煤層氣低成本開發(fā)途徑研究—以優(yōu)化集氣場站和排采水處理站安全環(huán)保投入為例

戴祝生

摘要：集氣場站是煤層氣地面抽采的主要系統(tǒng)之一，具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒的特點，易發(fā)生各類事故，本文分析了煤層氣集氣場站安全風(fēng)險控制和排采水處理站現(xiàn)狀，提出了安全環(huán)保風(fēng)險控制優(yōu)化措施，在有效控制集氣場站和排采水處理站安全環(huán)保風(fēng)險的同時降低安全環(huán)保投入，為今后煤層氣勘探開發(fā)提供低成本開發(fā)模式。

關(guān)鍵詞：煤層氣；集氣場站；排采水處理站，安全環(huán)保風(fēng)險管控優(yōu)化措施；安全環(huán)保措施；低成本。

煤層氣又稱瓦斯，以甲烷為主，儲藏在煤層中，在地面通過鉆井抽采，既可降低煤炭開發(fā)安全風(fēng)險，同時可以把抽出來的煤層氣通過提純、儲藏，作為燃料使用。

1 優(yōu)化集氣場站和排采水處理站安全環(huán)保投入必要性

煤層氣井井口壓力大多在0.1-0.6Mpa之間，井口壓力低，需增壓輸送，因此大多采用集氣、調(diào)壓、分離、計量，如果按照油氣田的進行安全設(shè)計，勢必造成標準高、投資高。

中石化在山西臨汾勘探開發(fā)了唯一煤層氣田—延川南煤層氣田。開發(fā)3年以來，與山西境內(nèi)大多數(shù)煤層氣田一樣，從完全成本角度來講，仍然處于虧損狀態(tài)。

因此有必要進一步優(yōu)化集氣站和排采水處理站安全環(huán)保風(fēng)險的防控措施，根據(jù)煤層氣特點對各種安全環(huán)保設(shè)施進行優(yōu)化，提出適合煤層氣田的安全環(huán)保設(shè)施，從而減少場站建設(shè)的安全環(huán)保投入，實現(xiàn)煤層氣低成本戰(zhàn)略，使煤層氣有可能做到效益開發(fā)。

2 集氣站和排采水處理站安全環(huán)保風(fēng)險管控措施現(xiàn)狀

在尚無煤層氣開發(fā)經(jīng)驗之前，延川南煤層氣場站設(shè)計依據(jù)基本是常規(guī)油氣田標準規(guī)范。針對防地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，在臨崖的場站四周安排了大量的漿砌石進行護坡，制定了較為完備的水保方案，場地內(nèi)針對失陷性土層打了幾千根灰樁。針對防火災(zāi)爆炸風(fēng)險，在整個場站配備了完整的固定式可燃氣體泄漏報警系統(tǒng)、固定式消防系統(tǒng)、埋地式防雷系統(tǒng)、大規(guī)格火炬放空系統(tǒng)。針對職業(yè)健康風(fēng)險，在壓縮機房四周布置了全封閉的防噪音系統(tǒng)，同時針對該密閉空間又配套配備了防煤層氣泄漏風(fēng)險控制系統(tǒng)。針對用電風(fēng)險，則安排了煙霧系統(tǒng)和聲光報警系統(tǒng)。在環(huán)保方面，建設(shè)了兩座規(guī)模較大排采水處理站，分別是處理能力為1600方的萬寶山水處理站和處理能力為500方的譚坪處理站。

