1、潘庄煤层气集输工艺设计 2009-10-22 叶健 分享到： QQ空间新浪微博开心网人人网 摘要： 以晋城潘庄煤层气开发项目地面集输系统为例，根据煤层气的基本特性，从采气井场、采气管网、集气站、集气干线、集中处理增压站等方面介绍了煤层气地面集输工艺设计方案。 关键词： 煤层气；地面集输；工艺设计 Design of Panzhuang Coal-bed Gas Gathering Process YE Jian Abstract： Taking the surface gathering system of Panzhuang coal-bed gas exploitation project
2、 for example， based on the basic characteristics of coal-bed gas， the design scheme of the surface gathering system of coal-bed gas is introduced in terms of gas withdrawal well site， gas withdrawal network， gas gathering station， gas gathering main line， centralized processing booster station and s
3、o on. Key words： coal-bed gas； surface gathering； process design 1 概述 我国煤炭和煤层气资源非常丰富，浅煤层气资源量达到 301012m3，居世界第 3位 1。但与欧美发达国家相比，我国煤层气的开发利用率相对较低，比如美国 2003年煤层气产量达到 450108m3，约占美国当年天然气产量的 7.9%，而我国同期煤层气产量还不足 50108m3。对煤层气开发利用，除了可以提供有价值的燃气资源外，还可以改善采煤条件，增强煤炭生产的安全性，减少大气污染 2。 中原油田很早就瞄准了这一潜力巨大的煤层气勘探开发工程市场，自 2002
4、年开始，其钻井、作业等施工队伍利用油气田技术优势；就已在陕西、山西等地的多处煤层气工程建设工地夹显身手。中原油田设计院也于 2003 年开展煤层气地面集输系统的设计工作，经不断探索、完善，取得了成熟的技术和宝贵的经验。 与天然气气田相比，煤层气气田具有低渗透率、低压力、低产量等特点 3，而且气井井距小，井深浅，单井产量及井口压力较低，气井数量多且分散，煤层气中水和氧气含量高。因此，采用常规的天然气田集输工艺和相关设备不能满足煤层气集输需要，需进行专门的管道模拟、工艺计算和设备选型设计。 2 工程概况 山西晋城潘庄煤层气项目位于山西省晋城市西北约 80km 处，隶属沁水县管辖。本项目新开发 10
5、0 口煤层气井，地面集输系统主要包括采气井场、集气管网、集气站和集中处理增压站 4 个部分，主要完成煤层气的集气、净化、分离、调压、外输等集输工艺。 3 集输工艺设计 3.1 设计依据 气源 根据煤炭科学研究总院西安分院所作地质报告及对 30 口井及全气田的产能预测，确定集输部分单井产气量为 2400m3/d，井口压力为 0.15 0.30MPa，井口温度为 20 气质 煤层气组成见表 1 表 1 煤层气组成 组分 CH4 C2H6 CO2 N2 O2 体积分数/% 94.517 0.010 0.301 3.816 1.356 煤层气的密度为 0.6982kg/m3，相对密度为 0.5789，
