徐龙波
中海油天津化工研究设计院有限公司 天津市 300451
摘要：本文综述了油气生产中排放燃烧气体的检测方法，并对国内外排放气体回收利用的主要技术进行了对比分析。指出利用遥感监测数据计算放空燃烧气体体积具有良好的应用前景，但需要结合常规地面实测数据改进反演算法，降低不确定性；油气混输、天然气发电、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液体产品转化等回收利用手段，将显著减少排放燃烧气体造成的温室气体排放。
关键词：油气生产；伴生气；放空燃烧气；遥感；温室气体排放
1排放燃烧气体的定义和检测
1.1排放燃烧气体的定义
根据GGFR的定义，放空燃烧包括两种:一种是出于安全、设备维护等原因，在常规条件下放空燃烧；第一类是异常工况下的燃烧，主要包括在现场试验、管道输送不足、事故放空情况下采取的处理方法。在大多数情况下，排放的空气需要完全燃烧，燃烧效率约为98%，以减少对生产区周围人口健康的影响。当放空气体量不能满足点火条件时，如气体浓度低、含水量高，这部分气体将直接就地排放，称为冷放空。
在我国油气生产过程中，正常工况下排出的燃烧气体主要存在于部分油气生产单井、油气处理站(中转站、增压站)等的套管排气中。一些零散、偏远井的套管瓦斯涌出量小、压力低，没有经济回收价值。一般采用油气混输措施，减少套管气体排放；但在油气处理站，气量比较大，可以通过建设放空空气回收项目来减少放空燃烧。异常工况下的放空燃烧主要存在于油气井口的试井、维修和事故中。
1.2排放燃烧气体的常规检测方法
ALLEN等人对美国油气生产中的放空燃烧气体排放进行了现场检查，发现少量火炬占总放空燃烧排放的一半以上。当98%的默认燃烧效率提高到100%时，二氧化碳排放量将减少14%。加拿大阿尔伯塔省建议在油气处理站、管道集气站、天然气处理站和其他多股气体排放的地方安装流量计。当排出空气量波动较大、成分复杂、测量困难时，对流量计的干、湿气体容差、气体流量和测量范围会提出更高的要求。符合要求的流量计主要有超声波流量计、插入式流量探头、光学流量计等。
当站内未安装流量计时，可参照API521标准，根据火炬照片估算排出的燃烧气体量。使用的计算公式见公式(1)~ (3)。
lf =(Lp/Dp)×Df(1)
q = 0.474√—L/2.14×106(2)
f = Q/Cg(3)
其中:Lf为实际火焰长度，m；Lp是照片测得的火焰长度，cm；Dp为照片测得的燃烧管内径，cm；Df是燃烧管的实际内径，m；q是排出的燃烧气体的能量流率，j/s；f为放空燃烧量，m3/s；Cg是组合气体的热值，J/m3。
1.3探测排放燃烧气体中甲烷排放的遥感技术
在GGFR的支持下，ELVIDGE等人根据参与成员国和成员公司自2009年以来报告的排放燃烧气体量数据，与来自美国国防气象卫星(DMSP)ols系统的可见光和热辐射信号的观测数据建立了相关性，并对1994年至2008年的全球排放燃烧气体量进行了反演。在反演过程中，有部分凝析过程没有报道，火炬燃烧波动、火炬燃烧误识别以及不同地区的气象条件(干/湿气候等)。)可能会给估计结果带来不确定性。此后，ANEJIONU等人利用美国国家航空航天局的MODIS数据估算了尼日利亚的排气燃烧量，CASADIO等人利用SWIR数据估算了全球排气燃烧持续时间，CHOWDHURY等人利用Landsat8卫星白天观测数据确定了加拿大和泰国湾、波斯湾和墨西哥湾等近海平台排气燃烧火炬的位置。
2012年底，由于轨道退化造成DMSP的光辐射污染，不再可能跟踪全球数据。研究人员开始使用美国大气海洋局可见光红外成像辐射探测(VIIRS)的遥感数据。ELVIDGE等人利用VIIRS数可以覆盖不同波长热辐射信号的特性，对夜间短波和近红外辐射的峰值信号进行了采集和处理，得到了全球放空燃烧气体总量。