3 集氣站安全風(fēng)險管控優(yōu)化措施

3.1 消防風(fēng)險管控措施優(yōu)化

消防系統(tǒng)可以按照新規(guī)定進行進一步簡化。延川南煤層氣田在1號站和中心站建設(shè)了固定式消防系統(tǒng)，可這與現(xiàn)場實際情況不相符合，一是集氣場站都建在山源頂部，現(xiàn)場沒有充足的水源供應(yīng)，給水系統(tǒng)根本發(fā)揮不了作用；二是固定式消防系統(tǒng)設(shè)置目的是為現(xiàn)場儲罐隔離火源和對其他儲罐降溫防止著火爆炸，集氣站內(nèi)則無儲罐需要這種處理，場站內(nèi)基本都是工藝流程。國家能源局于2018年6月6日發(fā)布了NB/T10045-2018《煤層氣地面工程設(shè)計防火規(guī)范》，將日處理能力在200萬方以下的煤層氣全部劃為5級站，其中規(guī)定，只有三級站以上（日處理能力達500萬方以上）才需要設(shè)置消防給水系統(tǒng)。按照此規(guī)定，延川南煤層氣1號站和中心站的固定式消防給水系統(tǒng)可以取消?？蛇x擇其它有效的滅火方式予以替代：1）滅火劑滅火，可選擇干粉、鹵代烷、氮氣及二氧化碳滅火劑，還可以利用水槍，切斷和吹散火勢；2）堵漏滅火，針對氣壓不大的的漏氣火災(zāi)，可以先采取堵漏滅火措施，用濕棉被、濕麻袋、石棉氈或粘土封住漏氣口，隔絕空氣，使火熄滅。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控措施優(yōu)化

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險可以從源頭得到控制。主要優(yōu)化措施是選址，以防地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險少為導(dǎo)向，選一處較大面積蘋果源地，面積盡量大，這樣可使集氣場站盡量遠離崖邊，空出足夠安全距離從而使集氣場站的建設(shè)盡量不破壞或少破壞原來自然的水保系統(tǒng)和防地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)。目前的集氣場站都選在臨崖位置，所以必須安排大量的漿砌石扶坡工作量和大量的水保工程，如果選址得到優(yōu)化，可以節(jié)省大量工作量。

3.3 工藝流程風(fēng)險管控措施優(yōu)化

工藝流程可以根據(jù)煤層氣與常規(guī)氣的區(qū)別予以簡化。第一，煤層氣的組分以甲烷和乙烷為主，基本不含C4以上重組分，在集氣站的操作溫度和壓力下不會產(chǎn)生液烴，因此可以取消火炬之前的放空分離器。第二，集氣站的放空系統(tǒng)可不設(shè)火炬，，只設(shè)帶有點火功能的放空管。第三，煤層氣的特點是壓力低，一旦關(guān)井，很難恢復(fù)生產(chǎn)，因此集氣站可以不用設(shè)置遠程關(guān)井的功能。

3.4 噪音風(fēng)險管控措施優(yōu)化

現(xiàn)場防噪音裝置可以通過對圍墻進行簡單工藝處理降噪來替代?，F(xiàn)有防噪音裝置設(shè)計依據(jù)是GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》和GBJ87-85《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》，這些都是針對噪音敏感點設(shè)計的，目前幾個集氣站都處于較為偏避地帶，至少300米外才有零星村民居住，崗位員工生產(chǎn)生活場所噪音檢測都合格，廠界外在未安裝防噪音棚情況下檢測也就超標5分貝左右，完全可以通過對圍墻進行簡單工藝處理降噪來達到合格標準。具體措施：一是用小磚砌墻，然后用水泥粉刷墻面；二是用紗網(wǎng)訂在墻面，然后用水泥在墻面貼磚；三是在墻體內(nèi)加一層泡沫板，然后處理墻面，將泡沫板訂嚴實；四是在墻體內(nèi)加一層隔音布。

3.5 中心站放空風(fēng)險管控措施優(yōu)化

通過減少中心站設(shè)計放空量來降低放空火炬的級別，進而實現(xiàn)措施優(yōu)化。集氣站的放空主要包括設(shè)備維修放空，進出站管線截斷放空，節(jié)流失效安全閥的安全泄放，出站閥門或下游站場關(guān)閉產(chǎn)生的安全閥的安全泄放，火災(zāi)事故站場緊急關(guān)閉后緊急放空。目前場站放空系統(tǒng)是執(zhí)行常規(guī)油氣田《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范（GB50183-2004）》、《石油化工企業(yè)燃料系統(tǒng)和可燃氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（SH3009-2001）》。實際上煤層氣的放空可以根據(jù)實際情況按照以下原則來設(shè)計：第一，煤層氣田大多采用串聯(lián)工藝，集氣干線往往不止一條，在計算站外放空時不應(yīng)考慮條干線同時發(fā)生事故的情況；第二，站內(nèi)外事故工況分析計算后，最大放空量不疊加，取放空規(guī)模的大量作為集氣站放空系統(tǒng)的設(shè)計量。

