油气行业中的甲烷泄漏研究

曹跃

摘 要：甲烷泄漏对全球的气候变化有着深刻的影响，而油气行业中的甲烷泄漏量占较大比例。油气从开采到集输、净化，最终到用户使用的过程中，都或多或少存在泄漏。通过分析油气行业中甲烷泄漏的來源，提出了输油管道中计算甲烷泄漏量的方法，同时总结了评价甲烷泄漏量的指标。对于油气行业的生产运行、安全管理以及环境保护具有借鉴意义。

关 键 词：油气行业；甲烷泄漏；温室效应；指标

中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）07-1564-02

Research on Methane Leakage in Oil and Gas Industry

CAO Yue

（China University of Petroleum（Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract： Methane leakage has a profound impact on the global climate change， while the oil and gas industry accounts for a large proportion of methane leakage. From oil and gas exploration to oil and gas gathering and transportation， purification， and ultimately to the users， there is more or less leakage of methane. In this paper， by analyzing sources of methane leaking in oil and gas industry， a method to calculate pipeline methane leakage was developed， and the methane leakage evaluation indicators were summarized. This article can be a reference to the production operation， security management， and environmental protection in the oil and gas industry.

Key words： Oil and gas industry； Methane leakage； Greenhouse effect； Indicators

甲烷是一种无色、无谓、可燃和微毒的气体，并且是六种温室气体中的一种。目前尚无方法确定甲烷在大气中的浓度及其来源。实际上，甲烷泄漏在近年来有上升的趋势，而相关研究机构低估了甲烷的实际泄漏量。

空气中的甲烷含量对全球的气候变化有着深刻的影响[1]，同时甲烷还会增加辐射效应。相关调查表明，在全球范围内，大气中甲烷的浓度从1990年到2005年已经上升了约150%，甲烷泄露到空气中后，其存在时间约为12年，并且甲烷的储热能力远远超过CO2。

1 甲烷泄漏来源

实际上大气中甲烷的来源有很多，其中主要是因为近代以来石油和天然气行业的快速发展[2]。石油和天然气的提取、生产和运输过程中都或多或少地存在泄露。当然，不可忽视微生物分解植物和动物时，也会产生甲烷和二氧化碳等温室气体。其他的来源还有畜牧业、垃圾场、采煤厂、废水处理厂以及汽车尾气等。

绝大多数的甲烷含量预测模型主要针对工业化国家和温带气候。然而很多在北极地区进行的研究表明，温度升高导致永久冻土解冻，这也将释放更多的甲烷气体，同时温度升高也会使得海平面上升，威胁陆地生物的生存。但如今有一些气候工程可以缓解气候恶化，地球工程就是其中的一种，该工程人为从地球中除掉二氧化碳和甲烷等温室气体。

图1 油气行业中可能存在甲烷泄漏的部分

Fig.1 The part possibly containing methane leakage in the oil and gas industry

预计2010年到2013年内，全球从油气储运系统内释放的甲烷量将增加26%。油气储运系统是甲烷泄漏量最大的系统，尤其是上游系统。有研究表明，甲烷泄漏量最大的是油气运输系统。油气运输和分配系统分别占总甲烷泄漏量的60%和48%。在油气运输系统中，甲烷泄漏量较大的有输气站/输油站、管道设施等，大量的油气管道失效事故使得甲烷泄漏量大大增加。所以，本文对油气工程中甲烷的泄漏来源做了分析，以期为今后的甲烷泄漏研究提供借鉴（图1）。

1.1 天然气井口甲烷泄漏

天然气井口甲烷泄漏量取决于井口处理油品或天然气的设备[3]。在确定完井甲烷泄漏的原因前，需要将井口地面工程分为五个部分。图2是一个简化的井口流程图。

图2 天然气井口简化流程图

Fig.2 Simplified flow chart of natural gas wellhead

如图2所示，井口天然气与产出水、砂、和返排液等混合，经过井口节流阀，最终放空或外输销售，放空系统、油罐和水罐中都存在甲烷的泄漏。

1.2 输气站场甲烷泄漏

输气站场甲烷泄漏量与输气站场的生产规模、输气能力相关，在分析输气站场甲烷泄漏源之前，需要结合相关生产部门提供的技术资料进行分析。在输气站场，主要的甲烷泄漏部位有五大类：接头：压力表、温度计下面的连接器等；法兰：球阀、孔板计量装置等两侧的法兰；盲板：收球室、发球室末端的密封板；加脂孔：阀门上面加润滑油以及密封脂的部位；阀芯：球阀、孔板计量装置的阀盖等。