煤層氣輸送管道建設(shè)難點(diǎn)分析

李慶保 張永升 李昊日

(1.山西國(guó)化燃?xì)庥邢挢?zé)任公司，山西 030025；2.山西省政府辦公廳，山西 030003)

1 引言

山西是中國(guó)煤層氣最為富集的地區(qū)，其勘探范圍、勘探程度、探明儲(chǔ)量均居全國(guó)首位。其中，山西省非常規(guī)天然氣 (包括煤層氣、 致密砂巖氣、 頁巖氣)資源非常豐富，預(yù)測(cè)總資源量約20×1012m3，約占全國(guó)天然氣預(yù)測(cè)資源總量的8%。其中：埋深2000m以淺的煤層氣預(yù)測(cè)資源量為8.31×1012m3，約占全國(guó)的27.7%；鄂爾多斯盆地東緣(河?xùn)|地區(qū))致密砂巖氣預(yù)測(cè)資源量為1.29×1012m3，沁水盆地也有廣泛分布、暫未進(jìn)行資源評(píng)價(jià)；頁巖氣預(yù)測(cè)資源量為10.81×1012m3。2019年全省抽采煤層氣產(chǎn)量71.4×108m3、增長(zhǎng)26.4%；利用量66.1×108m3，增長(zhǎng)29.6%。正在推動(dòng)沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣兩個(gè)煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地正在全面開發(fā)，推動(dòng)煤層氣綠色勘探開發(fā)、安全高效利用，加快煤層氣氣田與省級(jí)煤層氣主干管網(wǎng)、省內(nèi)管網(wǎng)與國(guó)家管網(wǎng)、省內(nèi)管網(wǎng)的互聯(lián)互通，推動(dòng)煤層氣產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展水平，打造清潔能源供應(yīng)基地和非常規(guī)天然氣基地。

2 山西省輸氣管道現(xiàn)狀

山西省依托煤層氣開發(fā)和過境內(nèi)國(guó)家干網(wǎng)，現(xiàn)已形成貫穿全省的“三縱十一橫”煤層氣(天然氣)輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)，成為了全國(guó)重要的油氣管道樞紐之一。其中：國(guó)家干線管網(wǎng)為中石油陜京管道1、2、3線、中石油西氣東輸一線，中石化渝濟(jì)管道等國(guó)家級(jí)輸氣主干管道，同時(shí)還在規(guī)劃建設(shè)中石化鄂安滄管道、中海油蒙西管道和神木-安平管道等國(guó)家干網(wǎng)輸氣管道，建成了以太原-和順-長(zhǎng)治、保德-臨縣-臨汾、大同-大盂-平遙-運(yùn)城的“三縱”省內(nèi)主干管網(wǎng)，臨汾-長(zhǎng)治、侯馬-端氏、離石-太原等“十一橫網(wǎng)”，正是山西省各大管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)主體在十二五、十三五期間加大了管網(wǎng)投資、敷設(shè)力度，促使山西省煤層氣產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，截至目前，全省非常規(guī)天然氣累計(jì)探明儲(chǔ)量1.06×1012m3，其中：煤層氣0.71×1012m3，致密砂巖氣0.35×1012m3，全省累計(jì)施工鉆井15000余口，建成產(chǎn)能1.15×1010m3/a；煤成(層)氣累計(jì)探明儲(chǔ)量1.05×1012m3，已建產(chǎn)能9.50×109m3/a，運(yùn)行鉆井1.5萬余口。2019年底統(tǒng)計(jì)全省長(zhǎng)輸管道約8500km，實(shí)現(xiàn)了全省11個(gè)設(shè)區(qū)市全覆蓋、110余個(gè)縣和部分重點(diǎn)鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)全覆蓋，截止今年8月底，除大同天鎮(zhèn)縣、廣靈縣、新榮區(qū)，陽泉礦區(qū)，晉中榆社縣、臨汾汾西縣，運(yùn)城萬榮縣(在建運(yùn)城支線)、長(zhǎng)治壺關(guān)縣都已覆蓋長(zhǎng)輸管道，全省單位面積管網(wǎng)密度居全國(guó)前列，已初步形成了全省規(guī)劃布局的煤層氣(天然氣)“三縱十一橫十一環(huán)”管網(wǎng)體系。

