韓城煤層氣地面集輸工藝技術(shù)

劉 偉

(中油遼河工程有限公司，遼寧 124010)

1 煤層氣開發(fā)特點(diǎn)及總體工藝

煤層氣的存在形式是基于甲烷分子與煤基質(zhì)顆粒之間有著很強(qiáng)的物理吸附作用，以吸附態(tài)存于煤層中，含氣量在3.0m3/t～16.07m3/t之間。煤層氣的存在形式?jīng)Q定了其與常規(guī)天然氣田不同的開發(fā)方式。煤層氣井的生產(chǎn)具有以下幾大特點(diǎn):①開發(fā)采用排水采氣，即煤層氣田在壓裂后，采用抽油機(jī)將煤層氣中的水抽到地面，在煤層壓力降低后，煤層氣解析出來，通過井筒采出，對(duì)于不同的氣井，排采期也有較大的差別，通常為6～24個(gè)月。②開始排采的氣井，不能關(guān)井，也不能長時(shí)間停止排采，否則會(huì)破壞煤層，導(dǎo)致煤層氣再也不能從煤層中解析。③煤層氣井口壓力低 (井口的壓力為0.2～0.5MPa);產(chǎn)量低 (直井產(chǎn)氣量為2500m3/d);井間距小、井口數(shù)量多，且多位于山區(qū)，地面工程建設(shè)難度大，開發(fā)成本高。

針對(duì)煤層氣自身開發(fā)的特點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)外煤層氣田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)反復(fù)論證、簡化優(yōu)化，韓城煤層氣開發(fā)提出了“井間串接、枝狀管網(wǎng)、低壓集輸、集中增壓、統(tǒng)一處理”的地面集輸工藝。具體流程為井口→采氣支線→采氣干線→集氣增壓站→集氣干線→處理廠→外輸。

圖1 集輸工藝總流程

2 煤層氣集輸工藝

2.1 井口工藝

煤層氣采氣方式為排水采氣，井口流程較為簡單，主要分為排水流程及采氣流程。

排水流程:采油樹油管→計(jì)量→儲(chǔ)水池。

采氣流程:套管氣→節(jié)流→單井計(jì)量→采氣管線;或套管氣→節(jié)流→單井計(jì)量→燃?xì)庥?jì)量→燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)/燃?xì)獍l(fā)電機(jī)

2.1.1 井口抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)化技術(shù)

煤層氣開發(fā)方式為排水采氣，因此抽油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)是煤層氣開發(fā)的重要組成部分，也是投資的主要組成之一。目前，煤層氣田抽油機(jī)的動(dòng)力源主要有以下3種，即:網(wǎng)電供電、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

韓城煤層氣區(qū)塊地處山區(qū)，占地廣闊，且附近沒有供電網(wǎng)絡(luò)，如采用網(wǎng)電為井場(chǎng)提供電源，需架設(shè)的輸電線路較長，而單位面積用電負(fù)荷密度卻很低，造成電力設(shè)備和線路投資利用率極低;電力線路在山區(qū)架設(shè)，一次性建設(shè)投資高，如出現(xiàn)供電線路故障，對(duì)整個(gè)氣田運(yùn)行影響大;由于煤層氣排采期通常為2年，排采期過后，煤層氣井可自行產(chǎn)氣，無需抽水，造成供電資源浪費(fèi)。因此韓城煤層氣開發(fā)不適合網(wǎng)電供電。

由于煤層氣井間距小，布井方式多以叢式井為主，經(jīng)優(yōu)化后單井井場(chǎng)及2口井的叢式井場(chǎng)宜采用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，3口井及以上的叢式井場(chǎng)宜采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

2.1.2 井口計(jì)量方式優(yōu)化技術(shù)

集輸工藝采用井間串接，因此每個(gè)井場(chǎng)均需設(shè)置流量計(jì)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比后，煤層氣單井井場(chǎng)宜采用單井計(jì)量，對(duì)于煤層氣叢式井場(chǎng)可采用閥組輪換計(jì)量方式，以便節(jié)省井口投資。

2.2 集輸工藝

2.2.1 集輸管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)

對(duì)于低壓、低產(chǎn)、含液量少的氣田，集輸工藝主要有3種，即:井間串接，分散增壓工藝;集氣閥組匯集，集中增壓工藝;井口串接，枝狀管網(wǎng)，集中增壓工藝。

