【雙碳】新型零碳排放原油生產(chǎn)設(shè)施

目前，美國有五個人口密集區(qū)被環(huán)境保護署認定為臭氧嚴重不達標區(qū)。石油和天然氣生產(chǎn)商正在積極尋求大幅降低油田碳排放的鉆井和油井生產(chǎn)的解決方案，以實現(xiàn)降碳目標。所采用的策略包括取消原油儲罐、取消天然氣驅(qū)動器以及整合焊盤的加工，每一種策略都提供了漸進式的改進，但并不能解決整個問題。目前的生產(chǎn)設(shè)施使用被動方式分離油、氣和水。這種不完全分離導致氣體殘留在原油中，當這些氣體離開原油時，會造成逸散性碳排放。

01. 技術(shù)介紹

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，先鋒能源開發(fā)了一種稱為排放控制處理器（ECT）的主動分離工藝。ECT接收井口流體，并在閉環(huán)過程中利用重力和加熱的組合作用來分離水、石油和天然氣。該系統(tǒng)對碳氫化合物的分選效率比傳統(tǒng)工藝高得多，可獲得不含閃蒸氣體的完全穩(wěn)定的原油。此外，天然氣中的粗分子反而留在原油中，從而增加了原油的體積。消除閃蒸氣體，即消除了通過工藝過程電氣化與井場焊盤所產(chǎn)生的碳排放。從ECT輸出的油為符合管道外輸標準的原油，可以直接輸送到井區(qū)自動轉(zhuǎn)輸站（LACT）裝置，如果原油中游供應(yīng)商需要緩沖，ECT輸出的油也可輸送到增壓船。

ECT在電網(wǎng)供電時無排放，不包含排氣處理器，并取代了幾乎所有現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備，包括高低壓分離器（HLP）、蒸汽回收裝置（VRU）、氣體破壞器、蒸汽回收塔（VRT）和儲罐。它能夠進行批量加工，當與多個撬塊并聯(lián)組裝時，ECT系統(tǒng)可以適應(yīng)各種生產(chǎn)型材。

02.試驗案例

先鋒能源與Bayswater勘探生產(chǎn)公司簽訂合同，在科羅拉多州韋爾德縣的一個八井井場進行500桶/日ECT的試點。該試點項目不僅為展示該系統(tǒng)在實際生產(chǎn)現(xiàn)場的連續(xù)運行，也為表明其消除排放、提高原油產(chǎn)量和簡化操作的主要優(yōu)勢。

ECT與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施并聯(lián)，在試點操作期間將原油產(chǎn)量轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)。ECT將油穩(wěn)定輸送到現(xiàn)場現(xiàn)有的散裝油分離器中。在散裝分離器之后，原油進入常壓儲罐，最后進入井區(qū)自動轉(zhuǎn)輸站?，F(xiàn)場的蒸汽回收裝置還壓縮了從散裝油分離器和氣舉壓縮機中逸出的低壓氣體。

在測試期間，在整個站點的各個點監(jiān)控和收集數(shù)據(jù)。散裝油分離器內(nèi)部壓力是關(guān)鍵的測量點。在常規(guī)操作中，原油中的閃蒸氣體會從該容器中逸出，導致其內(nèi)部壓力上升。一旦達到預(yù)定壓力，蒸汽回收裝置就會激活并自動提取容器中的任何蒸汽，這些蒸汽會被壓縮并輸送到氣體銷售管線。

在該過程中，從多個點獲得成分樣品。其中，從ECT輸出時的穩(wěn)定原油取樣，以確定飽和蒸汽壓（RVP），并對ECT運行前和運行期間的銷售氣體分別取樣，以評估設(shè)備穩(wěn)定運行的效率和原油產(chǎn)量增加量。為了確定運營效率，在試點之前、之后和期間，均對生產(chǎn)商操作團隊現(xiàn)場訪問頻率和現(xiàn)場正常運行時間進行了評估。

在試點測試期間，ECT總共運行了28天，現(xiàn)場總共八口井中，其中七口井中生產(chǎn)了近3600桶管道級原油，第八口井繼續(xù)流經(jīng)其高低壓分離器（HLP）。

在整個試點過程中，對裝置溫度進行了調(diào)整，以測試其對原油飽和蒸汽壓的影響。對流體樣品進行定期分析，確使控制原油的飽和蒸汽壓，以達到客戶期望的產(chǎn)量。飽和蒸汽壓一度控制到12psia或更低，且使其在ECT放電時維持穩(wěn)定。

在先導試驗中，發(fā)現(xiàn)散裝油分離器內(nèi)的壓力始終低于通常觀察到的壓力，說明原油產(chǎn)生的蒸汽非常少。蒸汽回收裝置（VRU）數(shù)據(jù)也證實了這一點，該數(shù)據(jù)顯示與正常操作相比，利用率降低了50%。先鋒能源認為剩余的逸出蒸汽主要來自于第八口井的生產(chǎn)，該井將壓縮液體和現(xiàn)場周圍的各個點不穩(wěn)定的分離液直接注入散裝油分離器，由現(xiàn)場的高低壓分離器（HLP）繼續(xù)處理。在完整的ECT實施中，這些不穩(wěn)定液體將被引導到ECT的入口進行處理和穩(wěn)流。

該試驗在科羅拉多州一年中最冷的時候運行，當時氣溫經(jīng)常降至冰點以下。在試運行之前和之后，氣舉壓縮機因天氣寒冷而停機，導致運營團隊幾乎每天都要進行維護活動。即使在這些極端條件下，當ECT運行時，運營團隊現(xiàn)場訪問的次數(shù)也僅限于幾次檢查，氣舉壓縮機甚至沒有關(guān)閉過一次，大大提高了井場的運行效率。

銷售氣體的第三方成分分析顯示，能量含量從1400 BTU/ft3減少到1,322 BTU/ft3，表明粗分子已從氣體中分離出來并進入原油中。這意味著原油量增長了11.3%。

03. 結(jié)論

該試點表明，ECT是減少井場焊盤碳排放和增加原油銷售的可行解決方案。它加強分離和電氣化，系統(tǒng)地消除了排放源，消除了罐式蒸汽的常規(guī)燃燒，提高了運營效率，同時使原油量增加了11.3%。有效改善運營效率，提高了現(xiàn)場氣舉壓縮機的正常運行時間，并減少了工作人員在現(xiàn)場設(shè)備上的工作時間。該試點項目證明，通過采用這項技術(shù)，該行業(yè)可以大幅減少排放和碳足跡，同時提高利潤。

在未來幾個月內(nèi)，先鋒能源將為其他富含石油的盆地運營商進行額外試驗，這些盆地的容量可能更大。其他設(shè)計配置包括250、1000和2000個B/D系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以并聯(lián)安裝，以實現(xiàn)所需的初始產(chǎn)量。