煤層氣集輸管道設(shè)計(jì)影響因素探討

李斌

摘? ?要：煤層氣田集輸管道設(shè)計(jì)直接關(guān)系著煤層氣的輸送經(jīng)濟(jì)性和有效性。在設(shè)計(jì)管道時(shí)，通過對(duì)不同的影響因素進(jìn)行關(guān)鍵性分析，找到最為關(guān)鍵的敏感因素。在實(shí)際的管道設(shè)計(jì)中，對(duì)敏感因素進(jìn)行著重分析，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和管道設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：煤層氣;集輸管道;管道設(shè)計(jì)

煤層氣是一種伴生礦產(chǎn)資源，是一種優(yōu)質(zhì)、潔凈的能源。煤層氣田開采井網(wǎng)和井口的分布相對(duì)密集，井口的氣體壓力僅有0.5 bar左右，處于相對(duì)較低的水平。煤層氣的壓力低，需要采用大量的管道和增壓站，投資費(fèi)用高。本文首先對(duì)煤層氣官網(wǎng)設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行介紹，進(jìn)而以實(shí)際煤層氣田的實(shí)際情況模擬影響管網(wǎng)輸送過程中的影響因素，并對(duì)影響因素進(jìn)行分析，找出關(guān)鍵的敏感因素，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，充分考慮敏感因素，有效杜絕管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)偏差。

1? ? 煤層氣集輸管道設(shè)計(jì)原則

（1）集輸管網(wǎng)的設(shè)計(jì)要充分考慮建設(shè)區(qū)域的產(chǎn)量、儲(chǔ)層地質(zhì)等生產(chǎn)因素，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定經(jīng)濟(jì)合理的輸氣工藝及最佳的工藝參數(shù)。其中管網(wǎng)管徑的選擇要分不同區(qū)塊，根據(jù)單井和區(qū)域產(chǎn)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，以經(jīng)濟(jì)高效為原則，兼顧安全可行，做到資源的最優(yōu)化配置。

（2）選線應(yīng)根據(jù)地形、工程地質(zhì)、主要進(jìn)氣、供氣點(diǎn)的地理位置選擇合理走向，力求線路順治，縮短線路長(zhǎng)度，節(jié)省管材和投資。選擇的線路盡可能利用和靠近現(xiàn)有的公路，以方便運(yùn)輸、施工和生產(chǎn)管理維護(hù)。線路應(yīng)選擇有利地形，避開施工難點(diǎn)和不良工程地質(zhì)地段，確保管道安全可靠運(yùn)行。

（3）管線穿越等級(jí)公路、鐵路和大、中型河流，其穿（跨）越位置應(yīng)服從線路總走向，在服從線路總走向的前提下，線路局部走向應(yīng)服從等級(jí)公路、鐵路和大、中型河流穿（跨）越位置，以保證工程經(jīng)濟(jì)合理。

（4）貫徹國(guó)家基本建設(shè)方針政策，以經(jīng)濟(jì)效益為中心，以工程質(zhì)量為重點(diǎn)，采用成熟、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，合理的工藝流程，以安全、可靠、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)作為總體原則，力爭(zhēng)節(jié)約工程投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)范，搞好環(huán)境保護(hù)、水土保持、勞動(dòng)安全衛(wèi)生及防火、防爆。

2? ? 基礎(chǔ)參數(shù)

結(jié)合某實(shí)際采氣田的具體數(shù)據(jù)，管道集氣站的進(jìn)站氣體壓力為0.5 bar，井口的流量為150 kg/h，煤層氣的具體組成如表1所示。

根據(jù)上述參數(shù)，以模擬軟件分別模擬計(jì)算流量、進(jìn)氣壓力、管徑對(duì)輸送產(chǎn)生的影響，從而找到最終的關(guān)鍵因素。

