智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(shí)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(guò)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(jìn)行重復(fù)利用，但需要增加多項(xiàng)金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)且程序復(fù)雜；如果不經(jīng)處理直接排放到大氣中，會(huì)加重溫室效應(yīng)，并浪費(fèi)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(fèi)，對(duì)CO 2 驅(qū)油藏產(chǎn)出氣回注的金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)及回注工藝進(jìn)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(lái)，濮東采油廠開(kāi)展低滲油藏CO 2 驅(qū)項(xiàng)目9井次，其中三個(gè)井組見(jiàn)效明顯，包括胡A 井組、趙B 井組、新霍C 井組，三個(gè)井組累計(jì)注入CO 2 9.7 萬(wàn)t，累計(jì)增油近2 萬(wàn)t。油井見(jiàn)效后均產(chǎn)生不同程度的氣竄，目前胡A 井對(duì)應(yīng)油井產(chǎn)出氣中CO 2 含量達(dá)71.5%，趙B 井對(duì)應(yīng)油井產(chǎn)出氣中CO 2 含量非常高值達(dá)90%，新霍C 井對(duì)應(yīng)兩口油井產(chǎn)出氣中CO 2 含量平均達(dá)68.3%。CO 2 驅(qū)氣竄造成CO 2 利用率低，且不環(huán)保，因此，實(shí)施產(chǎn)出氣回注具有現(xiàn)實(shí)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(chǎng)實(shí)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(duì)不同回注氣體的組成，探討了氣體回注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn) [2] ，開(kāi)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(jī)組選型研究，提出了海上平臺(tái)CO2 回注壓縮機(jī)宜采用多級(jí)離心式壓縮機(jī)的觀點(diǎn) [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(shí)，機(jī)械式壓縮存在壓力低、功耗大、噪聲大的問(wèn)題 [8] 。因此，立足于濮東采油廠氣驅(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀，研發(fā)用于產(chǎn)出氣直接回注的液壓壓縮機(jī)系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義。

2 智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)

2.1 裝置組成

智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)是將液壓壓縮機(jī)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(jì)。液壓壓縮機(jī)的壓縮系統(tǒng)由液壓油泵電機(jī)、液壓缸、活塞、氣動(dòng)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(fēng)冷系統(tǒng)包括氣體散熱器、油冷散熱器、散熱風(fēng)扇電機(jī)組、管路等；控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢查、監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)處理壓縮機(jī)工作中的啟停、報(bào)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(bào)警、壓力報(bào)警、氣體濃度報(bào)警、壓力開(kāi)工、安全閥、活塞位置超限報(bào)警開(kāi)關(guān)、油/ 氣泄漏報(bào)警、氣動(dòng)閥動(dòng)作檢測(cè)開(kāi)關(guān)等，所有報(bào)警、停機(jī)均為自動(dòng)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(jì)是一種液壓活塞式壓縮機(jī)，為雙作用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在同一個(gè)壓縮缸內(nèi)完成兩級(jí)壓縮。壓縮機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵供油，推動(dòng)油缸活塞運(yùn)動(dòng)，同步帶動(dòng)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)換向集成系統(tǒng)進(jìn)行換向，完成氣體壓縮做功。

2.3 裝置特點(diǎn)

能耗低：液壓驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī)的電機(jī)功率小，耗電量少；入口壓力范圍大，無(wú)需穩(wěn)壓、調(diào)壓，減少金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)投入；無(wú)需卸載，幾乎無(wú)泄漏，節(jié)省能量；完全無(wú)油潤(rùn)滑，省去了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故障點(diǎn)少，日常運(yùn)行費(fèi)用低；立式安裝，密封件使用壽命長(zhǎng)，節(jié)約了維修費(fèi)用。智能化：整套回注工藝各個(gè)環(huán)節(jié)均可實(shí)現(xiàn)PLC 全自動(dòng)控制，流程中所有的閥門(mén)、開(kāi)關(guān)均與PLC 控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停、緊急切斷、安全報(bào)警等功能。集成化：金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)整體橇裝，將多項(xiàng)金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)集成在一個(gè)橇體上，僅需必要的管路連接，移動(dòng)安裝方便，建站成本低。此外，裝置安全系數(shù)高、運(yùn)行噪聲小。

3 回注工藝及現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)入分離器實(shí)現(xiàn)氣液分離，分離出的產(chǎn)出氣經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入干燥塔，干燥后經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入智能化金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)，然后回注進(jìn)入注入井。

2018 年5 月，對(duì)胡狀油田某井開(kāi)展了產(chǎn)出氣直接壓縮回注試驗(yàn)，平均日回注6×10 3 m 3 ，非常高注氣壓力23MPa。預(yù)計(jì)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(fèi)用130.28 萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 通過(guò)集成設(shè)計(jì)，實(shí)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(jì)，該金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)具有能耗低、自動(dòng)化、集成化、安全高效的優(yōu)點(diǎn)。

(2)CO 2 驅(qū)產(chǎn)出氣回注可以實(shí)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(fèi)，還能保護(hù)環(huán)境。