淺析天然氣采氣流程中的能量?jī)?yōu)化利用

鄭沛

摘要：通過(guò)天然氣整體能量利用現(xiàn)狀，從采氣流程中的幾個(gè)方面分析天然氣采氣流程的最優(yōu)能量利用。一般單個(gè)天然氣井的壓力約為0.28 MW，調(diào)壓分配站可以循環(huán)利用“電”和“冷”回收。冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在井口處的應(yīng)用極大地改善了天然氣野外開采員工的工作條件，使在郊區(qū)環(huán)境制冷、供熱和充分供電成為可能。

關(guān)鍵詞：天然氣;采氣;能量?jī)?yōu)化;利用

隨著天然氣儲(chǔ)量和開采的增加、葉輪機(jī)發(fā)電的進(jìn)步以及二氧化碳需求的減少，天然氣越來(lái)越成為發(fā)電的首選燃料。天然氣燃料作為新能源系統(tǒng)，分布式供能和能源回收生產(chǎn)前景非常優(yōu)越。新能源技術(shù)不僅補(bǔ)充了現(xiàn)有能源技術(shù)的瓶頸，而且提高了現(xiàn)有系統(tǒng)的功能和性能。同時(shí)，應(yīng)用創(chuàng)新方法克服舊技術(shù)的局限性，從電力系統(tǒng)能源流動(dòng)和信息科學(xué)規(guī)劃以及高效管理入手，打破傳統(tǒng)的發(fā)展模式。

1 天然氣采氣流程能量利用現(xiàn)狀

中國(guó)的天然氣儲(chǔ)量很大，天然氣儲(chǔ)量為1100×108t油量，其中地中海800×108t，大陸300×108t。2013年南海55平方公里鉆井平臺(tái)控制的天然氣水合物轉(zhuǎn)化為1000×108t天然氣。相當(dāng)于一個(gè)廣大的天然氣田，顯示出巨大的能源潛力和設(shè)施使用前景。但2011年中國(guó)天然氣在能源消耗中所占比例為4.5%，2013年為5.9%，大大低于23%的國(guó)際平均值。所以中國(guó)還有很多天然氣的使用空間。天然氣中的流量壓力一般在20 MPa到100 MPa之間，氣體的排放范圍在20 MPa到80 MPa之間，工廠中的氣體壓力在6 MPa到10 MPa之間。因此，通常安裝節(jié)流裝置，將氣井天然氣壓力節(jié)流降壓至集氣管線壓力。此外，為了利用天然氣，還需要調(diào)壓分配站分布?jí)毫Γ瑝毫抵寥肟跉怏w壓力，約5 MPa，實(shí)際用戶線路壓力約0.4 MPa。從鉆井平臺(tái)到石油處理廠、從石油處理廠到管線庫(kù)，天然氣的分離和回輸在整個(gè)過(guò)程中由“節(jié)流降壓”調(diào)節(jié)。這通常會(huì)導(dǎo)致節(jié)流降壓過(guò)程中大量的氣體壓力被消耗掉。關(guān)于油氣開發(fā)中的處理過(guò)程，“節(jié)流壓力”的處理方式使天然氣輸送的相當(dāng)一部分壓力喪失。從理論上講，從井中流出的天然氣的壓力是巨大的，而當(dāng)這部分壓力過(guò)大時(shí)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響。為了保持井內(nèi)氣體的壓力，優(yōu)化電流損耗，將氣體壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能源或其他能源最為有效。高壓氣體膨脹對(duì)機(jī)械功能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，不僅產(chǎn)生了新能源，而且對(duì)天然氣工業(yè)也產(chǎn)生了環(huán)境友好的促進(jìn)作用。

2 天然氣采氣流程能量?jī)?yōu)化利用分析

對(duì)于天然氣采氣流程的能量?jī)?yōu)化利用進(jìn)行分析，從井底到井口，再到對(duì)油氣的處理，再到管線的運(yùn)輸過(guò)程和處理流程，傳統(tǒng)的“節(jié)流降壓”會(huì)浪費(fèi)很多不必要的資源。結(jié)合熱力系統(tǒng)集成的優(yōu)化，使其整體效率能夠得到極高的提升，減少能源浪費(fèi)。通過(guò)大量的科研成果，對(duì)其進(jìn)行分析，針對(duì)井口處的天然氣進(jìn)行差能處理，調(diào)節(jié)氣體壓力，利用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在井口設(shè)置壓力處理，保證天然氣采氣流程能量可以優(yōu)化利用。

