低碳转型：天然气井口增压的绿色电力解决方案分析

张云鹤， 郭政钦

（1.鄂尔多斯市碳中和研究应用有限公司， 内蒙古 鄂尔多斯 017000；2.内蒙古电力（集团）有限责任公司鄂尔多斯供电分公司， 内蒙古 鄂尔多斯 017000）

0 引言

随着全球能源消费结构的转变，清洁能源已成为未来能源发展的主导方向。我国作为全球最大的能源消费国，正积极推动能源结构的优化和绿色转型[1]。在天然气领域，如何实现清洁、高效的开采和利用，降低碳排放，是当前亟待解决的问题。井口增压是天然气开采过程中的重要环节[2]，传统上采用燃气发电机组+电驱抽气泵的组合方式，但这种方式存在高耗能、高排放等问题，不符合绿色低碳的发展要求。因此，探索绿色电力供能方案，对于推动天然气清洁开采和新能源融合发展具有重要意义。

1 传统井口增压技术现状及问题

根据天然气田生产规律，气井压力会逐年下降，逐渐从先期自喷井降至需要外力辅助增压。对于稳产阶段、上产阶段的气田来说，井场用能总体量还比较小，一般只需要几十瓦电力即可以满足监控、远传及阀门控制用能需求，考虑到气井分散广、间距大，一般不考虑广泛敷设电网，而是通过采用微型风光储一体供电方式即可。

一般气田在15~20 a 左右将进入开发中后期，面临资源接替不足、稳产难度大、生产成本高等难题，从这个阶段开始，井口三次增压用能占比将逐步提高，井口压力小于平均废弃压力0.8 MPa 的井口数量将逐年增长。而气田井场与电网绝大多数都没有连接，针对气井总数多、位置分散、距离电网远的特点，传统井口增压技术主要采用燃气发电机组+电驱抽气泵的组合方式。这种方式的优点是技术成熟、稳定性好，能够满足不同井口压力和流量的需求。但是，随着环保要求的提高和能源结构的转变，这种方式的问题逐渐暴露出来：高耗能——燃气发电机组在运行过程中需要消耗大量的天然气，导致能源利用效率低下；高排放——燃气发电机组在运行过程中会产生大量的二氧化碳和其他温室气体，对环境造成严重污染；运行成本高——天然气是清洁低碳的重要能源，在煤炭逐渐退出燃料角色的情况下，天然气将在生产生活中扮演更加重要的角色，其价格可以预见将会逐步上涨。

2 绿色电力供能技术方案

在国家大力推行油气田利用自身条件发展新能源的大形势下，推定5~10 a 后，油气田自用电网以自发绿电为主体能源，本文分析过程中，以自发绿电满足自用电力需求为前提进行分析。考虑到一体燃气式压缩机存在维护复杂、不可携液、容易水淹停机且适用气液比低等缺点，本文不予对比考虑，仅对井口采用电驱压缩机的增压方式进行比对。电驱抽气泵可选类型包含星旋泵、双腔泵、液压混输泵等技术路线[3]，其选型及成本不在本次绿电替代方案中论证，以下仅对电驱抽气泵电力来源进行分析。因井口增压情况下，每口井都固定需要配置一台电驱抽气泵，按照电驱压缩机电力来源不同，本文提出以下四种绿色电力供能技术方案，与传统方式进行比对。

2.1 方案一：以集气站为电源点的绿色电力供能方案

该方案利用已接入电网的集气站为周边井场供电。集气站内一般都具备10 kV 和380 V 两个电压等级电源[4]，可以为周边小范围面积井场供电，仅需解决电缆敷设成本即可。此方案具有经济性强、碳排放低等优点。但受电缆敷设距离和负荷需求的限制，该方案的适用范围有限，并需要考虑电网的稳定性和可靠性问题。

2.2 方案二：多组井聚集形势下的绿色电力供能方案

对于不在集气站周边且形成聚集形式的多组井，可以选取多井的地理位置中心，装设小型风机和天然气发电机组组成小电源点。此方案提高了供电可靠性和低碳性，并在一定程度上实现了风资源的有效利用。但风机和发电机组的选型、配置和维护需要进一步研究和探讨。在实际应用中，需要根据当地的风资源和井场布局情况进行具体的分析和设计。同时，考虑到风能的波动性和不稳定性，需要采取相应的技术措施来保障供电的稳定性和可靠性。

2.3 方案三：依托新建风机的绿色电力供能方案

该方案以新建风机为圆点，辐射周边的井场，通过低压电缆携带井口负荷。风机选址过程中可以酌情考虑周边井口负荷，以实现风资源的最大化利用。此方案具有技术先进、环保性好等优点，但相关技术尚不成熟，尚无实用案例，需要进一步探索和实践。在实际应用中，需要综合考虑风机的选址、设计、施工和运行管理等方面的因素来确保方案的有效性和经济性。同时需要加强技术研发和创新工作来推动相关技术的成熟和应用。

2.4 方案四：小光伏+150 kW 天然气发电机多井增压方案

此方案通过小光伏为发电机控制系统供电，利用较大的天然气发电机接带周边井场抽气机用电，实现一定程度上的集中供能，减少多台天然气发电机的运维费用，并具备接带较多井场的能力。此方案技术成熟、便于实施，在实际应用中需要综合考虑发电装置的选址、设计、施工和运行管理等方面的因素，来提高其发电效率，降低电缆敷设费用。

2.5 传统供能方式：30 kW 天然气发电机单井增压方案

该方案通过利用小型天然气发电机单带本井场抽气机用电，此方式执行难度最小，不需要联网和考虑周边井场的影响，适用于分散且偏远的井场，但是面临高碳排、高成本等问题，是井口增压的传统解决方案。

3 方案对比分析

通过对五种方案的对比分析（具体对比数据见表1），可以看出：在碳减排效益方面，方案一、方案三和方案四表现较好；在经济效益方面，方案一和方案三具有优势；在技术成熟度方面，方案四和传统供能方案相对较为成熟。综合考虑各方面因素，不同井场可根据实际情况选择合适的绿色电力供能方案。例如，对于距离集气站较近且负荷需求不大的井场，可以选择方案一；对于风资源丰富且井场聚集的地区，可以考虑采用方案二或方案三；对于偏远且分散的井场，可以选择传统供能方案等。同时需要注意的是各种方案都存在一定的局限性需要结合实际情况进行选择和应用。

表1 多种三次增压方案比对

4 结语与建议

本文提出的四种绿色电力供能技术方案，为天然气井口增压用电提供了新的解决方案,这些方案在技术性、经济性和环境性方面具有一定的优势和潜力,但也存在一些问题和挑战需要进一步研究和探讨。在推动油气勘探开发与新能源融合发展的过程中应优先考虑碳减排效益和经济效益俱佳的方案并结合实际情况进行选择和应用。

针对各种方案中存在的问题和不足，建议加强技术研发和创新工作，加强技术研发和创新工作，提高绿色电力供能技术的成熟度和可靠性，降低其应用成本，不断完善和优化技术方案以提高其可行性和实用性，推动其在天然气开采领域的广泛应用和发展。此外还应加强政策引导和资金支持，为相关企业提供更多的政策扶持和资金支持，推动绿色电力供能技术的研发和应用，形成政府、企业和社会共同参与的良好格局，共同推动天然气开采领域的绿色低碳发展。