3 煤層氣管道建設(shè)難點(diǎn)

根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中輸氣管道線路選擇的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合管道敷設(shè)區(qū)域的地形、地貌、 環(huán)境、 工程地質(zhì)條件、 交通、 人文、 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r以及氣體流向、 氣量調(diào)配的靈活性、 實(shí)用性煤層氣輸氣管道線路選線及優(yōu)化遵循基本規(guī)范和原則。

3.1 線路設(shè)置基本原則

(1)根據(jù)輸氣管道沿線主要用氣市場(chǎng)、資源集聚情況確定線路總體走向， 力求線路總體順直、 平緩，縮短線路長(zhǎng)度，減少鋼材耗量，節(jié)約工程投資；

(2)充分與管道沿線各級(jí)地方政府規(guī)劃部門結(jié)合，滿足地方規(guī)劃的前提下，優(yōu)化線路走向，確保靠近市場(chǎng)和資源，保證安全可靠距離；

(3)線路路由與鐵路、公路及河流的規(guī)劃建設(shè)相協(xié)調(diào)，線路盡量靠近和利用現(xiàn)有公路，以方便運(yùn)輸、施工、生產(chǎn)維護(hù)和應(yīng)急搶修；

(4)線路與鐵路、公路及河流交叉時(shí)應(yīng)選擇地形平緩、地層穩(wěn)定地段，確保管道施工安全的同時(shí)防止管道施工影響道路交通；

(5)線路走向選擇有利地形，盡量避開煤礦采空區(qū)、施工難度較大和不良工程地質(zhì)段，以降低施工難度，減少線路水工保護(hù)工程量，確保管道長(zhǎng)期、可靠、安全運(yùn)行；

(6)盡量避開多年生經(jīng)濟(jì)作物區(qū)和重要的基本農(nóng)田建設(shè)區(qū)、重要的軍事設(shè)施、易燃易爆倉(cāng)庫、國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)區(qū)；

(7)線路大、中型穿越工程位置的選擇應(yīng)符合線路總走向，其局部走向應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，選擇合理的穿越方式和位置，在保證管道施工和生產(chǎn)運(yùn)行安全的條件下，盡量降低施工難度，減少施工穿越工程量，節(jié)省投資；

(8)線路應(yīng)盡量避開城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)、飛機(jī)場(chǎng)、鐵路車站、海(河)港碼頭，國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和水源保護(hù)地。當(dāng)條件受限必須通過時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于地區(qū)等級(jí)劃分的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)征得主管部門同意，并采取安全保護(hù)措施。

3.2 輸氣管道站場(chǎng)與閥室設(shè)置基本原則

為了發(fā)生事故時(shí)減少泄漏量，便于進(jìn)行搶修，在管道上設(shè)置線路截?cái)嚅y室。線路截?cái)嚅y采用自力式氣液聯(lián)動(dòng)閥，它具有上、下游管道放空，事故狀態(tài)下自動(dòng)關(guān)閉的功能。線路截?cái)嚅y室的位置應(yīng)選在交通方便，地勢(shì)開闊，地勢(shì)較高的地方。

3.3 煤層氣輸氣管道建設(shè)的難點(diǎn)