3? ? 計(jì)算結(jié)果分析

3.1? 煤層氣的流量影響因素

煤層氣的井型各異，主要可以分為直井和水平井兩大類，不同的井型具有不同的煤層氣產(chǎn)量，煤層氣產(chǎn)量不同對(duì)于輸送管道的要求也不同。因此，選擇煤層氣的流量從50～400 kg/h之間隨機(jī)選擇8組數(shù)據(jù)，對(duì)煤層氣的流量影響進(jìn)行分析，進(jìn)站壓力0.5 bar，管道長(zhǎng)度5 km，管道為水平管道，管徑150 mm。

煤層氣的流量越高，壓力降也就越大。在煤層氣流量為50 kg/h時(shí)，壓力降為0.009 bar，而煤層氣流量為400 kg/h時(shí)，壓力降為0.283 bar。相同管徑的條件下，流量越高，輸送的速率也就越大，煤層氣與管道外壁的摩擦也就越強(qiáng)，最終導(dǎo)致輸送的壓力降增加。

3.2? 管徑影響

進(jìn)站壓力0.5 bar，管道長(zhǎng)度5 km，煤層氣的流量150 kg/h，管道為水平管道，管徑選擇5種不同的尺寸，分別為80、100、125、150、200 mm。

煤層氣的輸送管徑越小，壓力降也就越大。在煤層氣輸送管徑為80 mm時(shí)，壓力降為0.744 bar，而煤層氣輸送管徑為200 mm時(shí)，壓力降為0.002 bar。在150～200 mm管徑條件下，壓力降的數(shù)據(jù)變化不明顯，而在80～150 mm時(shí)，壓力降呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。相同條件下，管徑越小，輸送的速率也就越大，煤層氣與管道外壁的摩擦也就越強(qiáng)，最終導(dǎo)致輸送的壓力降增加。

3.3? 含水率的影響

進(jìn)站壓力0.5 bar，管道長(zhǎng)度5 km，煤層氣的流量150 kg/h，管道為水平管道，管徑150 mm。選擇不同含水量的煤層氣進(jìn)行模擬計(jì)算，含水量對(duì)于管道壓力降的影響不明顯，基本為單一曲線，含水率為0.2%時(shí)，壓力降為0.058 7 bar;含水率為1%，壓力降為0.058 6 bar。

另外，對(duì)進(jìn)站壓力也進(jìn)行了分析，選擇進(jìn)站壓力為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 bar。當(dāng)進(jìn)站壓力為0.5 bar時(shí)，壓降為0.058 7 bar。當(dāng)進(jìn)站壓力增大為0.6 bar，壓降為0.001 9bar。壓降較為明顯。但是隨著進(jìn)站壓力繼續(xù)增大到1 bar時(shí)，壓降為0.001 2 bar。壓降降低的幅度并不明顯。

4? ? 敏感因素分析

根據(jù)上述的分析數(shù)據(jù)，對(duì)上述4種因素進(jìn)行關(guān)鍵性分析，一般認(rèn)為單位壓降達(dá)到5×10-5 bar/m時(shí)，即認(rèn)為此因素為敏感的關(guān)鍵因素。

流量和管徑是敏感性因素，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注，兩者相比而言，管徑的因素更為關(guān)鍵，因此，需要根據(jù)實(shí)際的流量情況科學(xué)合理地選擇輸送管道的管徑。

5? ? 結(jié)語

在煤層氣集輸管道設(shè)計(jì)時(shí)流量和管徑是關(guān)鍵性因素，管徑對(duì)于輸送壓力降的影響更為關(guān)鍵，因此需要對(duì)管徑進(jìn)行重點(diǎn)分析，以達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的最優(yōu)化目標(biāo)。對(duì)于管徑而言，隨著管徑的增加，壓力降降低，但管徑增加到一定數(shù)值后，壓力降變化不明顯，因此，可以找到最佳的輸送管徑。對(duì)于煤層氣的輸送，如果含水量過多時(shí)，需要考慮管道內(nèi)的積液量增多帶來后續(xù)一系列的排液?jiǎn)栴}。

[參考文獻(xiàn)]

[1]蔣東芮.沁南煤層氣集輸管道固體顆粒粒徑分布及沉積規(guī)律研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2018.