VIIRS的空间分辨率达到417m，可以实现城市灯光影响下的放空燃烧识别；同时，与只能识别燃烧火焰高温点的DMSP不同，VIIRS可以覆盖放空燃烧火焰99%的温度范围，进而区分上游油气生产、下游炼油化工、液化天然气(LNG)加工终端等环节。在获得热辐射数据后，利用月平均总热辐射数据，结合尼日利亚、德克萨斯州、北达科他州油气生产的喷口燃烧报告数据，以及全球47个国家CEDIGAZ的喷口燃烧报告数据，可以获得辐射量与喷口燃烧量的对数关系，用于反演计算。
除了放空燃烧气体量的遥感数据反演，LI等人还利用臭氧监测仪器(OMI)测量的氮氧化物浓度和MODIS数据讨论了极地油气生产过程对空气质量的影响，但没有估算放空燃烧气体量。张等人结合OMI和VIIRS遥感数据，探讨了墨西哥海上油气平台放空燃烧的时空变化规律，分别利用二氧化硫和氮氧化物遥感数据估算了放空燃烧气体量，利用空气质量因子修正了氮氧化物浓度的估算结果，并与实际数据进行了对比。与油气生产企业上报的放空燃烧量数据相比，遥感数据的估算结果更高。
1.4排放燃烧气体的全球减排计划
鉴于排污燃烧的影响，世界银行资助了GGFR，并鼓励能源公司通过回收措施减少排污燃烧，以便在2030年熄灭常规火炬。世界银行认为，参与该计划将有利于油气公司的资源优化管理、环保油气生产、全球商业品牌价值、运营区块平衡和企业形象。根据计划第一阶段使用VIIRS数据进行的全球排放燃烧气体调查，俄罗斯、伊拉克、伊朗、美国和阿尔及利亚的排放燃烧气体量位居前5名。从2014年到2016年，中国每年排放的燃烧气体量保持在2×109m3左右，2017年降至1.6×109m3。
2释放空气再循环技术
对于排风的回收，LAYFIELD等人总结了15种回收利用技术，并与美国北达科他州等地的实际案例进行了对比。除了研究将甲烷转化为甲醇等高附加值产品的催化剂外，尼日利亚作为一个燃烧气体排放大国，还建造了1.4×104m3/d的小型气液(GTL)回收装置，将天然气转化为柴油、甲醇和氨。基于GTL理念优化的STG+技术也已应用于西非的陆上油气田和海上浮动平台。
在中国，液化天然气、压缩天然气、发电等方法大多用于回收排出的空气。在管道输送过程中，还采用了天然气压差回收等技术。在井口将排出的空气转化为液体产品的技术尚未应用。
塔里木油田是早期的空气释放区之一。除了加压回收低压放空气、部分气体回注地层、高压高产井放空气分离回收外，对偏远分散的天然气井和试生产井进行脱硫、加压、脱水回收压缩天然气，液化天然气用于天然气处理站放空气，放空气在天然气处理站检修时通过加压设备回收。此外，对于海上油气开发，也有针对单个平台的浮动天然气液化(FLNG)技术，以及针对平台群的相关天然气管网循环优化。
根据国内外放空空气循环利用技术的应用情况，适合大放空量(2×104m3/d以上)的天然气压缩液化技术在我国已得到广泛应用。然而，在控制典型的排气排放源的同时，偏远分散井以及低压和小体积天然气井的排气再循环也应列入议程。在建设成本合理、投资回报高的前提下，井口和处理站天然气直接转化为液体产品的技术路线将具有巨大的应用潜力。
3结论
油气生产过程中的放空燃烧不仅会带来资源浪费和环境污染，还会对全球气候变化产生一定影响。迫切需要采用经济有效的技术来减少放空燃烧。我国油气生产中放空燃烧仍存在计量统计少、估算多、依据不清等问题。利用遥感数据可以实现火炬燃烧点的定位和识别。然而，在确定排放的燃烧气体量时，除了进一步提高遥感卫星的探测精度和频率以减少不利气象条件的影响之外，还需要对遥感数据和现场实际探测数据进行比较分析，以提高反演模型估计的精度。
在放空燃烧气体减排方面，建议各油气生产区结合油气盆地地质条件、地面工程和天然气放空排放特点，优化工艺流程，制定相应的放空气体回收技术方案。各油气田公司天然气放空情况复杂，大部分放空气量小且分散，需要详细分析各油气田天然气放空的特点和情况，实现经济有效的循环利用。同时，建议开展井口放空天然气气液产品的工业试验和应用示范研究。
参考文献
[1]薛明，翁艺斌，刘光全，等.石油与天然气生产过程甲烷逃逸排放检测与核算研究现状及建议［J］.气候变化研究进展，2019，15（2）：187-196.
[2]范真真，罗霂，郭丽，等.中美页岩气开发环境管理制度的分析与建议［J］.化工环保，2019，39（2）：213-219.