張忠璽 霍洪濤 劉勇剛 高海利 李慧娜

（1中國(guó)石油華北油田公司合作開發(fā)項(xiàng)目部，河北滄州 062552；2中國(guó)石油華北油田公司山西煤層氣分公司，山西晉城 048200；3中國(guó)石油華北油田公司第一采油廠，河北滄州 062552）

淺談煤層氣地面工程建設(shè)現(xiàn)狀與認(rèn)識(shí)

張忠璽1霍洪濤2劉勇剛2高海利2李慧娜3

（1中國(guó)石油華北油田公司合作開發(fā)項(xiàng)目部，河北滄州 062552；2中國(guó)石油華北油田公司山西煤層氣分公司，山西晉城 048200；3中國(guó)石油華北油田公司第一采油廠，河北滄州 062552）

煤層氣地面工程建設(shè)是煤層氣田開發(fā)利用的核心環(huán)節(jié)之一，也是煤層氣深加工提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵步驟，結(jié)合煤層氣田的特點(diǎn)，利用地層壓力，簡(jiǎn)化地面工藝流程，降低工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。本文依據(jù)山西沁水煤層氣田“低產(chǎn)、低壓、低滲”和地區(qū)地形復(fù)雜，相對(duì)高差較大等特點(diǎn)，堅(jiān)持地面與地下充分結(jié)合的原則，從井場(chǎng)工藝、集輸半徑、設(shè)備選型、管材選擇、節(jié)能等多方面考慮，優(yōu)化并簡(jiǎn)化了煤氣田地面建設(shè)工程的主要工藝技術(shù)，并降低了地面建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，取得了較好的效果。

煤層氣；地面工程；現(xiàn)狀；認(rèn)識(shí)

山西省沁水盆地是我國(guó)重要的煤層氣勘探地區(qū)，蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源和煤層氣資源。其煤層氣田具有低滲、低壓、低產(chǎn)等特點(diǎn)，開發(fā)投入高、產(chǎn)出低、風(fēng)險(xiǎn)大，具體有以下特點(diǎn)：

①單井產(chǎn)量低，井口壓力低，氣田單位產(chǎn)能建設(shè)井?dāng)?shù)多；

②初期單井產(chǎn)水較多，隨著開采時(shí)間的延續(xù)，產(chǎn)水量逐步減少；

③煤層氣田單井產(chǎn)氣壓力低，如果要滿足外輸要求，集輸系統(tǒng)投資較高；

④煤層氣中飽和水蒸氣含量較高。

重點(diǎn)開采區(qū)地形條件異常復(fù)雜，屬于平川、丘陵、山嶺三類地貌區(qū)，開發(fā)建設(shè)外部條件差，集輸系統(tǒng)及配套的供電、通信、道路等建設(shè)難度大。地面工程建設(shè)包括煤層氣集氣處理站、煤層氣外輸、供配電、自動(dòng)化控制、配套等工程。

1 煤層氣田的特點(diǎn)

煤層氣是一種以吸附狀態(tài)賦存于煤層中的氣體，其成分與油田上的天然氣基本相同。其甲烷含量一般在95%左右，丙烷、丁烷的含量很少。煤層氣儲(chǔ)于乘壓水封堵氣藏，以吸附狀態(tài)賦存在煤層中，煤層氣井采用排水降壓采氣工藝，只有排出每層中的水，降低地層壓力才能使煤層氣析出。排水降壓、單井產(chǎn)量低和井口壓力低是煤層氣集輸?shù)闹匾攸c(diǎn)，因此，煤層氣需要連片開發(fā)，采用全密閉采輸流程，減少能耗，簡(jiǎn)化工藝，優(yōu)化設(shè)備、材料，降低工程造價(jià)，合理利用煤層壓力能，提高能量利用率。

