摘要: 天府气田金秋区块致密气是中国石油西南油气田公司重要上产新领域，规划其2025年建成50亿方规模，2021年开始逐步加大金秋区块致密气开发建产力度，目前年产量已达27亿方。近些年，随着双碳目标的提出，金秋区块致密气在快速上产的同时也积极探索绿色、低碳、智能化技术并应用，包括设备智能监测、井下节流、试采放空气回收、压裂返排液达标外排、全生命周期的砂粒防治、细菌腐蚀防控、VOCs治理、设备及工艺参数优化、光伏发电、余压发电等，持续提升气田绿色低碳智能化水平，对于保障国家能源安全、实现双碳目标以及油气企业绿色低碳智能化转型等具有积极意义。
Abstract: The tight gas in Jinqiu block of Tianfu Gas field is an important new production field of petrochina Southwest Oil and Gas Field Company. It is planned to build a scale of 5 billion square meters in 2025, and gradually increase the development and production of tight gas in Jinqiu block in 2021. The current annual output has reached 2.7 billion square meters. In recent years, with the proposal of the dual-carbon target, tight gas in Jinqiu Block has been rapidly producing and actively exploring green, low-carbon and intelligent technologies and applications. Including equipment intelligent monitoring, downhole throttling, air recovery of test production, discharge of fracturing flowback fluid up to standard, sand prevention and control of the whole life cycle, bacterial corrosion prevention and control, VOCs management, equipment and process parameter optimization, photovoltaic power generation, residual pressure power generation, etc., continue to improve the green, low-carbon and intelligent level of gas fields. It is of positive significance for ensuring national energy security, realizing the dual-carbon goal and the green, low-carbon and intelligent transformation of oil and gas enterprises.
1. 引言
双碳目标的提出进一步凸显了天然气清洁低碳优势，作为天然气生产企业，应以绿色低碳高质量可持续发展为目标，将天然气主要业务发展与绿色低碳智能化发展有效融合[1]。目前，随着常规天然气开发进程的持续深入，致密气已成为天然气生产建设主力军的有力接替者，近几年西南油气田公司加大致密气勘探开发力度，在加快建产步伐的同时，金秋区块致密气紧密结合自身实际，全力谋划，高效利用绿色低碳、智能化等技术，瞄准设备智能监测、节能减碳和绿色转型，进行了大量有益的探索和实践，加快推进规划编制、项目落地等重点工作，绿色低碳智能化发展初见成效。
2. 金秋区块致密气开发现状
金秋区块致密气面积约0.77万平方千米，丘陵地貌，交通便利，具有较好的自然地理条件和市场潜力，是典型的致密气藏，具有低孔、特低渗、较高束缚水饱和度等特点，属于常温常压气藏，所产气甲烷含量90%以上，不含H2S，CO2含量极低，微含凝析油，产出水主要为压裂返排液。目前已累计投产气井110余口，日产气约880万方，日产油约260吨，日产水约300方，采用平台井气液混输、集气站集中脱水脱烃处理的集输模式。
