張?jiān)弃Q， 郭政欽

（1.鄂爾多斯市碳中和研究應(yīng)用有限公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2.內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鄂爾多斯供電分公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

隨著全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，清潔能源已成為未來(lái)能源發(fā)展的主導(dǎo)方向。我國(guó)作為全球最大的能源消費(fèi)國(guó)，正積極推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和綠色轉(zhuǎn)型[1]。在天然氣領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)清潔、高效的開(kāi)采和利用，降低碳排放，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。井口增壓是天然氣開(kāi)采過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)[2]，傳統(tǒng)上采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組+電驅(qū)抽氣泵的組合方式，但這種方式存在高耗能、高排放等問(wèn)題，不符合綠色低碳的發(fā)展要求。因此，探索綠色電力供能方案，對(duì)于推動(dòng)天然氣清潔開(kāi)采和新能源融合發(fā)展具有重要意義。

1 傳統(tǒng)井口增壓技術(shù)現(xiàn)狀及問(wèn)題

根據(jù)天然氣田生產(chǎn)規(guī)律，氣井壓力會(huì)逐年下降，逐漸從先期自噴井降至需要外力輔助增壓。對(duì)于穩(wěn)產(chǎn)階段、上產(chǎn)階段的氣田來(lái)說(shuō)，井場(chǎng)用能總體量還比較小，一般只需要幾十瓦電力即可以滿(mǎn)足監(jiān)控、遠(yuǎn)傳及閥門(mén)控制用能需求，考慮到氣井分散廣、間距大，一般不考慮廣泛敷設(shè)電網(wǎng)，而是通過(guò)采用微型風(fēng)光儲(chǔ)一體供電方式即可。

一般氣田在15~20 a 左右將進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，面臨資源接替不足、穩(wěn)產(chǎn)難度大、生產(chǎn)成本高等難題，從這個(gè)階段開(kāi)始，井口三次增壓用能占比將逐步提高，井口壓力小于平均廢棄壓力0.8 MPa 的井口數(shù)量將逐年增長(zhǎng)。而氣田井場(chǎng)與電網(wǎng)絕大多數(shù)都沒(méi)有連接，針對(duì)氣井總數(shù)多、位置分散、距離電網(wǎng)遠(yuǎn)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)井口增壓技術(shù)主要采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組+電驅(qū)抽氣泵的組合方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好，能夠滿(mǎn)足不同井口壓力和流量的需求。但是，隨著環(huán)保要求的提高和能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，這種方式的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)：高耗能——燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中需要消耗大量的天然氣，導(dǎo)致能源利用效率低下；高排放——燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳和其他溫室氣體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染；運(yùn)行成本高——天然氣是清潔低碳的重要能源，在煤炭逐漸退出燃料角色的情況下，天然氣將在生產(chǎn)生活中扮演更加重要的角色，其價(jià)格可以預(yù)見(jiàn)將會(huì)逐步上漲。

2 綠色電力供能技術(shù)方案

在國(guó)家大力推行油氣田利用自身?xiàng)l件發(fā)展新能源的大形勢(shì)下，推定5~10 a 后，油氣田自用電網(wǎng)以自發(fā)綠電為主體能源，本文分析過(guò)程中，以自發(fā)綠電滿(mǎn)足自用電力需求為前提進(jìn)行分析?？紤]到一體燃?xì)馐綁嚎s機(jī)存在維護(hù)復(fù)雜、不可攜液、容易水淹停機(jī)且適用氣液比低等缺點(diǎn)，本文不予對(duì)比考慮，僅對(duì)井口采用電驅(qū)壓縮機(jī)的增壓方式進(jìn)行比對(duì)。電驅(qū)抽氣泵可選類(lèi)型包含星旋泵、雙腔泵、液壓混輸泵等技術(shù)路線[3]，其選型及成本不在本次綠電替代方案中論證，以下僅對(duì)電驅(qū)抽氣泵電力來(lái)源進(jìn)行分析。因井口增壓情況下，每口井都固定需要配置一臺(tái)電驅(qū)抽氣泵，按照電驅(qū)壓縮機(jī)電力來(lái)源不同，本文提出以下四種綠色電力供能技術(shù)方案，與傳統(tǒng)方式進(jìn)行比對(duì)。

2.1 方案一：以集氣站為電源點(diǎn)的綠色電力供能方案

該方案利用已接入電網(wǎng)的集氣站為周邊井場(chǎng)供電。集氣站內(nèi)一般都具備10 kV 和380 V 兩個(gè)電壓等級(jí)電源[4]，可以為周邊小范圍面積井場(chǎng)供電，僅需解決電纜敷設(shè)成本即可。此方案具有經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、碳排放低等優(yōu)點(diǎn)。但受電纜敷設(shè)距離和負(fù)荷需求的限制，該方案的適用范圍有限，并需要考慮電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題。

