增压站与上下游井站的相互影响研究

钟兴伟 张剑 陈小明

摘 要：为提高气田采收率，通常在气田低压生产阶段采取增压上产措施。增压站的投运虽然提高了产能及采收率，但是安全生产风险也有所提高，增压站与上游井站、与下游场站的平稳运行，是确保整个开采工艺流程的关键环节之一，值得重视。

关键词：压缩机组;压力;负荷;堵塞;故障

中图分类号：TE934文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）07-109-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.053

1 增压开采工艺

压缩机的用途比较广泛，气田开采主要是用于增压开采及气田注气。增压开采是借助压缩机通过增加天然气的内能，从而提高气井生产压差及其带液能力，达到挖潜增效目的的一种油气田开发手段。通常使用的是往复式活塞压缩机组。

对于压缩机而言，其处理的原料气气质、进气温度、进气压力、排气温度、排气压力、处理量等参数，都会把压缩机限制在一定范围内运行。

2 压缩机组对上下游场站的影响

对于单井增压措施，增压机的运行情况变化只是对局部有明显影响，对于气田全局的影响较小，因此文章仅分析集中增压导致的影响。

2.1 工况变化

压缩机组在正常运行中，其转速基本固定在额定转速的80%～90%之间，所以转速调节范围最大也就是10%额定转速，对排气量以及进气压力、排气压力的影响相当小，所以对上下游场站的影响可以忽略不计[1]。

单双作用、串并联、缸径等工况的变化对压缩机排气压力影响则较小，对压缩机组处理量和进气压力影响较大，因此此类工况调整应及时通知上下游井站。

2.2 润滑油影响

压缩机组压缩缸采用强制润滑方式，注油器强行将润滑油推入压缩缸内润滑，润滑后的润滑油无法回收，混入了原料气当中。如果润滑油量过大，过多的润滑油进入管线，会降低管网输送效率，进入下游端的脱水站，会污染脱水剂（常见的是污染三甘醇），较多的润滑油也会影响计量的准确性。所以，压缩缸的润滑油量要严格按要求通过计算后调整。

压缩缸的润滑油量由缸径、冲程、转速、压力决定，过多的润滑还可能引起积碳而降低排气阀的寿命。

2.3 压缩机故障

气阀损坏、活塞环磨损过大等故障，都会导致处理量降低、排气温度升高等现象，如不及时排除，则导致上游端管网压力升高，气井带液能力变差，气水同产井有被水淹的风险。同时，如果上游端管网压力升高较多，可能会导致上游端安全阀起跳。冷却器故障也会导致排气温度高，排气温度的升高会导致下游井站产生较大安全生产风险。

3 上游井站对压缩机组的影响

3.1 设备故障

上游端管网设备，排污阀、放空阀关闭不严，控制阀未全开等故障，都会导致压缩机组吸气压力降低，从而使压缩机组压比和排气温度升高。压比升高后，活塞杆杆负荷增加，有超负荷风险。

若遇到上游管线或设备出现爆裂情况，大量原料气泄漏，则压缩机组进气压力会迅速下降，机组负荷迅速上升。如果压缩机组未设置进气压力过低连锁保护自动停机，或连锁保护自动停机失效，则压缩机组会出现超负荷停机、活塞杆断裂、气阀损坏等严重故障。如果吸入了空气，则会发生燃烧、爆炸等事故。

3.2 原料气气质

往复式天然气压缩机组处理的原料气绝大多数都是湿气，原料气含液量会影响润滑效果，含液越多则润滑效果越差，会加剧压缩缸磨损。原料气中的液体或泡沫，会导致气阀阀片在起闭过程中产生液击现象，气阀阀片与弹簧易损伤。所以，上游端过滤分离、消泡、排污的效果直接影响压缩机组的工作效果。如果排污不及时，较多液体进入压缩缸，则可能导致压缩缸顶缸，活塞杆、曲轴、连杆等部件发生变形，造成巨大经济损失。此外，气质较差的原料气也加剧了冷却器管束的腐蚀，冷却器管束易穿孔泄漏。

3.3 工艺作业

上游端进行开关井、清管等作业对压缩机组影响较大，需要及时通知增压站及下游场站，使增压站人员加密排污，避免过多的气田水进入压缩缸。同时，要密切关注进气压力变化情况，如果压力下降较快，则说明上游管线有堵，应及时卸载空负荷待命运行。

开关井作业会导致压缩机组进气压力波动较大，相对于整体式压缩机组，应及时调整转速，并利用工况软件及时计算工况是否能适应。如果超范围，则上游合理控制产能或者压缩机组更改工况。

清管作业通常需要增压机提高处理量，尽量使进气压力处于较低状态，以提高清管器或清管球的通过能力。清管器或清管球运行波动会导致压缩机组进气压力波动比较明显，整体式压缩机组需要随时观察并合理调整转速，同时要注意加强排污以避免气田水及较多杂质进入压缩缸。