3. 金秋区块致密气绿色低碳智能化发展实践
2021年开始，金秋区块致密气加快投产步伐，并同步加强数字化等建设力度，实现了站场生产实时数据的自动采集、传输、存储与报警：现场压力等设备信号接入自控系统并转换成实时生产数据，再依托通信链路传至生产数据平台，通过数据接口将数据在生产运行管理平台等进行汇集及可视化展示，发现异常数据时自动报警并提醒专业工程师对异常进行分析解决；通过视频监控技术实现对站场重点区域、重点设备的远程监控；通过井安系统、出站执行机构等实现气井特殊情况的紧急关停以保证安全，基本实现了平台井无人值守。并以数据库为基础、各种算法为支撑、模型搭建为抓手，积极探索大数据、人工智能等技术在生产管理中的应用，目前实现了重点设备的智能预警，为处理故障赢得时间，减少损失。
同时，结合金秋区块致密气CO2和CH4主要排放源分析结果，确定绿色低碳发展攻关方向–节能减碳和绿色转型，其中，节能减碳：一是做好水套炉等重点用能系统适应性改造；二是回收利用试采放空气；三是多举措降低输送能耗等。绿色转型：有序推进清洁能源替代，厘清自身资源优势，因地制宜开展太阳能、压力能等绿色能源应用。
3.1. 智能化发展
3.1.1. 压缩机故障智能监测诊断
压缩机是天然气生产过程中的重要动设备之一，具有转速及压缩比高，易损件多的特点，在建设时，考虑到其他气田已投运压缩机实际应用中反映出的不足：故障监测及处理严重依赖于人工巡检及经验，机组监控参数仅能监测部分热工参数，缺乏对压缩机气缸等关键部件的监测手段，机组整体故障在线监测与检维修管理水平较低。在金秋区块致密气建设期间，以现场需求为导向，不断完善压缩机故障监测诊断功能，通过在装置重要点位设置数据传感器，监测、获取、传输、存储运行数据以实现数据实时调取分析，通过故障注入等方式模拟典型故障，获得理想状态下的动力学、热力学响应，设计形成针对性的压缩机典型故障及诊断知识库，掌握典型故障特征，实现压缩机故障智能诊断及预警。目前金秋区块致密气已投运压缩机的智能监测诊断功能运行情况较好，成功诊断故障30余次，基本实现了预防性维修和预知性维修，夯实了气田高质量发展基础。
3.1.2. 无人值守管理
扎实推进两化融合体系建设，在各集气站配置自动控制系统和视频监控系统，实现对井区所辖平台井生产数据的采集存储超限报警及远传、闯入报警、双向语音对讲、关键执行机构(如井口安全截断阀、进出站阀门)的远程控制及24小时不间断实时视频监控。依托信息化及物联网功能，实现了气田“中心井站 + 无人值守”的集约化管理，通过“电子巡检 + 人工巡检 + 周期维护 + 计划维修”的方式开展日常生产管理工作，最大程度实现了人力资源的高效利用，进一步提高了平台运维管理水平。
3.2. 节能减碳
3.2.1. 井下节流
金秋区块致密气开发方案推荐主体采用地面工艺防治水合物生成，初期投产平台井主要采用水套炉和电加热装置进行水合物防治，但单台水套炉年平均耗气量8.5万方、年平均用电量0.73万千瓦时，因燃烧产生的CO2年排放量高达185吨，单台电加热装置年平均用电量25万千瓦时。为深入践行绿色低碳发展理念，金秋区块致密气大力推进井下节流工艺试验并取得较好效果，采用井下节流工艺的气井不需要电加热装置和水套炉就能有效避免井口发生水合物堵塞，实现平稳生产，目前已在44口井开展应用，节能减碳成果显著，年减少CO2排放约7000吨。
3.2.2. 试采放空气回收
金秋区块致密气平台井采取加砂压裂进行开采，正式投产前需进行放喷排液，常用的放喷工艺为：通过节流管汇和地面管线将放喷气接至放喷池内，直接点火燃烧，放喷排液期间会无效放空燃烧大量天然气，不仅浪费资源，而且增加了CO2排放，同时提高了环保安全风险。以回收无效放空的天然气为目标，开展广泛调研，同时结合生产现场实际，最终找到了可行的工艺技术：在放喷排液前提前建设平台井至下游站场外输管线，并在平台井配备除砂器、分离器、加热炉、脱水脱烃撬(配套在线水露点检测仪)、防爆PLC控制系统、发电机等装置，将放喷气处理达到外输气标准后直接进入外输管网。目前已在60余口井开展试采放空气回收约9000万方，增效约12,420万元，减少CO2排放约19.6万吨。
3.2.3. 压裂返排液达标外排