(1)受山西地形地貌影響選址規(guī)劃比較困難

山西省是典型的為黃土廣泛覆蓋的山地高原，地勢(shì)東北高西南低。境內(nèi)大部分地區(qū)海拔在1500米以上，高原內(nèi)部起伏不平，河谷縱橫，地貌類型復(fù)雜多樣，有山地、丘陵、臺(tái)地、平原，山多川少，山地、丘陵面積占全省總面積的80.1%，平川、河谷面積占總面積的19.9%。山西境內(nèi)主要山脈：太行山、呂梁山、恒山、五臺(tái)山、中條山、太岳山等。山西境內(nèi)有大同、忻州、太原、臨汾、運(yùn)城、長(zhǎng)治、晉城、陽泉、壽陽、襄垣、黎城等盆地。主要城市和縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村落沿水而建、規(guī)劃布局空間受限，故山西省煤層氣輸氣管道選址比較困難，大部分管網(wǎng)多在山脊、河床、公路沿途敷設(shè)，受地質(zhì)條件、規(guī)劃、交叉等影響施工難度大且易受外部事件影響。

(2)穿跨越多，施工協(xié)調(diào)難度大

受山西省地形地勢(shì)、河流、交通和規(guī)劃影響，煤層氣輸氣管道及天然氣管道建設(shè)受境內(nèi)煤礦、工廠、學(xué)校、村鎮(zhèn)、鐵路、公路、河流、光纜、水利、市政管網(wǎng)等影響較大，部分區(qū)域穿跨越處集中自來水、污水、城市燃?xì)狻㈦娏?、通信、供熱和鐵路、高鐵影響，施工空間受限，穿跨越長(zhǎng)達(dá)1～2km，管網(wǎng)之間或管網(wǎng)與其他構(gòu)筑物之間安全間距無法滿足要求，極大限制輸氣管道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也制約高鐵及其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營(yíng)。

(3)煤礦覆蓋面廣、采空區(qū)、濕陷性黃土沉陷區(qū)范圍大且影響管網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)

山西省90%的國(guó)土面積內(nèi)富含煤炭資源和煤層氣資源，可以說山西省是坐在煤堆上走向的工業(yè)化和現(xiàn)代化，正是豐富的煤炭、煤層氣、鋁礬土及鐵礦等資源秉性，礦產(chǎn)采空區(qū)遍布各地，建設(shè)期間部分采空區(qū)沉降達(dá)7～8m，致使在建管網(wǎng)多次停工改線或運(yùn)營(yíng)管網(wǎng)燃?xì)馐鹿?、停輸?shù)雀呶Ｊ录?，煤礦采空區(qū)、沉陷區(qū)、黃土塬塌陷區(qū)已是煤層氣輸氣管道規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)中最大安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。僅2017年冬供期間全省煤層氣輸氣干網(wǎng)因受長(zhǎng)子、鄉(xiāng)寧、柳林、臨縣、屯里等區(qū)域采空區(qū)影響停輸5次以上，多次被迫架設(shè)臨時(shí)管線保障供氣，全年受采空區(qū)、沉陷區(qū)等影響改線、斷管、停輸不少于20次，并形成多次燃?xì)庑孤┦鹿?，啟?dòng)應(yīng)急搶險(xiǎn)。

(4)煤層氣氣質(zhì)復(fù)雜，對(duì)管道腐蝕性強(qiáng)，加大煤層氣輸氣管網(wǎng)建設(shè)選材和設(shè)備選型難度

山西省煤層氣及煤成氣均自煤系地層壓裂抽采或部分是井下抽采提純經(jīng)過凈化、過濾、脫水、增壓后進(jìn)入管網(wǎng)。煤層氣組成部分主要是甲烷，相對(duì)比較清潔，但在運(yùn)營(yíng)過程中，沁水氣田、河?xùn)|氣田煤層氣氣質(zhì)均不理想，含有煤粉、黃土、水、輕質(zhì)油、烷烴、一氧化碳、二氧化碳及部分氫和氮，雖經(jīng)歷分子篩、過濾器、三甘醇等凈化裝置，煤層氣氣質(zhì)復(fù)雜、不潔凈對(duì)煤層氣輸氣管網(wǎng)、場(chǎng)站設(shè)備、壓縮設(shè)備、計(jì)量設(shè)備及用戶造成非常大的負(fù)面影響。尤其是以某管道在晉城區(qū)域爆燃事故、某燃?xì)怆姀S因氣體雜質(zhì)非停事故、管道內(nèi)檢測(cè)出現(xiàn)的腐蝕坑等問題已嚴(yán)重影響區(qū)域供氣安全和全省供氣、供暖、供電安全。因煤層氣復(fù)雜的氣質(zhì)，在后續(xù)建設(shè)中需要加強(qiáng)對(duì)管道選材加厚、提質(zhì)、強(qiáng)腐蝕的要求，規(guī)避氫、酸、煤粉等雜質(zhì)的影響，進(jìn)一步在輸氣首站加強(qiáng)過濾、凈化、脫水、降塵裝置，保障運(yùn)營(yíng)安全，增減投資和建設(shè)成本。