6、高热值为 37.505MJ/m3，低热值为 33.812MJ/m3。 规模 本项目分二期实施，其中一期开发 30 口井，二期开发 70 口井，实现 100 口煤层气井的规模。根据总工艺流程设置原则，每 10 15 口井设集气站 1 座，整个项目设置集气站 8 座，每座集气站处理能力为 4.0104m3/d(考虑了一定的裕量 )。设置 1 座集中处理站对煤层气进行净化、计量，最后将煤层气增压后外输销售。考虑节约占地，便于管理，将增压部分与集中处理站合建，称为集中处理增压站，设计处理能力为 30104m3/d。 执行的主要规范 由于目前国内对于煤层气的开采还处于起步阶段，集输处理工程尚无专门的设计
7、、施工验收规范，但煤层气在气质构成和基本特性上类同于天然气，因此借鉴并执行油气田类似工程的设计、施工验收规范，主要的规范有：石油天然气工程设计防火规范 (GB 501832004)，油气集输设计规范 (GB 503502005)，石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范 (SY 04022000)。 3.2 集输工艺设计 总体布局 因煤层气低压、低产，为了尽可能减少井间不利影响，提高煤层气产气量，经对多种模型进行软件模拟，结合油气田低压采气经验，最终确定集输管网采用二级布站模式，即集气站和集中处理增压站两级增压，使压力逐级增加，以满足煤层气输送要求。总工艺流程为： 采气井场 (初步分离、计量
8、)、采气管网、集气站 (二次分离、调压、计量、一级增压 )。集气支线、集气干线、集中处理 增压站 (脱水、净化、调压、计量、二级增压 )、外输管道、用户。 压力级制：集气站前管网操作压力为 0.1 0.3MPa，集气站至集中处理增压站管网操作压力为 0.9 1.2MPa(一级增压 )，集中处理增压站后管网操作压力为 6.0 -7.0MPa(二级增压 )。 采气井场 由于煤层气开发初期井口排采产水量较多，约 30m3/d 左右，为提高管道集输效率，减少沿程压力损耗，在每个井场都装备有气液两相分离器和集水沉降池，对煤层气中游离水进行初步分离。为监控各井单 井产气能力，分离后的煤层气经简易计量后再去
9、集气站。为适应煤层气的特性和大规模开发需要，经比选试验，采气井场选用维护方便、简单易行的旋进旋涡流量计作为煤层气的计量仪表，以适应其低产、低压的特点。 另外，考虑煤层气排采后期煤层气井场压力可能会大幅降低 (小于 0.15MPa)，煤层气无法进入集气管网，气井产量必将下降，因此借鉴油田降压采气工艺技术，在井场设置压缩机组将煤层气升压外输，可降低压缩机前采气管网末端压力，提高煤层气的排采量。因此各井场先预留压缩机组位置。 采气管网 因煤层气井口压力低 (0.15 0.30MPa)，为克服沿程摩阻，提高集输效率，通过应用输气管道计算软件 TGNET 模拟比较，以最小路径为原则，采用成组型集气管网流
10、程较为合适，即每 10 15 口井为 1 组，设置集气站 1 座，并且根据各井井口压力，若压差较大，采用高一低压分输的集输技术，即压力 0.2MPa 的煤层气进入低压采气总管，压力 0.2MPa 的煤层气进入高压采气总管，这样可尽量减少井间相互影响，提高单井采收率。各单井采气管道由远到近并入采气总管上，再进入集气站。根据气体模型计算出合适的管径 (单井采气管道为 763.5，采气总管为 1144)，有利于简化采气管网系统的建设，降低造价，提高系统的安全可靠性。成组型集气管网示意见图 1。 集气站 煤层气经采气总管进入集气站，站内根据采气总管的类型而设置不同的工艺流程。 一般情况下，集气站只设置
11、 1 台分离器，煤层气经采气总管直接进入分离器分离。若采气总管分高、低压进站，则站内设 2 台分离器，低压采气总管煤层气进入低压分离器分离，高压采气总管煤层气进入高压分离器分离并调压后与低压煤层气汇合进入集气汇管。分离器的主要作用是去除煤层气中的固体杂质和液体，达到压缩条件。 分离后的煤层气再经压缩机增压 (一级增压 )、流量计计量，进入集气支线，再进入集气干线。 本工艺借鉴了天然气气田后期低压气井高、低压分输和降压采气工艺，这样，可以降低气井产出集输系统压力，增加外输系统压力，从而提高气井单井产气量。 压缩机出口压力为 1.2MPa。集气站流程见图 2。 集气站内分离器采用高效旋流过滤分离器