3.6 排采水處理站風(fēng)險管控措施優(yōu)化

目前兩排采水處理能力共達到2100方，而目前真實的排采水穩(wěn)定出水量大概在400方左右，再加上現(xiàn)場能通過自然揮發(fā)消化200方左右，實際需要處理量大概在200方左右，而且，隨著排采時間越來越長，產(chǎn)水量還會進一步下降。處理能力遠大于實際出水量，這就形成了極大浪費。主要原因是在環(huán)評階段，所選取出水量依據(jù)是初可研，這個出水量僅是根據(jù)煤層氣井初生產(chǎn)時的最大量來測算的，未能反映真實情況和綜合情況，造成兩座排采水處理站的建設(shè)僅僅是為環(huán)保驗收而建設(shè)，而不是以真正處理現(xiàn)場排采水出水量來建設(shè)，造成極大浪費，包括征地等建設(shè)費用達6000萬元，日后運行費用也同時增加。

優(yōu)化措施可以有兩條，一是可委托第三方處理，二是可以減少處理能力，簡化處理工藝。

委托第三方就是將排采廢水直接委托地方有資質(zhì)的工業(yè)廢水處理廠進行達標處理，按市場價一方水50元算，一年下來也就300多萬元，同時還可節(jié)省諸如人工、電費、藥劑、設(shè)備維護、交通運輸?shù)绕渌黜椯M用200多萬元。

簡化工藝主要是通過增大廢水與空氣的接觸面積來實現(xiàn)。具體思路是建設(shè)一種煤層氣排采水處理反應(yīng)池，反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有布水裝置和加熱裝置，布水池裝置包括兩個呈層狀設(shè)置的外徑逐漸變小的布水環(huán)，每層布水環(huán)內(nèi)低外高，相鄰兩個布水環(huán)的下層外徑大于上層內(nèi)徑，下層內(nèi)徑小于上層內(nèi)徑，最上層的布水環(huán)的外側(cè)與反應(yīng)池的內(nèi)壁固接，相鄰兩層布水環(huán)通過吊桿連接，加熱裝置包括加熱罐和換熱罐，二者之間通過交換管道連通，這樣，排采水在流動過程中由于上下層布水環(huán)之間的高度差，下一層布水環(huán)會對排采水形成一定的沖擊效應(yīng)，并由此散開呈細小的水珠狀，增大排采水與空氣的接觸面積，空氣中的氧會溶解在排采水中，有效增大了排采水的含氧量，從而有利于提高排采水處理效率。通過這種工藝簡化也可處理200多方排采水。

4 結(jié)論

通過以上分析和研究，在提出集氣場站各種風(fēng)險管控優(yōu)化措施的基礎(chǔ)上削減部分

安全措施。

第一，可以用其他簡易滅火措施來替代1號站和中心站的固定式消防系統(tǒng)；第二，通過優(yōu)選地址方式從源頭上消除地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，充分利用原有水保系統(tǒng)來減少目前水保工程量；第三，煤層氣生產(chǎn)特點可以取消遠程關(guān)井的功能和火炬之前的放空分離器；第四，的放空系統(tǒng)可以不設(shè)火炬，只設(shè)具有手動點火功能的放空管；第五，中心站可按照前文所述原則通過減少設(shè)計放空量來降低火炬級別；第六，集氣站可通過其他簡單降噪措施來替代噪音棚裝置；第七，委托第三方有資質(zhì)的工業(yè)廢水處理廠或簡化排采水處理工藝來替代大型排采水處理站。