(5)土地指標(biāo)難壓覆礦產(chǎn)等原因難以協(xié)調(diào)站場(chǎng)、閥室用地

根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定：截?cái)嚅y最大間距應(yīng)符合下列規(guī)定：在以一級(jí)地區(qū)為主的管段不宜大于32km；在以二級(jí)地區(qū)為主的管段不大于24km；在以三級(jí)地區(qū)為主的管段不大于16km；在以四級(jí)地區(qū)為主的管段不大于8km。同時(shí)輸氣站場(chǎng)的設(shè)置應(yīng)符合線路走向要求，保證輸氣工藝的合理性及經(jīng)濟(jì)性；輸氣站場(chǎng)的設(shè)置應(yīng)符合工藝設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)天然氣接收、輸送、清管、分配的需要；輸氣站應(yīng)位于地勢(shì)平緩開闊，供電、給排水、生活及交通方便的地方，應(yīng)避開采空區(qū)、山洪、滑坡等不良工程地段和避免壓覆礦產(chǎn)。但實(shí)際上，輸氣管道的閥室、站場(chǎng)選址比管道路由選址還要復(fù)雜和困難，最難的就是壓覆礦產(chǎn)和避免采空區(qū)，閥室、場(chǎng)站盡量選擇沿公路、鐵路或保安煤柱上。根據(jù)自然資源廳有關(guān)礦產(chǎn)壓覆要求，輸氣管道的站場(chǎng)、閥室占地四角坐標(biāo)及連線在占地面積基礎(chǔ)上，需要向下按照45°角進(jìn)行測(cè)算壓覆礦產(chǎn)資源，簽署有關(guān)資產(chǎn)礦產(chǎn)補(bǔ)償或放棄協(xié)議，致使壓覆礦產(chǎn)協(xié)議無法簽署或完成，站場(chǎng)、閥室土地?zé)o法完成征地手續(xù)，證件不齊、手續(xù)不全影響后續(xù)項(xiàng)目批復(fù)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和驗(yàn)收，致使部分管網(wǎng)投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)10多年無法取得土地證件，辦理后續(xù)手續(xù)。

4 應(yīng)對(duì)措施及建議

山西省煤層氣輸氣管道建設(shè)合規(guī)安全事關(guān)全省煤層氣產(chǎn)業(yè)產(chǎn)輸銷用良性發(fā)展，更加事關(guān)山西省清潔能源供應(yīng)基地建設(shè)。故針對(duì)以上風(fēng)險(xiǎn)，需要從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、上下游協(xié)同等方面加強(qiáng)聯(lián)系和互動(dòng)，充分溝通、認(rèn)真聽取各方意見，采用比較適合項(xiàng)目建設(shè)的方案進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)。具體應(yīng)對(duì)措施及建議為：

進(jìn)一步強(qiáng)化全省基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局，將煤層氣(天然氣)輸氣管網(wǎng)與鐵路、公路、水利、開發(fā)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、旅游區(qū)、水源地等規(guī)劃布局與統(tǒng)籌，加強(qiáng)管網(wǎng)間的互聯(lián)互通，按照“三縱十一橫十一環(huán)” 管網(wǎng)布局、 加強(qiáng)監(jiān)管、 互聯(lián)互通、 統(tǒng)一調(diào)度， 確保全省供氣安全和煤層氣產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

