友好、充分利用自然能源的特点。

(3)该工艺试验证明，药剂回收工艺可以满足药剂重复利用的要求，可降低药剂总用量，从而降低生产成本。

(4)工艺大规模应用后，存在污水总量大，且冬季由于环境温度低、蒸发速度慢的问题。可进一步研究，从提高强化蒸发池高度，增加风力、太阳能发电机及风机，提高风速等方面进一步优化，充分发挥鄂尔多斯盆地风力大、日照强、空气干燥等自然优势，提高工艺的处理规模。