3.4 液体影响

部分上游端管线在低洼处容易产生積液，过多的积液会形成堵塞，压缩机组进气压力会降低。当降低到一定程度后，积液被前端的气体推动，带进增压站，就可能会导致压缩机组分离器液位高联锁停机。冬季较冷的地区，积液和气田水污物都容易形成管线冻堵，增压机进气压力会不断下降直至进气压力低联锁停机或超负荷停机，很可能会导致活塞杆、连杆、气阀等损坏。

3.5 气井产能变化

随着气井被迫进行增压开采，气井压力下降速度较快，产能降低。压缩机组进气压力随之降低，当压比较大时，则压缩机组要及时调整工况。

4 下游场站对压缩机组的影响

4.1 设备故障

下游场站阀门异常关闭、管线冻堵等情况，会使压缩机组排气压力及排气温度迅速升高，压缩机负荷增加。如果没能及时处理，压缩机组可能会出现排气压力过高联锁停机、超负荷停机、安全阀起跳等，超负荷可能会导致活塞杆、曲轴连杆机构变形，也可能发生十字头烧损故障。要特别强调的是，如果压缩机组排气管线上的安全阀起跳了，机组负载会瞬间大大降低，整体式的天然气压缩机组就肯定会超速停机，超速停机保护装置若失灵了，则肯定会发生“飞车”事故。

下游场站如果出现较大泄漏，如设备损坏（管线、容器破裂），会使压缩机组的排气压力降低，排气压力较大幅度降低，压缩机组负荷变轻，同样存在超速停机或“飞车”风险。

4.2 工艺作业

清管作业、脱水站或净化厂检维修等都会直接影响排气压力。

下游管网进行清管作业时，压缩机组排气压力会产生一定幅度的波动，清管器（或清管球）发生卡阻，排气压力升高，压缩机组会出现与上述管线堵塞同样的风险。此时，增压站人员应密切关注排气压力变化情况，如果压力上升较快，则应及时卸载，空负荷待命运行。

脱水站短时间检修，可以考虑开旁通越过脱水站;长时间大修，通常考虑压缩机组也同时停产维保。

净化厂设备检修时，净化能力可能会暂时降低，增压站排气压力会升高，一般会选择更改工况或排气暂进入其他管网，也可能选择增压站同时停产开展维保工作。

4.3 用户消耗变化

下游用户耗气量的增加，会使排气压力降低，耗气量减少，排气压力升高。但这个过程比较缓慢且较有规律性，通常冬季耗气量变化比较大，对压缩机组影响较大。

5 案例

某增压站于2008年9月30日正式投产，站内设置RTY630压缩机组两台、RTY1030压缩机组一台，两用一备，采用两级压缩，进站压力1.40MPa，出站压力6.0MPa，排量（33～38）×104 Nm3/d。

2016年11月19日22：15，调度员发现该增压站增压后气量为零，立即通知增压站开展排查;22：20，排查发现进站气动球阀异常关闭;22：22，1#机组排气温度高报联锁停机，2#机组人工卸载停机。停机后检查发现，两台压缩机进排气阀均存在不同程度的损坏，压缩缸活塞环均损坏。

排查发现，上游气动球阀因空压机未能正常运行导致气源保障失效，气源压力不足自动关闭。

6 建议

6.1 完整性监控

建立健全监控系统，对整个管网及设备实行实时监控，通过对压力、温度、产量等关键参数的监测，沿途场站都能观察到这些关键参数，以便及早发现异常情况，及时处理。压缩机组的超速、超（高/低）压、超温度、超振动等关键参数，一定要设置好报警及联锁停机，并按期检测。

6.2 压缩机组保养

定期做好压缩机组的保养工作，特别是年度检修，一定要按时、按质完成。定期开展压缩机组状态检测、评估活动，根据需求对压缩机组进行项修或大修。

目前，监测技术已能对压缩机组内部关键部件实施在线监测，比如连杆、轴瓦、十字头、活塞杆等部件，可考虑在线监测这些部件的运行温度、跳动量、振动值等关键数据，以便及早发现隐患，及时排除故障，确保压缩机组持久安全运行。

6.3 信息共享

将上下游井站关键参数进行共享并设置报警限，比如压力、产量，一旦发生报警情况，操作人员可预判断，及時就位。

在开展增压站检修、上下游管线作业、开关井作业、脱水站检修、净化厂检修等作业时，各场站应及时相互传递信息，避免出现意外事故。

6.4 强化培训

应对整个生产管网系统各场站的人员开展针对性培训，将各场站的主体设备基本原理、场站相互可能的影响、可能导致的后果、防范措施、应急措施等内容给员工讲透，并定期有针对性地开展应急演练，提高场站人员处理紧急情况的能力。

参考文献

[1] 中国石化集团洛阳石化工程公司.SH/T 3143-2004石油化工往复压缩机工程技术规定[S].北京：中国石化出版社，2004.