劉 偉

(中油遼河工程有限公司，遼寧 124010)

1 煤層氣開發(fā)特點及總體工藝

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:①開發(fā)采用排水采氣，即煤層氣田在壓裂后，采用抽油機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，對于不同的氣井，排采期也有較大的差別，通常為6～24個月。②開始排采的氣井，不能關井，也不能長時間停止排采，否則會破壞煤層，導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)，地面工程建設難度大，開發(fā)成本高。

針對煤層氣自身開發(fā)的特點，結合國內(nèi)外煤層氣田開發(fā)經(jīng)驗，經(jīng)反復論證、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→計量→儲水池。

采氣流程:套管氣→節(jié)流→單井計量→采氣管線;或套管氣→節(jié)流→單井計量→燃氣計量→燃氣發(fā)動機/燃氣發(fā)電機

2.1.1 井口抽油機驅動方式優(yōu)化技術

煤層氣開發(fā)方式為排水采氣，因此抽油機動力系統(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，煤層氣田抽油機的動力源主要有以下3種，即:網(wǎng)電供電、燃氣發(fā)動機驅動及燃氣發(fā)電機驅動。

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，如采用網(wǎng)電為井場提供電源，需架設的輸電線路較長，而單位面積用電負荷密度卻很低，造成電力設備和線路投資利用率極低;電力線路在山區(qū)架設，一次性建設投資高，如出現(xiàn)供電線路故障，對整個氣田運行影響大;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。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)化后單井井場及2口井的叢式井場宜采用燃氣發(fā)動機驅動，3口井及以上的叢式井場宜采用燃氣發(fā)電機驅動。

2.1.2 井口計量方式優(yōu)化技術

集輸工藝采用井間串接，因此每個井場均需設置流量計，經(jīng)技術經(jīng)濟對比后，煤層氣單井井場宜采用單井計量，對于煤層氣叢式井場可采用閥組輪換計量方式，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

對于低壓、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入集氣站，采氣半徑一般不超過5km，一個區(qū)塊依據(jù)區(qū)塊面積大小需設幾座集氣站，每座集氣站均設置增壓設施，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，采用井間串接，分散增壓工藝，具有集氣半徑小，集氣站設置數(shù)量多，投資高，且操作人員多，壓縮機布置較分散，不便于管理等缺點。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，集氣站設置的壓縮機集中增壓外輸至處理廠處理。以韓城區(qū)塊為例，經(jīng)測算采用井間串接、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管應用技術

煤層氣田采氣管線壓力較低，可以采用非金屬管道，根據(jù)煤層氣項目的施工和運行經(jīng)驗來看，非金屬管道能夠適應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山區(qū)地勢特點，有利于減少施工費用。在非金屬管道的選擇上，主要有城市供氣管網(wǎng)應用比較廣的燃氣用埋地聚乙烯(PE)管道和塑料合金防腐蝕復合管。通過技術經(jīng)濟分析，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

對于常規(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，通常需要設置清管設施，定期排出管線中的積水。但煤層氣壓力低，不足以推動清管球前進，極易發(fā)生卡球現(xiàn)象，且采氣干線管徑大小不一，無法采用清管器進行清管。

根據(jù)煤層氣壓力低、不含油的特點，可以在采氣管線的低點設置凝水缸，管線內(nèi)有積液時，均流入凝水缸，需要排水時，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 結論

針對韓城煤層氣地面建設及煤層氣開發(fā)自身特點，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，簡單實用，安全可靠，適應性強。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)特點的煤層氣田及正在起步的頁巖氣田均可應用該工藝，來降低地面工程投資及開發(fā)能耗，該工藝應用及推廣前景廣闊。

［1］肖燕，孟慶華，羅剛強等.美國煤層氣地面集輸工藝技術［J］.天氣工業(yè)，2008，28(3).

［2］劉燁，巴璽立，劉忠等.煤層氣地面工藝技術及優(yōu)化分析［J］.石油規(guī)劃設計，2008，19(4).

［3］薛崗等.煤層氣地面工程工藝技術及優(yōu)化分析［J］.中國煤層氣，2011，9(4).

［4］宋巖，張新民，柳少波等.中國煤層氣基礎研究和勘探開發(fā)技術新進展［J］.天然氣工業(yè)，2005，25(1).

［5］田永東.試論煤層氣地面開發(fā)的規(guī)模性［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005，15(13).

［6］葉健.潘莊煤層氣集輸工藝設計［J］.煤氣與熱力，2009，29(9).