對天然氣開(kāi)采運輸的探討

對天然氣開(kāi)采運輸的探討王軍飛124010遼河油田天然氣儲供中心摘要:作為一種清潔、高效的優(yōu)質(zhì)能源,天然氣已經(jīng)在我國得到了普遍應用,天然氣在我國能源機構乃至國民經(jīng)濟中的地位不斷提高,本文僅對天然氣的開(kāi)采及運輸做一定的探討關(guān)鍵詞:天然氣天然氣開(kāi)采天然氣運輸天然氣的構成及分類(lèi)概述天然氣是一種多組分的混合氣體,主要成分是烷烴,其中甲烷占絕大多數,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣,以及微量的惰性氣體,如氦和氬等。在標準狀況下,甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在,戊烷以上為液體。天然氣在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的能影響人類(lèi)呼吸系統健康的物質(zhì)極少,產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤的40%左右,產(chǎn)生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無(wú)廢渣、廢水產(chǎn)生,相較于煤炭、石油等能源具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。天然氣也同原油一樣埋藏在地下封閉的地質(zhì)構造之中,有些和原油儲藏在同一層位,有些單獨存在。對于和原油儲藏在同一層位的天然氣,會(huì )伴隨原油一起開(kāi)采出來(lái)。對于只有單相氣存在的,我們稱(chēng)之為氣藏,其開(kāi)采方法既與原油的開(kāi)采方法十分相似,又有其特殊的地方。由于天然氣密度小,為0.75~0.8千克/立方米,井筒氣柱對井底的壓力小;天然氣粘度小,在地層和管道中的流動(dòng)阻力也小;又由于膨脹系數大,其彈性能量也大。因此天然氣開(kāi)采時(shí)一般采用自噴方式。這和自噴采油方式基本一樣。不過(guò)因為氣井壓力一般較高加上天然氣屬于易燃易爆氣體,對采氣井口裝置的承壓能力和密封性能比對采油井口裝置的要求要高的多。其可以分為兩類(lèi):1、液化天然氣主要成分是甲烷,被公認是地球上最干凈的能源。無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性,其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600,液化天然氣的重量?jì)H為同體積水的45%左右。其制造過(guò)程是先將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理,經(jīng)一連串超低溫液化后,利用液化天然氣船運送。燃燒后對空氣污染非常小,而且放出熱量大,液化天然氣(LNG)技術(shù)除了用來(lái)解決運輸和儲存問(wèn)題外,還廣泛地用于天然氣使用時(shí)的調峰裝置上2、液化煤層氣原料煤層氣經(jīng)過(guò)壓縮、預處理(主要為去除水分、二氧化碳、硫化氫、汞等)、再經(jīng)低溫換熱后(終溫-162℃),變成液態(tài)的煤層氣,稱(chēng)為液化煤層氣,簡(jiǎn)稱(chēng)LCPM。(1)煤層氣液化后便于進(jìn)行經(jīng)濟可靠的運輸。,它比管道輸氣和壓縮煤層氣(CCPM)運輸可節省大量投資及大幅度運輸成本,而且方便可靠,風(fēng)險小,適應性強。(2)儲存效率高、占地少、投資省。(3)有利于城市負荷的平衡調節。(4)生產(chǎn)過(guò)程中釋放出的冷量可回收利用(5)LC甽M可作為優(yōu)質(zhì)的車(chē)用燃料。與汽車(chē)燒汽油相比,它具有辛烷值高、抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少、發(fā)動(dòng)機壽命長(cháng)、降低運輸成本等優(yōu)點(diǎn)(6)有利于環(huán)境保護,減少城市污染。天然氣的開(kāi)采1、天然氣開(kāi)采的自身特點(diǎn)首先天然氣和原油一樣與底水或邊水常常是一個(gè)儲藏體系。伴隨天然氣的開(kāi)采進(jìn)程,水體的彈性能量會(huì )驅使水沿高滲透帶竄入氣藏。在這種情況下,由于巖石本身的親水性和毛細管壓力的作用,水的侵入不是有效地驅替氣體,而是封閉縫縫洞洞或空隙中未排岀的氣體,形成死氣區。這部分被圈閉在水侵帶的高壓氣,數量可以高達巖石孔隙體積的30%~50%,從而大大地降低了氣藏的最終采收率其次氣井產(chǎn)水后,氣流入井底的滲流阻力會(huì )增加,氣液兩相沿油井向上的管流總能量消耗將顯著(zhù)增大。隨著(zhù)水侵影響的日益加劇,氣藏的采氣速度下降,氣井的自噴能力減弱,單井產(chǎn)量迅速遞減,直至井底嚴重積水而停產(chǎn)。2.