2.1 井口處天然氣蘊(yùn)含的壓差能

對(duì)于整個(gè)天然氣的開采過(guò)程，天然氣首先從井底進(jìn)行釋放，具有較高的壓力，一般在30MPa到100MPa之間，通過(guò)調(diào)壓站進(jìn)行調(diào)解，把壓力降到6 MPa左右。在整個(gè)天然氣的開采過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)對(duì)開采的天然氣進(jìn)行降壓，把其進(jìn)行分流，與各個(gè)管道相連接。天然氣在采氣和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，雖然壓力在逐漸的降低，但其蘊(yùn)含的能量也在逐漸浪費(fèi)，天然氣在開采過(guò)程中的壓力非常的強(qiáng)，合理回收這部分壓力，能夠獲得更有效的經(jīng)濟(jì)收益。由于在節(jié)流降壓過(guò)程中很可能造成堵塞，在井口要充分利壓差能進(jìn)行處理，防止出現(xiàn)堵塞，當(dāng)前我國(guó)井口處的壓差能還有真正利用起來(lái)，還需要進(jìn)行不斷的改進(jìn)。

2.2 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)

在天然氣進(jìn)口處進(jìn)行作業(yè)的工作團(tuán)隊(duì)是最先進(jìn)行操作的部門，工作環(huán)境一般在郊區(qū)或者野外，生活非常艱苦。為了改善整個(gè)團(tuán)隊(duì)的生活條件，滿足在野外工作過(guò)程中對(duì)于溫度以及電能的需求，采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，利用燃?xì)庾鳛槟茉催M(jìn)行分布式供能，為野外的工作團(tuán)隊(duì)提供熱量和電能等基礎(chǔ)生活能源。利用天然氣進(jìn)行能源的供電，可以幫助野外工作團(tuán)隊(duì)獲得更大的安全保障，由于其環(huán)境較為復(fù)雜，分布式功能系統(tǒng)要進(jìn)行移動(dòng)，要分析團(tuán)隊(duì)的整體需求，保證在冬天的供暖和平時(shí)的用電。在平時(shí)可以利用微燃機(jī)發(fā)電來(lái)輸出電能，從而為工作人員提供制熱或制冷的需求。通過(guò)有效電能為員工進(jìn)行熱水器洗澡，冰箱存放糧食等基礎(chǔ)條件，保證員工基礎(chǔ)的生活需求，為其提供更加友好的生活環(huán)境，對(duì)工作提高信心。按照我國(guó)建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選擇正常范圍負(fù)荷的用電量，一般野外工作團(tuán)隊(duì)都是20人規(guī)模，把電量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)來(lái)設(shè)計(jì)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，滿足野外作業(yè)的實(shí)際需求，替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置，使野外工作人員提供充分的電能和優(yōu)越生活環(huán)境，提高整體的能源利用效率。

3 結(jié)語(yǔ)

井口處天然氣蘊(yùn)含的壓差能巨大，如若充分利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但由于壓力較高，壓差較大，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備工藝要求較高;調(diào)壓分配站處天然氣壓力能可以通過(guò)采用透平發(fā)電方式進(jìn)行“電”和“冷”的回收，以 2.8 MPa～0.6 MPa 壓降、流量 300 000 Nm3/d 進(jìn)行初步核算，能回收 392 kW 的電和 376 kW 的冷。要科學(xué)利用天然氣各個(gè)環(huán)節(jié)的能量，減少資源的浪費(fèi)，保證資源的充分利用，完善各個(gè)產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高野外工作人員的生活環(huán)境，提升其舒適程度。結(jié)合以上參數(shù)形成了初步技術(shù)方案，具有很大的可行性;冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在井口處工程作業(yè)環(huán)境中具有廣泛的應(yīng)用前景，能大幅度改善天然氣野外開采團(tuán)隊(duì)的作業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)野外作業(yè)區(qū)域冷、熱、電全方位供應(yīng)。

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