2 優(yōu)化技術(shù)工藝和流程

2.1 采用了以“低壓集氣、井叢串接、集中處理”為核心的煤層氣地面集輸工藝模式

煤層氣經(jīng)解吸后由套管采出，通過井場(chǎng)旋進(jìn)流量計(jì)計(jì)量后匯入本井叢匯管進(jìn)入采氣管線，各單井（井叢）間通過井間串接匯集到采氣支線，各采氣支線匯集到集氣閥組，最后通過采氣干線進(jìn)入集氣站；在集氣站煤層氣經(jīng)過過濾分離后，進(jìn)入增壓區(qū)增壓、除塵、脫水，最后經(jīng)外輸計(jì)量后分別進(jìn)入外輸管道。

其優(yōu)點(diǎn)：縮短了采氣管線長(zhǎng)度；增加了集氣站的轄井?dāng)?shù)量；減少了集氣閥組數(shù)量；降低了管網(wǎng)投資；減少了對(duì)植被的破壞；提高了采氣管網(wǎng)對(duì)氣田開發(fā)的適應(yīng)性。

2.2 建立并選擇適用管材標(biāo)準(zhǔn)

首先，采氣管材主要選用PE性柔性好、抗蠕變、耐磨、施工方便、使用壽命長(zhǎng)，管徑小于400mm均可用PE管材；其次，PE管壁厚由SDR11降低到SDR17.6，節(jié)約主材費(fèi)用30%以上。經(jīng)過對(duì)SDR21系列管材進(jìn)行了專項(xiàng)研究，主要對(duì)管材靜液壓、耐慢速開裂、斷裂延伸率、環(huán)剛度等性能進(jìn)行了測(cè)試，證明SDR21系列也可適用于煤層氣采氣管網(wǎng)，2014年將全面推行SDR17.6，試推行SDR21，進(jìn)一步降低主材費(fèi)。

2.3 創(chuàng)新思路，優(yōu)化集氣站主要設(shè)備選型

煤層氣集氣站工藝流程根據(jù)產(chǎn)氣量可分為兩種模式，既滿足集氣站工藝要求，又降低了投產(chǎn)成本。針對(duì)主力產(chǎn)區(qū)，集氣站、發(fā)電站以固定站建設(shè)，采用一級(jí)增壓，閥組來氣從0.05MPa直接增壓到4.0MPa，再進(jìn)行除塵、脫水，計(jì)量后外輸?shù)介L(zhǎng)輸管道。

針對(duì)礦權(quán)面積較小，受煤礦開采影響，為節(jié)約工程投資，采用二級(jí)增壓，所建集氣站、發(fā)電站按照臨時(shí)站場(chǎng)建設(shè)，站內(nèi)主要設(shè)備采用移動(dòng)式撬裝裝置，以便于將來重復(fù)利用，搬遷方便。閥組來氣經(jīng)過一級(jí)增壓，從0.05MPa增壓到1.4MPa，然后進(jìn)行除塵、脫水，再進(jìn)行二級(jí)增壓，從1.2MPa增壓到4.0MPa，計(jì)量后外輸?shù)介L(zhǎng)輸管道。

2.4 依托華潞模式，靈活部署供配電工程

利用煤礦變電站供電和自發(fā)電兩種供電并存模式，解決了三個(gè)井區(qū)集氣站和單井生產(chǎn)用電。

其一，產(chǎn)能建設(shè)產(chǎn)初期，單井生產(chǎn)主要利用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，待產(chǎn)氣量達(dá)到一定規(guī)模后，采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電生產(chǎn)，站內(nèi)壓縮機(jī)組選用燃?xì)怛?qū)動(dòng)方式。

其二，單井由附近煤礦提供電源。建發(fā)電站1座，安裝移動(dòng)式撬裝燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，主要為集氣站壓縮機(jī)組供電，集氣站撬裝壓縮機(jī)組選用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

2.5 優(yōu)化簡(jiǎn)化了井場(chǎng)工藝流程和設(shè)計(jì)

