1 工程背景

1.1 油田介绍

渤海某油田位于渤海南部海域，由一座中心平台和两座井口平台组成，井口平台的物流输送至中心平台处理，中心平台设置有原油处理流程、污水处理流程、天然气处理流程，处理合格的原油外输至下游油田，处理合格的天然气外输至下游油田，处理合格的生产水回注地层。

1.2 存在的问题

某海上油田原油处理选用四级原油处理流程，即段塞流捕集器（2台）+一级分离器（1台）+二级分离器（1台）+电脱水器（1台），如图1所示。其中，段塞流捕集器和一级分离器分离出的伴生气（压力为250kPaG），经压缩机增压后一部分外输至下游平台另一部分供透平发电机使用。二级分离器分离出的低压天然气（压力为50 kPaG），低于天然气处理系统要求的最低回收压力（压力为200kPaG），只能通过火炬放空燃烧，放空量超过1万方/天。经过化验放空天然气C3及以上组分占30%以上，重组分的天然气燃烧不充分产生黑色的碳粒，导致了火炬灰度偏大。

图1某海上油田中心平台原油处理流程

2射流增压技术

2.1增压原理

射流增压技术指受限流动通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，通俗地讲，这种效应是指高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。文丘里管射流装置由喷嘴和文丘里管等组成，是收集低压气流工艺中的混合和增压装置，其结构如图2所示^[3]。

图2  文丘里管射流装置结构图

2.2装置特点

射流增压装置具体投资小、体积小运行维护方便，可以基于现有的流程进行小范围改造就能达到回收低压气的功能，射流增压装置主要特点如下表1所示。

表1射流增压装置与压缩机增压对比

但是，射流增压装置在海上平台应用也有其局限性，需要满足以下几个条件才能有效的回收低压气：

①待回收的低压气压力、流量相对稳定；

②回收后的天然气有明确的去处，或者进入燃料气系统或者再增压后进入海底管网外输；

③一般来讲高压天然气压力是低压气的5倍以上才能满足低压介质的增压需求；

④低压天然气增压能力有限，升压比（增压后混合气体压力/低压天然气压力）小于7；

⑤一般情况下，引射比（回收的低压气流量/所需高压气流量）为0.2以上较为经济。

3  射流增压技术方案

3.1方案介绍

某海上油田自投产以来二级分离器放空伴生气量约10000方/天，操作压力30KPa，不满足天然气压缩机入口压力的要求，初始设计为直接放空，无法有效回收利用，且导致火炬灰度偏大。通过引入射流增压装置，将二级分离器的压力提升至350KPa后在进入天然气冷却器，最终经天然气压缩机增压后外输或作为透平燃料气，从而形成有效闭式循环，完成低压气回收。

3.2方案可行性分析

3.2.1技术方案

利用射流增压技术回收天然气，对低压气的稳定性、增压后的气体去处，以及升压比、引射比等参数有一定的要求，针对射流增压技术回收低压气需要满足的几个条件进行可行性分析，见表2。

表2 射流增压回收低压气可行性分析

油田二级分离器低压天然气回收，回收量为450方/小时，高压天然气用量2045方/小时，混合气体流量2495方/小时，增压后压力升高至250KPaG，此部分天然气经新增管线，进入天然气冷却器，再进入天然气压缩机入口，压缩后升压到4462KPaG，进入天然气储罐，外输或作为透平燃料气，从而形成有效闭式循环，见图4。

图射流增压技术回收低压气工艺流程图

Fig. Process flow diagram of recovering low-pressure gas through jet supercharging device

在二级分离器气相出口调节阀前引出6寸管线，在6寸管线上布置单向阀避免高压气回窜，并提高二级分离器气相调节阀的设定点至50 KPaG，射流装置高压端的喷嘴的开度随着二级分离器压力变化自动调整，高压气从燃料气接收罐上原预留2寸接口引出，引出管线上布置2寸球阀一个、单向阀一个。

3.2.2风险分析

为防止二级分离器被抽空或因高压气回窜超压，在射流装置高压气入口、低压气入口设置关断阀，当低压气入口管线出现压力异常时，入口高压端、低压端关断阀同时关断保证射流单元整体关停。

另外，当平台出现1、2、3级关断的情况时两个关断阀也执行相应关断逻辑，保证了在平台生产流程异常关停时射流增压装置能够停运。

4 结论

射流增压技术利用文丘里效应在高压流体附近会产生低压，从而产生吸附作用对低压气进行有效增压，该方案具有投资少、安全可靠性高、改造量小、运行维护简单等优点。

本文根据射流增压技术的特点，对回收低压气的稳定性、增压后富裕天然气的去处、升压比、引射比等参数进行分析，均满足经济回收的条件。

该项目可实现日均回收天然气1万方，增加天然气销售收入365万元/年（1元/m3），效益显著，年度节能量4855吨标煤（系数1.33kgce/m3），暨碳减排7902吨（系数2.1622kg-CO2/m3），并有效降低了火炬灰度。

参考文献

[1] 崔朋朋，马杰，彭湘桂，等.曹妃甸FPSO11-2油田低压天然气回收实验性研究. 石油石化节能，2018，8（05）：4-5.

[2] 徐海波，王文祥，洪毅，等. 海上油气田低压气回收增压技术方案的研究. 制造工艺，2015（02）：46-50.