楊洲

摘? 要：頁巖氣是貯藏在地層中的天然氣，其儲量豐富是現(xiàn)今各國油氣開采的新領域。相對于一般的油氣開采頁巖氣開采的技術(shù)難度與技術(shù)要求更高，頁巖氣藏的特殊物性決定了頁巖氣地面工程的設計、建設需要采用標準化的流程與標準。在我國現(xiàn)今的頁巖氣地面工程設計中面臨著集輸規(guī)模不確定性強、管網(wǎng)和站場布局適應性差、工業(yè)設備配套難度大等的難點，為做好頁巖氣地面工程設計工作需要以“標準化設計、模塊化功能分區(qū)、撬裝化設備選型、集約化場地設計、數(shù)字化生產(chǎn)管理”為目標完成頁巖氣地面工程的標準化設計。文章在分析頁巖氣地面工程設計難點和要點的基礎上對頁巖氣地面工程標準化設計進行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：頁巖氣地面工程;標準化;設計

中圖分類號：TE4 ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）32-0082-02

Abstract： Shale gas is natural gas stored in strata， and has rich reserves， and so it is a new field of oil and gas exploitation in many countries. Compared with the general shale gas production， the technical difficulty and technical requirements of shale gas exploitation are becoming higher. The special physical properties of shale gas reservoir determine that the design and composition of shale gas surface engineering need to be done in a standardized process and meet a certain standard. In the current shale gas ground engineering design in China， there are some difficulties， such as strong uncertainty of collection and transportation scale， poor adaptability of pipe network and station layout， difficult matching of industrial equipment and so on. In order to improve the design of shale gas surface engineering， it is necessary to complete the standardized design of shale gas surface engineering with the goal of "standardized design， modular functional zoning， prying equipment selection， intensive site design and digitized production management". Based on the analysis of the difficulties and key points in the design of shale gas surface engineering， this paper analyzes and expounds the standardized design of shale gas surface engineering.

Keywords： shale gas surface engineering; standardization; design

前言

頁巖氣不同于油氣田所產(chǎn)天然氣，其多以游離和吸附狀態(tài)存在，其所存儲的條件導致其開采壽命和開采周期都較長，且頁巖氣的壓力和產(chǎn)能衰減速率都較快，頁巖氣的這些特性導致了頁巖氣地面工程與常規(guī)氣田的地面工程有著較大的不同。結(jié)合頁巖氣的開采特點在頁巖氣地面工程的設計中將以“標準化設計、模塊化建設”作為頁巖氣地面工程的設計理念實現(xiàn)頁巖氣的規(guī)?；透咝Щ拈_采，以較低的成本完成頁巖氣的開采。

1 頁巖氣地面工程設計所面臨的難點

相對于傳統(tǒng)的油氣田開采頁巖氣開發(fā)仍是一個新的領域，現(xiàn)今應用于頁巖氣的開采技術(shù)多借鑒與傳統(tǒng)天然氣的開發(fā)流程與模式，而頁巖氣開采的特殊性使得其需要與之相配套的頁巖氣地面工程，由于缺乏可供借鑒的經(jīng)驗致使頁巖氣地面配套技術(shù)仍處于探索與經(jīng)驗總結(jié)階段，待妥善解決好頁巖氣地面工程設計中所面臨的一系列問題將確保頁巖氣地面工程滿足頁巖氣開采所需。

1.1 集輸規(guī)模未有明確界定。頁巖氣由于其分散的存儲條件在頁巖氣開采過程中會出現(xiàn)開采前期產(chǎn)氣量高但不持續(xù)，在一段時間后快速衰落，頁巖氣開采前后期產(chǎn)量劇烈變化。據(jù)美國頁巖氣開采數(shù)據(jù)顯示，美國頁巖氣單井產(chǎn)量前期較高，其約占總量近8成的產(chǎn)量能夠在不到10年的時間內(nèi)快速開采完，而剩余的部分則需要長期、持續(xù)的開采。與常規(guī)油氣田穩(wěn)定、持續(xù)的模式大為不同。這就為界定頁巖氣地面工程集輸規(guī)模帶來了較大的難度。

1.2 管網(wǎng)和場站布局變動性較大。與常規(guī)油氣田持續(xù)、穩(wěn)定開采不同的是，頁巖氣開采具有較強的爆發(fā)性，其這一特想導致了為了獲得較高的產(chǎn)量需要結(jié)合頁巖氣產(chǎn)能變化的特點適時的調(diào)整地面集輸規(guī)模和場站布局，用以滿足頁巖氣開采需求。由于管網(wǎng)和場站布局變動性較大，將會對頁巖氣地面工程設計帶來較大的影響。

1.3 工程設備配套難度大。頁巖氣存儲分散，為保障產(chǎn)量在頁巖氣的開采過程中將主要采用大面積、規(guī)?；拈_采流程，通過連續(xù)化、高效化的“工廠”作業(yè)實現(xiàn)對于頁巖氣田的開采。由于開采前、后期頁巖氣產(chǎn)量變化較大，無法明確確定工業(yè)設備的配套標準，為滿足頁巖氣開采需求，在頁巖氣地面工程設計中需要采用一種適應性較強的工藝設備。通過采用標準化、模塊化且便于組合搬遷的撬裝設備將能夠有效的解決上述問題，增強頁巖氣開采工藝設備的適應性。

