对天然气开采运输的探讨
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摘要：作为一种清洁、高效的优质能源，天然气已经在我国得到了普遍应用，天然气在我国能源机构乃至国民经济中的地位不断提高，本文仅对天然气的开采及运输做一定的探讨。
关键词：天然气 天然气开采 天然气运输
一、天然气的构成及分类概述
天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较于煤炭、石油等能源具有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气也同原油一样埋藏在地下封闭的地质构造之中，有些和原油储藏在同一层位，有些单独存在。对于和原油储藏在同一层位的天然气，会伴随原油一起开采出来。对于只有单相气存在的，我们称之为气藏，其开采方法既与原油的开采方法十分相似，又有其特殊的地方。 由于天然气密度小，为0.75～0.8千克/立方米，井筒气柱对井底的压力小；天然气粘度小，在地层和管道中的流动阻力也小；又由于膨胀系数大，其弹性能量也大。因此天然气开采时一般采用自喷方式。这和自喷采油方式基本一样。不过因为气井压力一般较高加上天然气属于易燃易爆气体，对采气井口装置的承压能力和密封性能比对采油井口装置的要求要高的多。其可以分为两类：
1、液化天然气
主要成分是甲烷,被公认是地球上最干净的能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后，利用液化天然气船运送。燃烧后对空气污染非常小，而且放出热量大，液化天然气（LNG）技术除了用来解决运输和储存问题外，还广泛地用于天然气使用时的调峰装置上
2、液化煤层气
原料煤层气经过压缩、预处理（主要为去除水分、二氧化碳、硫化氢、汞等）、再经低温换热后（终温-162℃）,变成液态的煤层气,称为液化煤层气,简称LCPM。
(1) 煤层气液化后便于进行经济可靠的运输。，它比管道输气和压缩煤层气（CCPM）运输可节省大量投资及大幅度运输成本，而且方便可靠，风险小，适应性强。
(2) 储存效率高、占地少、投资省。
(3) 有利于城市负荷的平衡调节。
(4) 生产过程中释放出的冷量可回收利用。
(5) LCPM可作为优质的车用燃料。与汽车烧汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、降低运输成本等优点
(6) 有利于环境保护，减少城市污染。
二、天然气的开采
1、天然气开采的自身特点
首先天然气和原油一样与底水或边水常常是一个储藏体系。伴随天然气的开采进程，水体的弹性能量会驱使水沿高渗透带窜入气藏。在这种情况下，由于岩石本身的亲水性和毛细管压力的作用，水的侵入不是有效地驱替气体，而是封闭缝缝洞洞或空隙中未排出的气体，形成死气区。这部分被圈闭在水侵带的高压气，数量可以高达岩石孔隙体积的30%～50%，从而大大地降低了气藏的最终采收率。其次气井产水后，气流入井底的渗流阻力会增加，气液两相沿油井向上的管流总能量消耗将显著增大。随着水侵影响的日益加剧，气藏的采气速度下降，气井的自喷能力减弱，单井产量迅速递减，直至井底严重积水而停产。
2. 天然气开采的方法
目前治理气藏水患主要从两方面入手，一是排水，一是堵水。堵水就是采用机械卡堵、化学封堵等方法将产气层和产水层分隔开或是在油藏内建立阻水屏障。目前排水办法较多，主要原理是排除井筒积水，专业术语叫排水采气法。
排水集气法，首先要求所收集的气体不溶入水，或者与水发生反应。排水集气法的工作原理是，用水作为密封物，使空气得到隔绝。被收集的气体用软管从水中穿过，向瓶口朝下的集气瓶中灌放，由于需要排开水以后才能收集到气体，不会混入空气中的氧气氮气等气体，因此其纯度相对较高。具体如下：
2.1、 深井泵排水采气法。此方法是利用下入井中的深井泵、抽油杆以及地面抽油机通过油管抽水，套管采气的方式控制井底的压力。适用于地层压力较低的气井，特别是产水气井的中后期开采，唯一的缺点是费用比较高。
2.2、 小油管排水采气法。此方法是利用一定的产气量，油管的直径越小，气流的速度越大，携液能力越强的原理，如果油管直径选择合理，就不会形成井底积水。本方法适用于产水初期，地压比较高，而产水量比较少的井。
2.3、 泡沫排水采气法。就是将发泡剂通过油管或套管加入井中，发泡剂融入井底积水于水作用形成气泡，这样不但可以降低积液的相对密度，还能将地层中产出的水随气流带出地面。此法适应于地层压力高，产水量较少的气井。
2.4、 柱塞气举排水采气法。原理就是在油管内下入一个柱塞。下入时柱塞中得流道处于打开状态，柱塞在自重的作用下向下运动，当到达油管底部时柱塞内的流道自动关闭，由于作用在柱塞底部的压力大于作用在顶部的压力，柱塞开始向上运动并将柱塞以上的积水排到地面，当其到达油管顶部时柱塞内的流道又被自动打开，又转为向下运动。通过柱塞的往复运动，就可以不断的将积液排出。此方法适用于地层压力较充足，产水量又大的气井。
三、天然气的运输
天然气本身的固有的特性决定了管道是其最合适的运输方式，适用于整个天然气供应链上的每个运输环节。作为连接气源和输配气系统的纽带，长距离输气管道具有距离长（一般从几百公里到几千公里不等）、管径大（一般在400mm以上）、输量大、输送压力高（一般高于4Mpa）、可以连续运行、投资规模大等主要特点。
长距离输气管道又叫干线输气管道，它是连接天然气产地与消费地的运输通道，所输送的介质一般是经过净化处理的、符合管输气质要求的商品天然气。长距离干线输气管道管径大、压力高，距离可达数千千米，大口径干线的年输气量高达数百亿立方米。长距离输气管道主要包括：输气管段、首站、压气站（也叫压缩机站）、中间气体接收站、中间气体分输站、末站、清管站、干线截断阀室等。实际上，一条输气管道的结构和流程取决于这条管道的具体情况，它不一定包括所有这些部分。
与输油管道相同，在管路沿线每隔一定距离也要设中间截断阀，以便发生事故或检修时关断。沿线还有保护地下管道免受腐蚀的阴极保护站等辅助设施。通常需要与长距离输气管道同步建设的另外两个子系统是通信系统与仪表自动化系统，这两个系统是构成管道运行SCADA系统的基础，其功能是对管道的运行过程进行实时监测、控制和远程操作，从而保证管道安全、可靠、高效、经济地运行。
长距离输气管道的输送成本在很大程度上取决于输送能力和输送距离。在距离一定的条件下，管道的、输送能力越大，其满负荷运送的成本越低。在满负荷的前提下，输气管道的最大经济输送距离于输送能力密切相关，输送能力越大，最大经济输送距离越长，所以输气管特别适合于大运量的天然气运输。随着运量减小，输气管道的最大经济输送距离可能小于实际运输距离，所以采用CNG或LNG散装运输方式就会比管道运输更经济。以CNG形式运输天然气具有灵活性强、投资少等优点，适用于用气量不大、用户距气源及输气干线较远的情况。而LNG的内陆运输主要适用于运量较小和分散工期的情况。另外，在具备海运条件，而且管道运距很长的情况下，LNG远洋运输船的经济性就会优于输气管道，当运距超过7000km时，LNG远洋运输船是唯一的经济的运输方式。
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