放空頁巖氣回收技術(shù)應(yīng)用

張躍 楊進(jìn)榮 王營 吳馳 宋煜

1中國石油天然氣股份有限公司浙江油田分公司西南采氣廠

2長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心

在國家大力推動“煤改氣”的大環(huán)境下，以及在目前低油價的背景下，LNG 點供項目很可能在更大范圍內(nèi)普及，市場份額也將越做越大。我國LNG 戰(zhàn)略發(fā)展要進(jìn)行溫和調(diào)整，在加快天然氣價格市場化改革的同時，政府要扶持LNG 發(fā)電等下游行業(yè)，國際資源采購要堅定不移地貫徹“走出去”的戰(zhàn)略，要加快LNG 應(yīng)急保供能力建設(shè)并依托企業(yè)組建“LNG 儲備國家隊”，要在改變國內(nèi)LNG 定價方式、出臺環(huán)保補(bǔ)貼政策、發(fā)展冷能利用和液態(tài)直銷產(chǎn)業(yè)等方面多做工作，爭取盡快破解我國新建LNG 接收站的經(jīng)營難題[1-3]。地面工程工藝設(shè)計優(yōu)化可以實現(xiàn)油氣資源提質(zhì)增效開采和地面系統(tǒng)低成本高效開發(fā)，現(xiàn)階段天然氣脫水技術(shù)較多，除已經(jīng)較成熟的三甘醇脫水、分子篩脫水工藝外，新型膜分離脫水和超音速脫水工藝仍有待開發(fā)推廣[4-6]。CNG和LNG對于供氣市場來說，在管道未覆蓋前，能夠起到培育市場的作用，在管道覆蓋后，仍可起到應(yīng)急調(diào)峰的積極作用，因此積極拓寬零散氣銷售模式對于評價井氣早期建產(chǎn)實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化、促進(jìn)當(dāng)?shù)仨搸r氣產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，實現(xiàn)企地合作共贏意義重大。

1 山地環(huán)境下放空天然氣處理的難點

昭通示范區(qū)地處四川盆地南部與云貴高原北麓接壤區(qū)，地表條件復(fù)雜，區(qū)內(nèi)山巒疊嶂、溝壑縱橫，海拔相差懸殊，以低山為主，間有丘陵槽壩。在平臺選擇上以滿足地質(zhì)需求為主，結(jié)合相應(yīng)的地貌特點綜合選址，而大落差山地造成的沿線地形起伏劇烈、穿跨越多、水力參數(shù)變化大問題使天然氣輸送成為早期評價試采階段的掣肘因素。加之地震活動頻繁、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險高、安全環(huán)保要求高、交通條件受限等，難以通過傳統(tǒng)的技術(shù)手段有效解決，需要探索適合西南山區(qū)放空氣回收利用的新模式。

昭通示范區(qū)頁巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜，崎嶇的山地環(huán)境致使井場分布分散，建設(shè)難度大，陰雨天氣長，環(huán)境濕度大等因素加大了回收利用方式及設(shè)備選型、復(fù)雜工況適應(yīng)性的難度。昭通示范區(qū)勘探評價井前期井口壓力下降比較快，見氣后一般穩(wěn)定在2～5 MPa，返排期產(chǎn)水量比較高，最高可達(dá)到100 m3以上，單井產(chǎn)能一般在0.5×104～5.0×104m3，試氣主要以全天候放噴為主。因此，放空氣回收利用要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、生產(chǎn)特征早做預(yù)判，根據(jù)回收井況進(jìn)行個性化設(shè)計，按照實際情況進(jìn)行混搭配置，確保所選方式全壽命周期綜合效益最優(yōu)。另外，要加強(qiáng)國家相關(guān)法律法規(guī)和有關(guān)政策風(fēng)險研判，在項目前期排查制約性因素并辦齊項目開工合法合規(guī)手續(xù)，比如全面獲取土地、安評、環(huán)評、水保等前期支持性文件，深入開展生態(tài)紅線、環(huán)境敏感區(qū)、林地等影響因素排查，不合法合規(guī)不開工，避免因冒進(jìn)或合規(guī)手續(xù)不全而影響工程建設(shè)甚至停滯。

2 放空天然氣處理及回收利用主要思路

針對以上難點，昭通地區(qū)山地放空天然氣處理及回收主要以橇裝LNG 站為主，臨時管輸、發(fā)電上網(wǎng)、CNG 和城鎮(zhèn)燃?xì)鉃檩o的回收利用模式。在主產(chǎn)區(qū)，按照開發(fā)方案先期介入，以臨時管線方式收集早期生產(chǎn)天然氣加以利用，管道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與正式管線一致，與頁巖氣外輸管道建設(shè)協(xié)調(diào)，可重復(fù)利用，最終實現(xiàn)管輸銷售。在天然氣產(chǎn)量較低、銷售管網(wǎng)不發(fā)達(dá)地區(qū)，邊遠(yuǎn)評價試采井測試階段建設(shè)壓縮天然氣（CNG）和液化天然氣（LNG）利用裝置，優(yōu)選天然氣回收方式，提高放空山地天然氣利用率。