加強(qiáng)規(guī)劃布局綜合管廊建設(shè)，將油氣管網(wǎng)與各類基礎(chǔ)設(shè)施提前規(guī)劃、統(tǒng)一布局、提前預(yù)留、有序?qū)嵤?，合理?jié)約土地和資源空間。

在采空區(qū)、沉陷區(qū)、黃體塬等敏感區(qū)域，加強(qiáng)地質(zhì)勘探和監(jiān)測(cè)，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)期間與自然資源、應(yīng)急管理等主管部門、有關(guān)廠礦企業(yè)定期交流、加強(qiáng)信息溝通、共享地質(zhì)信息，實(shí)施智能化數(shù)字化管道建設(shè)，在提高管道強(qiáng)度和材質(zhì)同時(shí)，加大彈性敷設(shè)系數(shù)，減少對(duì)原土層擾動(dòng)，管底管溝用沙袋減緩應(yīng)力，同溝敷設(shè)傳感電纜和傳感器及監(jiān)測(cè)設(shè)備提升管道智能化程度。

統(tǒng)一全省煤層氣氣質(zhì)和進(jìn)入管網(wǎng)、終端標(biāo)準(zhǔn)，變體積計(jì)量為質(zhì)量計(jì)量，輸氣管道接氣首站和煤層氣集輸站(中心站)采用智能化氣質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)施且互聯(lián)互通數(shù)據(jù)共享，定期校核和送檢氣質(zhì)，提升煤層氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)輸送京津冀及雄安做好儲(chǔ)備。

建議省自然資源廳將全省煤層氣輸氣管道、煤層氣集氣站等用地情況進(jìn)行調(diào)研摸排后，統(tǒng)籌考慮聯(lián)合省發(fā)改委、能源局、財(cái)政廳及有關(guān)企業(yè)形成專項(xiàng)報(bào)告報(bào)省政府及省人大，完善規(guī)章制度，做好政策銜接，釋放煤層氣產(chǎn)業(yè)政策和能源革命排頭兵建設(shè)的政策紅利，完善煤層氣輸氣管道占地和壓礦手續(xù)，推動(dòng)山西省煤層氣產(chǎn)業(yè)更加快速發(fā)展。

《山西省煤成氣增儲(chǔ)上產(chǎn)三年行動(dòng)計(jì)劃(2020—2022年)》，指出，推進(jìn)煤成氣增儲(chǔ)上產(chǎn)，是推進(jìn)能源革命綜合改革試點(diǎn)的重要內(nèi)容，是構(gòu)建清潔低碳高效現(xiàn)代能源供應(yīng)體系的實(shí)際舉措。正如習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)的“京津冀一體化交通一體化先行”一樣，山西省煤成氣增儲(chǔ)上產(chǎn)就要加快輸氣管網(wǎng)建設(shè)和互聯(lián)互通。根據(jù)資源分布、市場(chǎng)需求，加強(qiáng)管道施工質(zhì)量管控，提高管網(wǎng)質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)打造建設(shè)的“放心”，擴(kuò)大管網(wǎng)覆蓋面，加快煤層氣氣田與省級(jí)主干管網(wǎng)的互聯(lián)互通要?dú)馓铩笆嫘摹保煌七M(jìn)省網(wǎng)與國(guó)家干網(wǎng)、省網(wǎng)之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)管道雙向輸送，最大限度發(fā)揮資源下載和上輸能力使供應(yīng)“安心”；加快推進(jìn)省內(nèi)應(yīng)急調(diào)峰中心外輸和省管互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰儲(chǔ)備資源應(yīng)急保障，加快實(shí)現(xiàn)山西煤層氣與文23地下儲(chǔ)氣庫、沿海LNG儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施資源串換能力的“決心”。