井間串接，分散增壓工藝:幾口氣井相互串接，匯合后通過采氣管線進(jìn)入集氣站，采氣半徑一般不超過5km，一個(gè)區(qū)塊依據(jù)區(qū)塊面積大小需設(shè)幾座集氣站，每座集氣站均設(shè)置增壓設(shè)施，增壓后輸至處理廠統(tǒng)一處理。

集氣閥組匯集，集中增壓工藝:閥組附近的井口，單井進(jìn)入閥組，經(jīng)閥組匯集后，在經(jīng)采氣干線輸至集氣站，集氣站增壓后輸至處理廠統(tǒng)一處理。

井間串接，枝狀管網(wǎng)，集中增壓工藝:幾口氣井相互串接，匯集到采氣支線，采氣支線就近接入采氣干線，通過采氣干線輸至集氣站，集氣站增壓后輸至處理廠統(tǒng)一處理。

煤層氣田與常規(guī)天然氣田相比，具有單井產(chǎn)量低、井口壓力低、井間距小及單位產(chǎn)能井口數(shù)量多等特點(diǎn)，采用井間串接，分散增壓工藝，具有集氣半徑小，集氣站設(shè)置數(shù)量多，投資高，且操作人員多，壓縮機(jī)布置較分散，不便于管理等缺點(diǎn)。采用集氣閥組匯集，集中增壓工藝，采氣管線長，閥組占地面積大。因此韓城煤層氣集輸工藝采用井間串接、枝狀管網(wǎng)、集中增壓工藝。即煤層氣單井相互串接通過采氣支線就近接入采氣干線，在采氣干線匯集后，通過采氣干線輸送至集氣站，集氣站設(shè)置的壓縮機(jī)集中增壓外輸至處理廠處理。以韓城區(qū)塊為例，經(jīng)測(cè)算采用井間串接、枝狀管網(wǎng)、集中比增壓工藝分別較井口串接，分散增壓工藝、集氣閥組匯集，集中比增壓工藝節(jié)省投資11360萬元和1159萬元。

2.2.2 PE管應(yīng)用技術(shù)

煤層氣田采氣管線壓力較低，可以采用非金屬管道，根據(jù)煤層氣項(xiàng)目的施工和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，非金屬管道能夠適應(yīng)煤層氣低壓力和低成本的要求，此外，其柔軟性能較好的適應(yīng)山區(qū)地勢(shì)特點(diǎn)，有利于減少施工費(fèi)用。在非金屬管道的選擇上，主要有城市供氣管網(wǎng)應(yīng)用比較廣的燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道和塑料合金防腐蝕復(fù)合管。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，管徑≤DN200的管道采用PE管道，管徑≥250的管道采用鋼制管道較為合適。

2.2.3 采氣管網(wǎng)積水排放技術(shù)

對(duì)于常規(guī)的天然氣井，通常含液量較多，加上地形起伏，造成管線中形成段塞流，降低管線的輸送效率，通常需要設(shè)置清管設(shè)施，定期排出管線中的積水。但煤層氣壓力低，不足以推動(dòng)清管球前進(jìn)，極易發(fā)生卡球現(xiàn)象，且采氣干線管徑大小不一，無法采用清管器進(jìn)行清管。

根據(jù)煤層氣壓力低、不含油的特點(diǎn)，可以在采氣管線的低點(diǎn)設(shè)置凝水缸，管線內(nèi)有積液時(shí)，均流入凝水缸，需要排水時(shí)，打開凝水缸的出口閥，利用管線內(nèi)的壓力將缸內(nèi)的積水排出，消除段塞流。

3 結(jié)論

針對(duì)韓城煤層氣地面建設(shè)及煤層氣開發(fā)自身特點(diǎn)，提出了“井間串接、枝狀管網(wǎng)、低壓集輸、集中增壓、統(tǒng)一處理”的煤層氣地面集輸工藝，簡單實(shí)用，安全可靠，適應(yīng)性強(qiáng)。主要適用于低壓、低產(chǎn)氣田地面集輸，因此具有低壓、低產(chǎn)特點(diǎn)的煤層氣田及正在起步的頁巖氣田均可應(yīng)用該工藝，來降低地面工程投資及開發(fā)能耗，該工藝應(yīng)用及推廣前景廣闊。

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