具體來講，對于位置相對偏遠(yuǎn)井場，根據(jù)探井評價井試采階段達(dá)到6 個月連續(xù)試采生產(chǎn)評價的要求，在試采井主管道建成之前，采用橇裝LNG 等多種方式對試氣階段的放空氣進(jìn)行回收利用。結(jié)合目前已經(jīng)實現(xiàn)的項目，單井站產(chǎn)氣量在2×104～3×104m3選優(yōu)橇裝CNG 設(shè)備進(jìn)行回收利用；單井站產(chǎn)氣量在3×104m3以下，且周邊CNG 下游銷售市場有限，產(chǎn)品運(yùn)輸受道路交通不便等因素嚴(yán)重制約，可根據(jù)周邊電網(wǎng)布局，就近城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿啦季郑Y(jié)合電力供應(yīng)和地方居民用氣的訴求，優(yōu)選上網(wǎng)發(fā)電和民用氣方式進(jìn)行銷售；周邊單井站產(chǎn)氣量在3×104m3以上，且就近井站通過連接臨時管線選擇道路條件好選址，可建成5×104～10×104m3/d LNG站，實現(xiàn)片區(qū)集中回收利用。

3 放空天然氣處理及回收利用技術(shù)

3.1 臨時管輸回收利用

對已明確產(chǎn)能、規(guī)模的待開發(fā)頁巖氣藏，在集輸干線建設(shè)時可提前預(yù)留管線接口，沿線3 km 范圍內(nèi)的測試平臺氣量在3×104m3/d 以上，可建設(shè)臨時管線，實現(xiàn)當(dāng)年評價、當(dāng)年見產(chǎn)、當(dāng)年見效的目標(biāo)進(jìn)行回收利用[7-10]。建設(shè)中必須配套標(biāo)準(zhǔn)的地面生產(chǎn)流程裝置（圖1），考慮到昭通地區(qū)丘陵山地建設(shè)輸氣管線施工難度大，土地租用和外部協(xié)調(diào)困難，綜合評估前期投資成本，盡可能與滾動開發(fā)部署相匹配，避免浪費或低效率使用。該種方式的優(yōu)點在于管輸氣量和銷售價格相對穩(wěn)定，不易受市場行情波動影響。

圖1 臨時管線接入集氣脫水增壓站Fig.1 Temporary pipeline accesses to the gas gathering dewatering booster station

3.2 LNG 回收利用

小型橇裝LNG 站回收利用主要在昭通地區(qū)山地，頁巖氣已測試產(chǎn)量在3×104～5×104m3以上且片區(qū)平臺在2～3 個左右，周邊無可接入的管輸銷售網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)先選擇建設(shè)小型橇裝LNG 裝置銷售（圖2）。后期區(qū)域建產(chǎn)后可利用供需雙方串供、互供、代輸?shù)榷喾N方式作為建產(chǎn)區(qū)塊實現(xiàn)調(diào)峰錯峰的銷售模式，以解決雙方故障檢修和上下游壓產(chǎn)對銷量的嚴(yán)重影響問題。放空氣回收技術(shù)優(yōu)選小型橇裝LNG裝置，在天然氣凈化方面，采用MDEA 脫除酸性氣體（主要指二氧化碳和可能存在的硫化氫），分子篩脫除微量水分，浸硫活性炭脫除汞，采用MRC（混合冷劑）循環(huán)制冷系統(tǒng)將凈化天然氣全部液化。LNG 液化氣用途廣泛且運(yùn)輸方便，下游銷售市場需求大，不會因滯銷停產(chǎn)造成氣田生產(chǎn)井的間歇性生產(chǎn)，所供原料氣均為井口和管道粗天然氣，氣質(zhì)要求較低，生產(chǎn)工藝流程建設(shè)投資較少，且LNG原料氣供氣價格較高，適合于西南地區(qū)山地管網(wǎng)建設(shè)不全的現(xiàn)狀，可對天然氣需求形成有效補(bǔ)充，回收利用模式經(jīng)濟(jì)效益較好。