首先，煤層氣井壓力低、產(chǎn)量小，且煤層氣組分輕，因此煤層氣井不同于常規(guī)天然氣井，通過分析防爆區(qū)劃分等相關(guān)規(guī)范，將發(fā)電機(jī)組與井口間的距離由防火規(guī)范規(guī)定的9m，縮減到5m，減少井場(chǎng)占地，且煤層氣井多處山區(qū)，距離的縮減，有效的減少了井場(chǎng)平整的工程量，降低了井口投資。其次，煤層氣田布井方式以“叢式井為主、單井為輔”模式統(tǒng)領(lǐng)氣田開發(fā)建設(shè)，進(jìn)一步降低成本、提高效益。叢式井組與單井施工相比，最顯著的效益是降低了土地征借費(fèi)、鉆前施工費(fèi)、搬遷運(yùn)輸費(fèi)成本，減少了征地?cái)?shù)量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

2.6 自主研發(fā)并制造小型粉塵過濾裝置

古城臨時(shí)CNG壓氣站工程中，從設(shè)計(jì)入手，合理簡(jiǎn)化工藝流程，最大化減少征地面積，過濾分離器采用了自主研發(fā)并制造的小型粉塵過濾裝置，實(shí)踐證明效果良好，節(jié)約設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用約20萬元，加快了施工進(jìn)度。

2.7 研制凝液缸，解決采氣管線積水排放

目前井底采出煤層氣大多為濕氣，當(dāng)管線環(huán)境溫度低于產(chǎn)出氣溫度，煤層氣凝析出水，低壓低產(chǎn)，山區(qū)管線高程差大，不利于氣體攜帶水分，導(dǎo)致低部位積水，造成管道起末點(diǎn)壓差大，井口憋壓，單井產(chǎn)量降低，冬季氣溫較低時(shí)造成管線結(jié)冰凍堵事故。根據(jù)以上情況研制了凝液缸，選擇適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b在管線中，定期排放積水，起到了明顯的效果。

3 存在的問題

3.1 建成投產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化連續(xù)開發(fā)生產(chǎn)的煤層氣區(qū)塊還太少，地面集輸處理各專業(yè)暴露的問題還偏少，能夠借鑒的成功、有效的案例不夠豐富。

3.2 非常規(guī)資源應(yīng)樹立非常規(guī)的理念、采取非常規(guī)的技術(shù)，堅(jiān)持低成本開發(fā)等意識(shí)還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.3 還有待繼續(xù)深入的認(rèn)識(shí)、掌握排水采氣的規(guī)模，井場(chǎng)自控參數(shù)與設(shè)施的設(shè)置還有待進(jìn)一步優(yōu)化、規(guī)范。

3.4 低成本開發(fā)是煤層氣資源動(dòng)用的先決條件，但是宏觀經(jīng)濟(jì)總體趨勢(shì)使低成本戰(zhàn)略難以落實(shí)，在質(zhì)量和成本的博弈中難以平衡。

3.5 缺少適應(yīng)煤層氣低成本有效開發(fā)生產(chǎn)的新設(shè)備、新工藝。

［1］秦萬成.沁南煤層氣田地面工程建設(shè)2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.

［2］劉燁.煤層氣地面工程工藝技術(shù)及優(yōu)化分析石油規(guī)劃設(shè)計(jì)2008.7第4期.

［3］王紅霞.沁水盆地煤層氣地面工藝技術(shù)天然氣工業(yè)2008.6第3期.

［4］林曉英.關(guān)于煤及煤層氣工程專業(yè)建設(shè)的思考中國(guó)地質(zhì)教育2009年第4期.

張忠璽（1976-），男，畢業(yè)時(shí)間：2005年7月畢業(yè)學(xué)校：長(zhǎng)江大學(xué)單位：華北油田分公司合作開發(fā)項(xiàng)目部。