智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計及其在 CO 2 驅(qū)產(chǎn)出氣回注中的應(yīng)用

0 引言

二氧化碳(CO 2 ) 驅(qū)一旦發(fā)生氣竄，驅(qū)油效率顯著降低，同時由于產(chǎn)出氣中有大量CO 2 ，不能匯入伴生氣集輸系統(tǒng)避免造成集輸系統(tǒng)的腐蝕損害 [1] 。上海上自儀公司通過分離提純等工藝，可以將產(chǎn)出氣中的CO 2 和CH 4 等氣體分離后進行重復(fù)利用，但需要增加多項金屬轉(zhuǎn)子流量計且程序復(fù)雜；如果不經(jīng)處理直接排放到大氣中，會加重溫室效應(yīng)，并浪費CO2 和部分天然氣 [2] 。為避免產(chǎn)出氣排放造成的環(huán)境污染和資源浪費，對CO 2 驅(qū)油藏產(chǎn)出氣回注的金屬轉(zhuǎn)子流量計及回注工藝進行研究。

1 CO 2 驅(qū)產(chǎn)出氣回注的必要性和可行性

自2010 年以來，濮東采油廠開展低滲油藏CO 2 驅(qū)項目9井次，其中三個井組見效明顯，包括胡A 井組、趙B 井組、新霍C 井組，三個井組累計注入CO 2 9.7 萬t，累計增油近2 萬t。油井見效后均產(chǎn)生不同程度的氣竄，目前胡A 井對應(yīng)油井產(chǎn)出氣中CO 2 含量達71.5%，趙B 井對應(yīng)油井產(chǎn)出氣中CO 2 含量非常高值達90%，新霍C 井對應(yīng)兩口油井產(chǎn)出氣中CO 2 含量平均達68.3%。CO 2 驅(qū)氣竄造成CO 2 利用率低，且不環(huán)保，因此，實施產(chǎn)出氣回注具有現(xiàn)實的必要性。

調(diào)研 [2-7] 發(fā)現(xiàn)，CO 2 驅(qū)產(chǎn)出氣經(jīng)壓縮后回注地層，具備現(xiàn)場實施的可行性。以塔里木油田某氣田為例，提出了超臨界濕氣回注工藝 [3] ；中原油田采油二廠針對不同回注氣體的組成，探討了氣體回注系統(tǒng)設(shè)計的要點 [2] ，開展了伴生氣回收再利用技術(shù)研究 [4, 5] 。中海油研究總院海上油氣田CO 2 回注壓縮機組選型研究，提出了海上平臺CO2 回注壓縮機宜采用多級離心式壓縮機的觀點 [7] 。

但是，濮東采油廠CO 2 驅(qū)油藏屬于高壓低滲油藏，不能生搬硬套。同時，機械式壓縮存在壓力低、功耗大、噪聲大的問題 [8] 。因此，立足于濮東采油廠氣驅(qū)運行現(xiàn)狀，研發(fā)用于產(chǎn)出氣直接回注的液壓壓縮機系統(tǒng)具有重要的實際意義。

2 智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計

2.1 裝置組成

智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計是將液壓壓縮機橇裝化且配備智能化控制系統(tǒng)的一種金屬轉(zhuǎn)子流量計。液壓壓縮機的壓縮系統(tǒng)由液壓油泵電機、液壓缸、活塞、氣動閥、壓縮缸及必要管路組成，所用液壓介質(zhì)為抗磨液壓油，壓縮介質(zhì)為干燥后的高含CO 2 的油井產(chǎn)出氣；風冷系統(tǒng)包括氣體散熱器、油冷散熱器、散熱風扇電機組、管路等；控制系統(tǒng)實時檢查、監(jiān)測運行狀態(tài)，自動處理壓縮機工作中的啟停、報警、故障顯示，所有參數(shù)都可以在觸摸屏上顯示、查詢、修改；安全系統(tǒng)包括溫度報警、壓力報警、氣體濃度報警、壓力開工、安全閥、活塞位置超限報警開關(guān)、油/ 氣泄漏報警、氣動閥動作檢測開關(guān)等，所有報警、停機均為自動控制；輔助系統(tǒng)及配件包括箱體、底座、儀表支架等。

2.2 壓縮原理

智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計是一種液壓活塞式壓縮機，為雙作用結(jié)構(gòu)設(shè)計，在同一個壓縮缸內(nèi)完成兩級壓縮。壓縮機采用電機驅(qū)動油泵供油，推動油缸活塞運動，同步帶動氣缸活塞運動，通過換向集成系統(tǒng)進行換向，完成氣體壓縮做功。

2.3 裝置特點

能耗低：液壓驅(qū)動式壓縮機的電機功率小，耗電量少；入口壓力范圍大，無需穩(wěn)壓、調(diào)壓，減少金屬轉(zhuǎn)子流量計投入；無需卸載，幾乎無泄漏，節(jié)省能量；完全無油潤滑，省去了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故障點少，日常運行費用低；立式安裝，密封件使用壽命長，節(jié)約了維修費用。智能化：整套回注工藝各個環(huán)節(jié)均可實現(xiàn)PLC 全自動控制，流程中所有的閥門、開關(guān)均與PLC 控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)自動啟停、緊急切斷、安全報警等功能。集成化：金屬轉(zhuǎn)子流量計整體橇裝，將多項金屬轉(zhuǎn)子流量計集成在一個橇體上，僅需必要的管路連接，移動安裝方便，建站成本低。此外，裝置安全系數(shù)高、運行噪聲小。

3 回注工藝及現(xiàn)場應(yīng)用

CO 2 產(chǎn)出氣回注工藝流程包括：產(chǎn)出氣經(jīng)地面流程進入分離器實現(xiàn)氣液分離，分離出的產(chǎn)出氣經(jīng)過濾器進入干燥塔，干燥后經(jīng)流量計進入智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計，然后回注進入注入井。

2018 年5 月，對胡狀油田某井開展了產(chǎn)出氣直接壓縮回注試驗，平均日回注6×10 3 m 3 ，非常高注氣壓力23MPa。預(yù)計全年可回注產(chǎn)出氣1.2×10 6 m 3 ，折合液態(tài)CO 2 3.4×10 3 t，同比全年節(jié)約CO 2 費用130.28 萬元。

4 結(jié)語

(1) 通過集成設(shè)計，實現(xiàn)裝置的橇裝化，研發(fā)出了用于CO 2驅(qū)產(chǎn)出氣回注的智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計，該金屬轉(zhuǎn)子流量計具有能耗低、自動化、集成化、安全高效的優(yōu)點。

(2)CO 2 驅(qū)產(chǎn)出氣回注可以實現(xiàn)CO 2 的循環(huán)利用，上海上自儀公司避免了產(chǎn)出氣中天然氣的浪費，還能保護環(huán)境。