某油田拉油井VOCs治理研究

Study on VOCs Treatment of an Oil Field

摘要: 目前VOCs治理研究主要集中在石油炼化企业、石油化工企业、加油站和油品储备库等，石油开采行业基本处于空白，随着国家相应环保法规和标准的不断出台，石油开采行业VOCs治理势在必行。由于拉油井的敞开式工艺流程、喷溅式装卸等特点，拉油井VOCs治理在石油开采行业处于突出位置。基于此，本文分析了拉油井产生的原因，VOCs产生的主要环节，进而开展了密闭回收为主的工艺技术研究。通过一系列的关键技术的研究，消除了VOCs对环境造成的危害，达到了节能减排的目的，产生了较好的社会效益和经济效益，也为其他油田VOCs治理提供一定的借鉴意义。

Abstract: At present, the research on VOCs governance mainly focuses on petroleum refining and petrochemical enterprises, petrochemical enterprises, gas stations and oil reserves, etc., and the oil exploitation industry is basically blank. With the continuous introduction of relevant national environmental laws and standards, VOCs governance of oil exploitation industry is imperative. Due to the characteristics of open process and splash handling of oil well, VOCs treatment of oil well is in a prominent position in the oil exploitation industry. Based on this, this paper analyzes the causes of oil pulling well, the main link of VOCs generation, and then carries out the process technology research of closed recovery. Through a series of key technology research, the harm caused by VOCs to the environment is eliminated, the purpose of energy conservation and emission reduction is achieved, good social and economic benefits are produced, and also provide some reference for other oil fields.

1. 引言

目前挥发性有机物(VOCs)治理研究主要在石油炼化企业、石油化工企业、加油站和油品储备库[1] [2]等，石油开采行业基本处于空白，随着国家相应环保法规和标准的不断出台，石油开采行业VOCs治理势在必行。由于拉油井的敞开式工艺流程、喷溅式装卸等特点，拉油井VOCs治理在石油开采行业处于突出位置。基于此，本文综述了拉油井产生的原因，VOCs产生的主要环节，进而开展了“套气回收，密闭集输，增设除垢，集中拉运，底部装车，密闭卸油”的技术研究。通过一系列的治理措施，消除了VOCs对环境造成的危害，达到了节能减排的目的，产生了较好的社会效益和经济效益。本文对其他油田VOCs治理具有一定的借鉴意义。

2. 油田现状

油田地处陕北黄土高原，沟壑纵横，梁峁密布，地形支离破碎，流水侵蚀剥离强盛，水土流失严重，地面海拔1100 m~1600 m，相对高差400 m左右。属于暖温带和温带半干旱大陆性季风气候，冬季长而寒冷，夏季短而酷热，昼夜温差较大。根据气象资料统计，常年平均气温约8.4℃，全年极端最低气温−28.7℃，极端最高气温37.3℃。

目前管理油井9300口，开井7700口，产液量23,000 m³/d；有拉油井160个，拉运液量1600 m³/d，占总产液量的6.9%。

3. 产生拉油井的原因

无系统依托：以探井、评价井、扩边井为主，距离主力区块较远，占48%；

层系不配伍：油田层系多，产出液与主力区块不配伍，混合后易结垢，占35%；

达不到起输条件：产出液量太低，多为单井，冬季易冻堵管线，占17% (表1)。

Table 1. Classification and statistics of oil reservoirs in a certain oilfield

表1. 某油田油藏分类统计表

油藏名称	油藏个数	储量比重(%)	产量比重(%)
延安组油藏	5	4.3	5.9
长2-长3油藏	14	12.5	6.7
长4+5油藏	1	10.7	9.5
长6油藏	14	64.6	74.3
长7-长8油藏	2	2.4	2.4
长10油藏	3	5.5	1.3
合计	39	100	100

基本流程：拉油井产出液→井场钢制储罐→罐车拉运→卸油台→集输流程，整个流程为敞开式流程，VOCs挥发量较大，不符合国家环保要求；由于拉运道路基本土路，起伏大，安全风险极大；由于拉油井分散，原油拉运费用较高。

4. 拉油井VOCs排放源

挥发性有机物是指参与大气光化学反应的有机化合物，包括非甲烷烃类、含氧有机物、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等，是形成臭氧(O₃)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物[3]。

VOCs的主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，它包括：苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。

石油石化行业采用非甲烷总烃(NMHC)作为VOCs排放控制项目。VOCs是形成O₃和PM2.5的重要前体物。其主要排放源已指向于石油石化行业，包括炼化、油品储运销、油气开采业务。

通过对拉油井原油开采及装卸等工艺流程进行排查，梳理出拉油井VOCs排放源主要如下表2。

Table 2. Partial detection data of VOCs in oil wells

表2. 部分拉油井VOCs检测数据

序号	VOCs源项	描述
1	套管气排放	伴生气(套管气)
2	储罐类挥发损失	储罐静止损耗和工作损耗，储油罐为敞口、无回收装置
3	原油装卸挥发损失	井组拉油、卸油台作业泄漏
4	取样过程排放	取样过程逸散
5	采出水处理过程	污油污水池逸散
6	维检修排放	由于泄压和吹扫产生污水、原油
7	事故排放	管线失效的排放
8	动静密封点泄漏	法兰、阀门等密封点泄漏

通过朱亮等人的研究[4]-[7]和现场开展的检测数据可知，储罐排放量占总量90%以上，原油装卸和套管气占8.5%，密封泄漏和其他排放量占比非常小。

5. 拉油井VOCs治理的必要性

5.1. 国家环保政策要求

环保部2021年1月1日起正式实施《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》。标准规定：新建企业自2021年1月1日起，现有企业自2023年1月1日起，挥发性有机物排放控制按照本标准的规定执行。油田联合站、拉油井等各类站点等均属于标准规定范围。

