低碳轉型：天然氣井口增壓的綠色電力解決方案分析

張云鶴， 郭政欽

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

0 引言

隨著全球能源消費結構的轉變，清潔能源已成為未來能源發展的主導方向。我國作為全球最大的能源消費國，正積極推動能源結構的優化和綠色轉型[1]。在天然氣領域，如何實現清潔、高效的開采和利用，降低碳排放，是當前亟待解決的問題。井口增壓是天然氣開采過程中的重要環節[2]，傳統上采用燃氣發電機組+電驅抽氣泵的組合方式，但這種方式存在高耗能、高排放等問題，不符合綠色低碳的發展要求。因此，探索綠色電力供能方案，對于推動天然氣清潔開采和新能源融合發展具有重要意義。

1 傳統井口增壓技術現狀及問題

根據天然氣田生產規律，氣井壓力會逐年下降，逐漸從先期自噴井降至需要外力輔助增壓。對于穩產階段、上產階段的氣田來說，井場用能總體量還比較小，一般只需要幾十瓦電力即可以滿足監控、遠傳及閥門控制用能需求，考慮到氣井分散廣、間距大，一般不考慮廣泛敷設電網，而是通過采用微型風光儲一體供電方式即可。

一般氣田在15~20 a 左右將進入開發中后期，面臨資源接替不足、穩產難度大、生產成本高等難題，從這個階段開始，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 的井口數量將逐年增長。而氣田井場與電網絕大多數都沒有連接，針對氣井總數多、位置分散、距離電網遠的特點，傳統井口增壓技術主要采用燃氣發電機組+電驅抽氣泵的組合方式。這種方式的優點是技術成熟、穩定性好，能夠滿足不同井口壓力和流量的需求。但是，隨著環保要求的提高和能源結構的轉變，這種方式的問題逐漸暴露出來：高耗能——燃氣發電機組在運行過程中需要消耗大量的天然氣，導致能源利用效率低下；高排放——燃氣發電機組在運行過程中會產生大量的二氧化碳和其他溫室氣體，對環境造成嚴重污染；運行成本高——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，天然氣將在生產生活中扮演更加重要的角色，其價格可以預見將會逐步上漲。

2 綠色電力供能技術方案

在國家大力推行油氣田利用自身條件發展新能源的大形勢下，推定5~10 a 后，油氣田自用電網以自發綠電為主體能源，本文分析過程中，以自發綠電滿足自用電力需求為前提進行分析?？紤]到一體燃氣式壓縮機存在維護復雜、不可攜液、容易水淹停機且適用氣液比低等缺點，本文不予對比考慮，僅對井口采用電驅壓縮機的增壓方式進行比對。電驅抽氣泵可選類型包含星旋泵、雙腔泵、液壓混輸泵等技術路線[3]，其選型及成本不在本次綠電替代方案中論證，以下僅對電驅抽氣泵電力來源進行分析。因井口增壓情況下，每口井都固定需要配置一臺電驅抽氣泵，按照電驅壓縮機電力來源不同，本文提出以下四種綠色電力供能技術方案，與傳統方式進行比對。

2.1 方案一：以集氣站為電源點的綠色電力供能方案

該方案利用已接入電網的集氣站為周邊井場供電。集氣站內一般都具備10 kV 和380 V 兩個電壓等級電源[4]，可以為周邊小范圍面積井場供電，僅需解決電纜敷設成本即可。此方案具有經濟性強、碳排放低等優點。但受電纜敷設距離和負荷需求的限制，該方案的適用范圍有限，并需要考慮電網的穩定性和可靠性問題。

2.2 方案二：多組井聚集形勢下的綠色電力供能方案

對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，裝設小型風機和天然氣發電機組組成小電源點。此方案提高了供電可靠性和低碳性，并在一定程度上實現了風資源的有效利用。但風機和發電機組的選型、配置和維護需要進一步研究和探討。在實際應用中，需要根據當地的風資源和井場布局情況進行具體的分析和設計。同時，考慮到風能的波動性和不穩定性，需要采取相應的技術措施來保障供電的穩定性和可靠性。

2.3 方案三：依托新建風機的綠色電力供能方案

該方案以新建風機為圓點，輻射周邊的井場，通過低壓電纜攜帶井口負荷。風機選址過程中可以酌情考慮周邊井口負荷，以實現風資源的最大化利用。此方案具有技術先進、環保性好等優點，但相關技術尚不成熟，尚無實用案例，需要進一步探索和實踐。在實際應用中，需要綜合考慮風機的選址、設計、施工和運行管理等方面的因素來確保方案的有效性和經濟性。同時需要加強技術研發和創新工作來推動相關技術的成熟和應用。

2.4 方案四：小光伏+150 kW 天然氣發電機多井增壓方案

此方案通過小光伏為發電機控制系統供電，利用較大的天然氣發電機接帶周邊井場抽氣機用電，實現一定程度上的集中供能，減少多臺天然氣發電機的運維費用，并具備接帶較多井場的能力。此方案技術成熟、便于實施，在實際應用中需要綜合考慮發電裝置的選址、設計、施工和運行管理等方面的因素，來提高其發電效率，降低電纜敷設費用。

2.5 傳統供能方式：30 kW 天然氣發電機單井增壓方案

該方案通過利用小型天然氣發電機單帶本井場抽氣機用電，此方式執行難度最小，不需要聯網和考慮周邊井場的影響，適用于分散且偏遠的井場，但是面臨高碳排、高成本等問題，是井口增壓的傳統解決方案。

3 方案對比分析

通過對五種方案的對比分析（具體對比數據見表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較好；在經濟效益方面，方案一和方案三具有優勢；在技術成熟度方面，方案四和傳統供能方案相對較為成熟。綜合考慮各方面因素，不同井場可根據實際情況選擇合適的綠色電力供能方案。例如，對于距離集氣站較近且負荷需求不大的井場，可以選擇方案一；對于風資源豐富且井場聚集的地區，可以考慮采用方案二或方案三；對于偏遠且分散的井場，可以選擇傳統供能方案等。同時需要注意的是各種方案都存在一定的局限性需要結合實際情況進行選擇和應用。

表1 多種三次增壓方案比對

4 結語與建議

本文提出的四種綠色電力供能技術方案，為天然氣井口增壓用電提供了新的解決方案,這些方案在技術性、經濟性和環境性方面具有一定的優勢和潛力,但也存在一些問題和挑戰需要進一步研究和探討。在推動油氣勘探開發與新能源融合發展的過程中應優先考慮碳減排效益和經濟效益俱佳的方案并結合實際情況進行選擇和應用。

針對各種方案中存在的問題和不足，建議加強技術研發和創新工作，加強技術研發和創新工作，提高綠色電力供能技術的成熟度和可靠性，降低其應用成本，不斷完善和優化技術方案以提高其可行性和實用性，推動其在天然氣開采領域的廣泛應用和發展。此外還應加強政策引導和資金支持，為相關企業提供更多的政策扶持和資金支持，推動綠色電力供能技術的研發和應用，形成政府、企業和社會共同參與的良好格局，共同推動天然氣開采領域的綠色低碳發展。