2.2 方案二：多組井聚集形勢(shì)下的綠色電力供能方案

對(duì)于不在集氣站周邊且形成聚集形式的多組井，可以選取多井的地理位置中心，裝設(shè)小型風(fēng)機(jī)和天然氣發(fā)電機(jī)組組成小電源點(diǎn)。此方案提高了供電可靠性和低碳性，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)了風(fēng)資源的有效利用。但風(fēng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組的選型、配置和維護(hù)需要進(jìn)一步研究和探討。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)資源和井場(chǎng)布局情況進(jìn)行具體的分析和設(shè)計(jì)。同時(shí)，考慮到風(fēng)能的波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)保障供電的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 方案三：依托新建風(fēng)機(jī)的綠色電力供能方案

該方案以新建風(fēng)機(jī)為圓點(diǎn)，輻射周邊的井場(chǎng)，通過(guò)低壓電纜攜帶井口負(fù)荷。風(fēng)機(jī)選址過(guò)程中可以酌情考慮周邊井口負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)資源的最大化利用。此方案具有技術(shù)先進(jìn)、環(huán)保性好等優(yōu)點(diǎn)，但相關(guān)技術(shù)尚不成熟，尚無(wú)實(shí)用案例，需要進(jìn)一步探索和實(shí)踐。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮風(fēng)機(jī)的選址、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理等方面的因素來(lái)確保方案的有效性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)需要加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新工作來(lái)推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的成熟和應(yīng)用。

2.4 方案四：小光伏+150 kW 天然氣發(fā)電機(jī)多井增壓方案

此方案通過(guò)小光伏為發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)供電，利用較大的天然氣發(fā)電機(jī)接帶周邊井場(chǎng)抽氣機(jī)用電，實(shí)現(xiàn)一定程度上的集中供能，減少多臺(tái)天然氣發(fā)電機(jī)的運(yùn)維費(fèi)用，并具備接帶較多井場(chǎng)的能力。此方案技術(shù)成熟、便于實(shí)施，在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮發(fā)電裝置的選址、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理等方面的因素，來(lái)提高其發(fā)電效率，降低電纜敷設(shè)費(fèi)用。

2.5 傳統(tǒng)供能方式：30 kW 天然氣發(fā)電機(jī)單井增壓方案

該方案通過(guò)利用小型天然氣發(fā)電機(jī)單帶本井場(chǎng)抽氣機(jī)用電，此方式執(zhí)行難度最小，不需要聯(lián)網(wǎng)和考慮周邊井場(chǎng)的影響，適用于分散且偏遠(yuǎn)的井場(chǎng)，但是面臨高碳排、高成本等問(wèn)題，是井口增壓的傳統(tǒng)解決方案。

3 方案對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)五種方案的對(duì)比分析（具體對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1），可以看出：在碳減排效益方面，方案一、方案三和方案四表現(xiàn)較好；在經(jīng)濟(jì)效益方面，方案一和方案三具有優(yōu)勢(shì)；在技術(shù)成熟度方面，方案四和傳統(tǒng)供能方案相對(duì)較為成熟。綜合考慮各方面因素，不同井場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的綠色電力供能方案。例如，對(duì)于距離集氣站較近且負(fù)荷需求不大的井場(chǎng)，可以選擇方案一；對(duì)于風(fēng)資源豐富且井場(chǎng)聚集的地區(qū)，可以考慮采用方案二或方案三；對(duì)于偏遠(yuǎn)且分散的井場(chǎng)，可以選擇傳統(tǒng)供能方案等。同時(shí)需要注意的是各種方案都存在一定的局限性需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇和應(yīng)用。

表1 多種三次增壓方案比對(duì)

4 結(jié)語(yǔ)與建議

本文提出的四種綠色電力供能技術(shù)方案，為天然氣井口增壓用電提供了新的解決方案,這些方案在技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)和潛力,但也存在一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)需要進(jìn)一步研究和探討。在推動(dòng)油氣勘探開(kāi)發(fā)與新能源融合發(fā)展的過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先考慮碳減排效益和經(jīng)濟(jì)效益俱佳的方案并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇和應(yīng)用。

針對(duì)各種方案中存在的問(wèn)題和不足，建議加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新工作，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新工作，提高綠色電力供能技術(shù)的成熟度和可靠性，降低其應(yīng)用成本，不斷完善和優(yōu)化技術(shù)方案以提高其可行性和實(shí)用性，推動(dòng)其在天然氣開(kāi)采領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。此外還應(yīng)加強(qiáng)政策引導(dǎo)和資金支持，為相關(guān)企業(yè)提供更多的政策扶持和資金支持，推動(dòng)綠色電力供能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，形成政府、企業(yè)和社會(huì)共同參與的良好格局，共同推動(dòng)天然氣開(kāi)采領(lǐng)域的綠色低碳發(fā)展。