5.2. 企业自身发展的需要

根据“十四五”生态环保治理要求“在全面打赢污染防治攻坚战的基础上，进一步实现主要污染物排放总量明显减少。”

集团公司积极响应，制定了《集体公司挥发性有机物治理专项攻坚方案》《关于进一步做好挥发性有机物排查整治的通知》等，积极推进VOCs治理和绿色矿山建设。

5.3. 降低油气排放，提升效益和保障员工健康

通过技术改造，在保证排放气达标排放的同时，减少了油气的挥发，有利于企业自身挖掘潜力资源，降低生产成本，符合“循环经济”的理念，符合节能减排、节能降耗的战略要求。改善生态环境，在创造效益的同时，改善员工工作环境，保障员工健康。

6. 关键技术和配套装置

以密闭回收为主，按照“套气回收，密闭集输，增设除垢，集中拉运，底部装车，密闭卸油”等技术措施，开展VOCs治理研究。

6.1. 套气回收

因工艺流程所限，拉油井套管气为火炬燃烧或直接放空，按照源头治理思路开展拉油井口安装定压阀[8]等装置实现伴生气密闭回收(表3)，回收的伴生气进集输流程，下游联合站集中分离、处理、回收。

Table 3. Comparison of advantages and disadvantages of using gas recovery equipment

表3. 在用套气回收装置优缺点对比

序号	井口套气回收装置分类	优点与适用范围	缺点
1	直读防冻定压套气阀	低回压井组使用效果较好，安装方便，无需动火，无需流程改造，可在任何井口流程安装，且具有防盗功能。	冬季易冻堵；套气压力低，回压高井组套气无法进入管线；套管气长期处于憋气状态，动液面测试过程中将套气大量放空。
2	井口压差式伴生气回收装置	降回压效果明显，集气低，同时可应用至套返井。	套气进入油管后压缩导致温度升高，井口盘根盒易受热老化。高回压井口应用效果有待进一步评价。
3	单缸活塞式套气回收装置	适用于气量小憋压集气困难的区块。	集气量有限，在无基础抽油机未安装过，需要对抽油机进行改装。

6.2. 密闭集输

1) 自压集输

对于自压集输半径2.5 km以内，高差小于100 m的拉油井，依据油田多年不加热集输生产经验，补充投球清蜡装置，敷设出油管线至下游站场，实现拉油井自压密闭集油。

2) 增压集输

对于距下游站场远、高差大的拉油井，结合液量与水力计算结果，合理选择油气混输装置，补充自动投球清蜡装置，实现偏远拉油井增压管输至下游站场，一方面解决拉油井集输问题，另一方面回收了井口伴生气资源(图1、图2)。

Figure 1. Oil and gas mixed transportation device diagram

图1. 油气混输装置图

Figure 2. Schematic diagram of oil and gas mixed transportation process

图2. 油气混输流程示意图

6.3. 增设除垢装置

与周边井站层系不配伍的拉油井，结合配伍性试验中不同配比下结垢情况以及除垢装置的适应性，下游站增设除垢装置，实现拉油井就近归入其它层系集输系统[9] [10]。

6.4. 将分散拉运改造为集中拉运

对于距下游站场较远的拉油井，可结合周边拉油井分布及道路交通条件，敷设管线将各井场产液集中至一个井场建设集中拉油井集中拉运，一方面减少拉油井治理资金，另一方面可减少定员降低管理成本，最重要的是大幅度增加密闭率进而减少VOCs挥发(图3、图4)。

Figure 3. Decentralized transportation before governance

图3. 治理前分散拉运

Figure 4. Centralized transportation after governance

图4. 治理后集中拉运

6.5. 底部密闭装车

拉油井储油罐因量油和观察的需要，罐顶设有敞开式量油口，未实现密闭储存，需改为卧式密闭储油罐；满足《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》(GB 39728-2020) 5.2.3.2.2：储罐附件开口(孔)，除采样、计量、例行检查、维护和其他正常活动外，应密闭。

目前装油为喷溅式，需配套底部密闭装车鹤管，并设置气相鹤管用来收集装车过程中产生的油气。满足《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》(GB 39728-2020) 5.3.1 装载方式要求：挥发性有机液体装载应采用底部装载或顶部浸没装载方式(出料管口距离罐底<200 mm)。

6.6. 密闭卸油

目前卸油台为敞开式卸油，VOCs挥发严重，将卸油箱改为6 m³缓冲罐，配套1具63 m³事故缓冲罐实现密闭卸车，已建储罐用作事故罐，平时不存油。与联合站合建的卸油台，应配套气相平衡鹤管(图5)。

Figure 5. Process flow diagram after oil unloading platform renovation

图5. 卸油台改造后工艺流程图

满足《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》(GB 39728-2020) 5.7.2 ：在需要采取原油稳定措施的油田或油田区域内，将油井采出的井产物进行汇集、处理、输送至原油稳定装置的全过程应采用密闭工艺流程。

7. 结论

1) 拉油流程VOCs的产生主要集中在储罐储存、原油装卸和套管气的挥发，其他占比非常小。

2) 拉油井VOCs治理，一方面达到了节能减排、减少油气损耗的目的，另一方面降低了原油拉运成本和风险，产生了较好的社会效益和经济效益，也为其他油田的拉油井VOCs治理提供一定的借鉴意义。

NOTES

^*第一作者，解宇航，男，东北石油大学石油工程学院在读。

^#通讯作者，黄维安，男，2007年毕业于石油大学(华东)油气井工程专业，现从事油气田化学与提高采收率方向教学与科研。