12、，具有过滤效率高、噪声低、磨损小、维护量小、使用寿命长等优点。过滤分离器能同时起到过滤气体中杂质和分离游离液体的作用，对液滴与固体颗粒均有较高的分离效率。其结构形式为卧式 双筒结构，上部负责过滤分离，下部具有集液功能。过滤分离器属于精细分离设备，需定期更换滤芯。 增压设备采用电动螺杆压缩机组，具有压缩比高、操作维护简单的优点，适合煤层气工艺特点。 集气干线 煤层气出集气站后通过集气支线汇集到集气干线，集中输送到集中处理增压站。集气干线管径的选取是根据气田当前生产能力和今后预测生产能力，经软件模拟计算，选取适当规格 (2196)。 管道埋深在冻土层以下，一般大于 1.2m。 在集气干线上预留一定
13、数量的开口分支管，安装阀门，以便将来新开发的气井生产的煤层气不需动火就可进入本集输系统内。因集气干线线路长度较短，为简化生产工艺，集气干线未设清管设施，但考虑到管道沿线起伏较大，集气干线中煤层气未经过净化，在集气干线较低处设置凝水缸，以收集集气干线中产生的凝析液体，防止产生液体堵塞，保证煤层气的畅通。 集中处理增压站 集中处理增压站的功能主要是将全气田煤层气收集，分离净化。煤层气出集中处理站后去两个不同用户：第一路去已建的 CNG 站，该站位于潘庄西北，主要是将煤层气分离、净 化、计量后再压缩，充入 CNG 气瓶车外运；另一路去外输管道，煤层气需进行增压和脱水净化，气质达到外输天然气要求，经交
14、接计量后进入外输管道。 经方案比选，煤层气脱水方法采用三甘醇脱水工艺，先增压，后脱水，这样工程造价低，脱水再生负荷较小，并且设备体积小，占地面积少，工艺管道管径小，能耗相对较低。集中处理增压站流程见图 3。 集中处理增压站内主要设置有 1 座 24008400 的气 -液过滤分离器，该分离器的处理气量为 30104m3/d，可将煤层气中粒径在 60m 以上的液滴除去，对煤层气进行初步分离。 考虑随着煤层气井不断开发，煤层气产量将增大，利用管道外输将更为经济合理，欲与山西省阳城 -端氏 -长治 -河北涉县煤层气输气管道相连并网。该输气管道与西气东输并网，设计压力高达 6.4MPa。经工艺计算，本
15、工程将煤层气增压至 7.0MPa 后才可与上述管道并网外输，因此，在集中处理增压站内设计了增压设施。 根据煤层气生产特性，所选压缩机必须属于小排量、高压缩比类型，经比较优选，最终采用橇装全自动控制往复式压缩机，共设置 3 台 (2 用 1 备 )，单台处理能力为 15104m3/d，以满足煤层气管输要求。 采用高级孔板流量计对外输煤层气进行计量，并选用智能型压力变送器和一体化温度变送器进行温压补偿，流量、温度、压力信号进入站内计算机系统，以实现远程监控。 4 结语 通过不断优化与创新，潘庄煤层气区块已形成国内大型规模化的开发格局，在地面集输工艺上也形成了一套成功的技术经验，总结出 “降压采气、低压集气、初步分离、高低压分输、二级建站增压、集中处理净化 ”等适合煤层气开发的地面集输工艺技术。该工艺技术简单适用，安全可靠，经济可行。 参考文献： 1 刘闯，于京春，齐明，等 .煤层气利用技术方案研究 J.煤气与热力， 2005， 25(9)：62-64. 2 宋汉成，焦文玲，李娟娟，等 .煤层气利用与输送的安全性 J.煤气与热力， 2006，26(11)： 8-11. 3 肖燕，孟庆华，罗刚强 .美国煤层气地面集输工艺技术 J.天然气工业， 2008， 28(3)：111-113. (本文作者：叶健 中石化中原油田设计院 工艺所 河南濮阳 457001)