天然氣開(kāi)采的方法目前治理氣藏水患主要從兩方面入手,一是排水,一是堵水。堵水就是采用機械卡堵、化學(xué)封堵等方法將產(chǎn)氣層和產(chǎn)水層分隔開(kāi)或是在油藏內建立阻水屏障。目前排水辦法較多,主要原理是排除井筒積水,專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫排水采氣法排水集氣法,首先要求所收集的氣體不溶入水,或者與水發(fā)生反應。排水集氣法的工作原理是,用水作為密封物,使空氣得到隔絕。被收集的氣體用軟管從水中穿過(guò),向瓶口朝下的集氣瓶中灌放,由于需要排開(kāi)水以后才能收集到氣體,不會(huì )混入空氣中的氧氣氮氣等氣體,因此其純度相對較高。具體如下:2.1、深井泵排水采氣法。此方法是利用下入井中的深井泵、抽油桿以及地面抽油機通過(guò)油管抽水,套管采氣的方式控制井底的壓力。適用于地層壓力較低的氣井,特別是產(chǎn)水氣井的中后期開(kāi)采,唯一的缺點(diǎn)是費用比較高。2.2、小油管排水采氣法。此方法是利用一定的產(chǎn)氣量,油管的直徑越小,氣流的速度越大,攜液能力越強的原理,如果油管直徑選擇合理,就不會(huì )形成井底積水。本方法適用于產(chǎn)水初期,地壓比較高,而產(chǎn)水量比較少的井。2.3、泡沫排水釆氣法。就是將發(fā)泡劑通過(guò)油管或套管加入井中,發(fā)泡劑融入井底積水于水作用形成氣泡,這樣不但可以降低積液的相對密度,還能將地層中產(chǎn)出的水隨氣流帶出地面。此法適應于地層壓力高,產(chǎn)水量較少的氣井。2.4、柱塞氣舉排水采氣法。原理就是在油管內下入一個(gè)柱塞。下入時(shí)柱塞中得流道處于打開(kāi)狀態(tài),柱塞在自重的作用下向下運動(dòng),當到達油管底部時(shí)柱塞內的流道自動(dòng)關(guān)閉,由于作用在柱塞底部的壓力大于作用在頂部的壓力,柱塞開(kāi)始向上運動(dòng)并將柱塞以上的積水排到地面,當其到達油管頂部時(shí)柱塞內的流道又被自動(dòng)打開(kāi),又轉為向下運動(dòng)。通過(guò)柱塞的往復運動(dòng),就可以不斷的將積液排出。此方法適用于地層壓力較充足,產(chǎn)水量又大的氣井。天然氣的運輸天然氣本身的固有的特性決定了管道是其最合適的運輸方式,適用于整個(gè)天然氣供應鏈上的每個(gè)運輸環(huán)節。作為連接氣源和輸配氣系統的紐帶,長(cháng)距離輸氣管道具有距離長(cháng)(一般從幾百公里到幾千公里不等)、管徑大(一般在400m以上)輸量大、輸送壓力高(一般高于4Mpa)、可以連續運行、投資規模大等主要特點(diǎn)。長(cháng)距離輸氣管道又叫干線(xiàn)輸氣管道,它是連接天然氣產(chǎn)地與消費地的運輸通道,所輸送的介質(zhì)一般是經(jīng)過(guò)凈化處理的、符合管輸氣質(zhì)要求的商品天然氣。長(cháng)距離干線(xiàn)輸氣管道管徑大、壓力高,距離可達數千千米,大口徑干線(xiàn)的年輸氣量高達數百億立方米。長(cháng)距離輸氣管道主要包括:輸氣管段、首站、壓氣站(也叫壓縮機站)、中間氣體接收站、中間氣體分輸站、末站、清管站、干線(xiàn)截斷閥室等。實(shí)際上,一條輸氣管道的結構和流程取決于這條管道的具體情況,它不一定包括所有這些部分。與輸油管道相同,在管路沿線(xiàn)每隔一定距離也要設中間截斷閥,以便發(fā)生事故或檢修時(shí)關(guān)斷。沿線(xiàn)還有保護地下管道免受腐蝕的陰極保護站等輔助設施。通常需要與長(cháng)距離輸氣管道同步建設的另外兩個(gè)子系統是通信系統與儀表自動(dòng)化系統,這兩個(gè)系統是構成管道運行 SCADA系統的基礎,其功能是對管道的運行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、控制和遠程操作,從而保證管道安全、可靠、髙效、經(jīng)濟地運長(cháng)距離輸氣管道的輸送成本在很大程度上取決于輸送能力和輸送距離。在距離ˉ定的條件下,管道的、輸送能力越大,其滿(mǎn)負荷運送的成本越低。在滿(mǎn)負荷的前提下,輸氣管道的最大經(jīng)濟輸送距離于輸送能力密切相關(guān),輸送能力越大,最大經(jīng)濟輸送距離越長(cháng),所以輸氣管特別適合于大運量的天然氣運輸。隨著(zhù)運量減小,輸氣管道的最大經(jīng)濟輸送距離可能小于實(shí)際運輸距離,所以采用CNG或LNG散裝運輸方式就會(huì )比管道運輸更經(jīng)濟。以CNG形式運輸天然氣具有靈活性強、投資少等優(yōu)點(diǎn),適用于用氣量不大、用戶(hù)距氣源及輸氣干線(xiàn)較遠的情況。而LNG的內陸運輸主要適用于運量較小和分散工期的情況。另外,在具備海運條件,而且管道運距很長(cháng)的情況下,LNG遠洋運輸船的經(jīng)濟性就會(huì )優(yōu)于輸氣管道,當運距超過(guò)7000km時(shí),LNG遠洋運輸船是唯一的經(jīng)濟的運輸方式。