圖2 6×104 m3橇裝LNG 站Fig.2 Skid-mounted LNG station of 6×104 m3

3.3 CNG 回收利用

CNG 回收方式投資小，優(yōu)點是安全、靈活、方便、快捷。對于昭通地區(qū)山地頁巖氣產(chǎn)量低于3×104m3/d 的井站，道路條件差，可優(yōu)先選擇CNG銷售。CNG 生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本較LNG 低，橇裝生產(chǎn)場站能夠在較短的時間內(nèi)投產(chǎn)，用戶在使用時需一套減壓裝置，相較LNG 的氣化裝置要簡單。將氣井生產(chǎn)的天然氣壓力控制在要求范圍內(nèi)進(jìn)入分離器進(jìn)行氣液分離，分離出的天然氣再經(jīng)籃式過濾器，除去部分泥沙等固體之后進(jìn)入干燥橇，經(jīng)干燥橇吸附脫水（露點低于-35 ℃），經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至20 MPa 進(jìn)入CNG 轉(zhuǎn)運(yùn)拖車外運(yùn)（圖3）。缺點在于單車運(yùn)輸量小，造成運(yùn)輸成本大，運(yùn)輸距離受限，是制約CNG 發(fā)展的主要瓶頸。由于物質(zhì)形態(tài)仍是氣體，只是經(jīng)過了壓縮，壓力高達(dá)21 MPa，相較LNG 危險性要大，難于滿足對氣量需求較大用戶的要求。因CNG 需求量隨著市場情況而波動，進(jìn)而使氣井生產(chǎn)產(chǎn)生波動，且以CNG 為產(chǎn)品不易打破下游目前已供需平衡的市場壁壘，終端銷售價格較低，造成天然氣供氣價格低，存在一定的經(jīng)營風(fēng)險。

圖3 3×104 m3橇裝CNG 裝置Fig.3 Skid-mounted CNG device of 3×104 m3

3.4 分布式能源發(fā)電回收利用

昭通地區(qū)山地頁巖氣邊遠(yuǎn)井道路運(yùn)輸條件差，距集輸主管道較遠(yuǎn)、出氣量較小，當(dāng)周邊有可以依托的高壓電網(wǎng)，產(chǎn)氣量在3×104m3/d 時，可優(yōu)先采用頁巖氣上網(wǎng)發(fā)電，放噴試采結(jié)束后可按照配產(chǎn)計劃優(yōu)先保供發(fā)電使用，確保發(fā)電平穩(wěn)運(yùn)行。分布式能源站所發(fā)電能可直接供生產(chǎn)平臺使用，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組煙氣余熱通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，也可供應(yīng)就近有條件的氣田水處理廠利用，熱電聯(lián)供，實現(xiàn)能源高效、梯級利用（圖4），井口供氣燃?xì)馍暇W(wǎng)發(fā)電油田可低價采購用電，降低用電成本。氣田水處理工藝?yán)冒l(fā)電余熱低耗高效、安全可靠的回收工藝模式具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)特色，既實現(xiàn)了放空氣的銷售利用，又滿足了用電需求，節(jié)約了場站用電成本和氣田水處理成本，在經(jīng)濟(jì)性上具有一定優(yōu)勢，開發(fā)利用前景較好。

圖4 3 MW 分布式能源發(fā)電站Fig.4 Distributed energy power plant of 3 MW

3.5 城鎮(zhèn)燃?xì)饷裼没厥绽?/h3>

在離地方城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)、配氣站較近（約1 km 范圍內(nèi)）的氣井，應(yīng)優(yōu)先利用周邊城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)用戶實現(xiàn)銷售利用（圖5），優(yōu)先考慮并入地方城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)實現(xiàn)銷售。城鎮(zhèn)燃?xì)庹w市場價格穩(wěn)定，同時民用氣在燃燒效率和價格上均比煤炭和液化石油氣具有相當(dāng)?shù)母偁巸?yōu)勢。能夠優(yōu)先滿足井場就近鄉(xiāng)鎮(zhèn)的居民用氣，后續(xù)可分期分片逐步氣化，滿足醫(yī)院、學(xué)校、旅館、餐飲和科研事業(yè)單位等公共建筑的用氣，將頁巖氣開發(fā)的紅利惠及民生。

圖5 就近接入地方燃?xì)馀錃庹狙b置Fig.5 Accessing to local gas distribution station devices nearby

以上提到的多種放空天然氣處理及回收利用方式，其建設(shè)規(guī)模要根據(jù)天然氣銷售價格、供氣成本、國家頁巖氣綜合利用補(bǔ)貼、年利用量和預(yù)測利潤指標(biāo)綜合確定。從已有的實踐來看，LNG 橇裝回收利用方式，供氣單價較高，與其他銷售方式相比利潤最好，穩(wěn)定性更強(qiáng)。在提高放空天然氣試采階段利用量、提高經(jīng)濟(jì)效益方面，更具競爭力。

4 結(jié)論

總體而言，結(jié)合昭通地區(qū)山地頁巖氣特點進(jìn)行零散氣回收利用符合清潔生產(chǎn)的要求。按照回收利用效益最大化，兼顧試采階段放空氣回收達(dá)到6 個月實現(xiàn)連續(xù)試采生產(chǎn)評價和邊遠(yuǎn)、零散天然氣回收的目的，放空天然氣處理及回收利用技術(shù)優(yōu)先選擇小型橇裝LNG 裝置實現(xiàn)回收利用，同時應(yīng)積極探索LNG 和CNG 代加工的回收方式，將傳統(tǒng)的供需關(guān)系轉(zhuǎn)化成甲乙方合作模式，一方面享受國家頁巖氣補(bǔ)貼政策，增加銷售收入，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，另一方面可促進(jìn)當(dāng)?shù)仨搸r氣產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，達(dá)到頁巖氣開發(fā)與就地轉(zhuǎn)化利用合作共贏，提升企業(yè)利益。