金秋区块致密气无专用回注井，生产过程中产出的压裂返排液通过水罐车拉运至距离约200公里的的回注站进行回注处理，拉运风险和回注成本较高。随着开发的持续进行，生产中将有更多的压裂返排液产出、回注空间也将日益减少，为保证生产持续进行并减少压裂返排液回注过程中产生的碳排放，调研后决定将生产过程中产生的压裂返排液由回注转变为交由第三方进行处理，当压裂返排液中的悬浮物及细菌等达到相关标准后进行外排，目前日处理压裂返排液约300方，累计处理压裂返排液13.5万方。
3.2.4. 全生命周期的砂粒防治
加砂体积压裂已成为金秋区块致密气开采的主要有效举措，但生产阶段气井出砂严重，影响平台井正常生产，据统计，因出砂造成的滤筒破损、水套炉盘管、分离器阀门阀芯等设备失效共计54次，造成关井维护35次，影响气量超400万方[2]，因失效造成的CO2排放量超8700吨，开展专项分析，认为出砂主要受储层改造工艺及生产制度影响，结合生产实际，制定“防”和“治”相结合的全生命周期砂粒防治对策，“防”主要从储层改造工艺及生产制度进行优化，从源头降低支撑剂回流可能性，“治”主要通过优选地面除砂设备及砂粒治理配套设施等提高砂粒治理效率，进一步降低返出砂对平台井生产的不利影响。“防”主要包括“覆膜砂 + 拌注纤维”等；“治”主要包括：一是优选性能更优的地面除砂器，二是持续对砂粒冲蚀重点位置进行壁厚监测；三是结合生产运行维护情况，开展各类地面除砂器适用性分析为后续新建平台井除砂器选型提供数据支撑，同时根据出砂实际实时优化除砂器滤网目数，以提高除砂器除砂效率；四是在集气站增压机月保停产期间，打开节流阀、排污阀等关键阀门检查冲蚀情况，发现冲蚀情况立即更换。因出砂冲蚀造成的单井设备失效次数由2021年的1.86次/井每年降至2022年的0.066次/井每年、2023年持续降低至0.039次/井每年，砂粒防治取得明显成效，可年减少因失效造成的CO2排放约3000吨[2]-[4]。
3.2.5. 细菌腐蚀防控
汲取四川盆地页岩气开发经验：CO2和SRB(硫酸盐还原菌)是集气管线腐蚀穿孔失效的主要原因，开展金秋区块致密气细菌腐蚀相关室内研究及实验，得出结论：细菌作用下致密气集输管线存在局部腐蚀风险[2]，结合实验结果及生产实际，针对性制定细菌腐蚀防控思路：细菌浓度监测→腐蚀防控→细菌浓度监测→持续优化调整，即在平台井投产后1个月内完成产出水细菌浓度检测，出现超标情况立即开展杀菌缓蚀剂加注，并持续开展细菌浓度监测，根据监测结果不断优化防控方案，截至目前共开展了573井次产出水细菌浓度检测，已经监测井中95口井细菌浓度超标需加注药剂，已加注95口，加注覆盖率100%，目前各平台井细菌浓度达到受控范围，地面集输系统未发生细菌腐蚀失效，定点测厚未见异常，有效预防了管线失效造成的碳排放。
3.3. 绿色转型
3.3.1. 光伏发电
金秋区块致密气平台井所处地理位置是太阳能资源较弱区，结合发展现状，在处理厂的综合公寓开展光伏发电，采用并网不上网模式，就地消纳光伏发电，将光伏发电装置所产生的电能全部馈入综合公寓供电系统直接供其负荷应用。综合考虑光伏组件光电转化效率、发电量、运行维护成本等因素，通过方案比选最终采取单晶硅光伏组件及固定倾角安装方式，采用组串逆变器，安装容量约200千瓦，年发电量约16.8万千瓦时，可年节约标煤52.5吨，年减少CO2排放约136吨。
3.3.2. 余压发电
在天然气处理及输送至用户的过程中，许多环节都需要进行降压处理，主要采用节流的方式将天然气压力降到所需要的压力，在此过程中存在较大的压力能损失，针对此现象，国内外学者研究并提出将这部分浪费的能源进行合理的回收利用，目前主要通过膨胀机进行压差发电。金秋区块致密气集气站处理工艺为：分离–增压–JT阀脱水脱烃–外输，JT阀前后存在较大压差，约3 MPa，经过充分调研分析后，于2023年9月开始在秋林集气总站实施余压发电，投用160千瓦透平膨胀发电装置1套，装置从JT阀管线前取气，进入装置膨胀做功发电，膨胀后的天然气进入JT阀后管道，目前日发电1000千瓦时，投运至今累计发电21.71万千瓦时，节约标煤70吨，减少CO2排放约180吨。
4. 结语
绿色低碳智能化发展是新时代油气企业高质量发展的必然选择，大数据、人工智能等技术在今后较长的一段时间内，仍有较大的发展空间，天然气生产企业要积极响应新时代的新要求，立足自身发展特点，应用智能化技术，持续完善生产站场智能电子巡检、趋势预警等功能，不断强化站场无人值守根基，并通过严格控制生产系统天然气损耗、降低站场工艺能耗、优化企业用能结构、调整产业结构、培育绿色能源产业等措施，科学制定绿色低碳智能化路径并有序推进相关项目实施落地，持续提升气田绿色低碳智能化水平，实现高质量可持续发展。