1.4 需要設計增壓設備。頁巖氣開采前期處于“爆發(fā)期”，產(chǎn)量大、壓力高，而在開采的后期頁巖氣的壓力衰減較大并將長期處于低壓生產(chǎn)狀態(tài)，為滿足開采所需需要對頁巖氣地面工程的集輸系統(tǒng)和開采壓力適當?shù)倪M行調(diào)整，用以平衡各氣站之間的氣量。

2 頁巖氣地面工程設計標準化

頁巖氣地面工程標準化設計將有助于縮短頁巖氣地面工程建設周期、降低成本、提高頁巖氣開采效率。在頁巖氣地面工程標準化設計中將結(jié)合地面具體實際情況以統(tǒng)一標準、規(guī)范完成標準化、模塊化設計，并形成相應的圖樣，以確保頁巖氣地面工程場站布局、工藝流程和裝置設備選配更加合理、高效。頁巖氣地面工程標準化設計核心在于以“叢式場井-集氣站-中心處理站-外輸”流程為綱，并輔助以“高壓采氣、井叢來氣進站、集中脫水、增壓”等的技術(shù)、配套工藝及設備。

2.1 井場布局標準化。頁巖氣開采主要以“井工廠”作業(yè)模式為主，結(jié)合井場規(guī)模及地形特點設置2-6叢式水平井平臺，在井場布局設計上在滿足使用的基礎上通過對井場布局進行標準化規(guī)劃（集氣站位置、規(guī)模、配套設備及場地標識等）。通過規(guī)范流程及工藝和設備，完成標準現(xiàn)場建設。

2.2 工藝流程標準化。頁巖氣開采以“井工廠”作業(yè)模式，場區(qū)內(nèi)布置標準化叢式井場，為實現(xiàn)高效集輸?shù)哪繕藢Ω鲌鼍募斣O備將采用標準化的工藝和工藝流程，確保井場和集氣站具有統(tǒng)一的工藝流程和建設規(guī)模，通過標準化的流程、設備、工藝方便后期規(guī)劃、調(diào)配。

2.3 功能分區(qū)模塊化。在采用標準化工藝、流程及配套設備的基礎上，對場站各功能分區(qū)進行模塊化設計，以叢井式平臺和集氣站的功能為主將其劃分為獨立、小規(guī)模的功能模塊，各模塊在最大限度保留功能性的同時完成標準化、模塊化的組合，通過不同模塊的組合可以快速、高效的完成功能分區(qū)的組合、搭建。

2.4 撬裝化設備選型標準化、模塊化。撬裝化設備能夠方便快速的進行組合、移動，具有較為良好的適應性。結(jié)合頁巖氣開采特點，頁巖氣地面工程需要具有良好的適應性，通過選用撬裝設備將能夠?qū)崿F(xiàn)工藝設備的高效利用。撬裝化設備選型時需要規(guī)范化、標準化，選用外形尺寸、功能及技術(shù)參數(shù)都一樣的管閥配件，方便快速拆卸、組裝。

2.5 系列化的裝置組合。由于無法明確頁巖氣地面集輸規(guī)模，在頁巖氣地面工程設計時可以設計系列化的工藝裝置，通過標準化、模塊化結(jié)構(gòu)方便不同系列之間的快速組裝與拆卸，用以滿足頁巖氣生產(chǎn)工藝的快速配置。

3 某頁巖氣地面工程項目的標準化設計

以某一頁巖氣地面工程項目為例對頁巖氣地面工程標準化設計進行說明。在頁巖氣地面工程設計中采用分期滾動建設的模式，遵循“滿足一期、照顧后期、分期建設、上下游科學合理規(guī)劃”的設計原則，通過標準化流程、選用通用化撬裝化設備、功能分區(qū)模塊化，提高頁巖氣地面工程的采集功效。

3.1 頁巖氣地面工程集輸標準化。在頁巖氣地面工程設計中所采用的集輸流程如下：集氣站→兩級加熱→兩級節(jié)流→出站→集氣干線→中心處理站（分離、加熱、TEG脫水）→輸送。頁巖氣輸送時采用濕氣輸送工藝，并在集氣站對頁巖氣進行加熱除濕，避免生成天然氣水合物，并在集氣站預設注醇接口。頁巖氣叢井井口使用除砂工藝并使用輪換式計量。對于集氣站脫水所形成的污水將回收至二次泵站進行重復利用。集輸管網(wǎng)中所使用的各種工藝設備將采用模塊化和撬裝式設計，方便快速拆卸和組裝。頁巖氣地面建設設計時為提高頁巖氣的開采效率，適應頁巖氣壓力變化所帶來的不確定性，在設計時可以采用“輻射+環(huán)形”的管網(wǎng)布局方式，采用這一管網(wǎng)布局方式適應性較好，靈活度較高能夠滿足頁巖氣氣壓大幅度變化所帶來的問題。尤其是這一管網(wǎng)布局方式能夠使得脫水站之前的氣量分布更加均衡，符合“一次建設、長遠布局”的設計思想。

3.2 集輸場站模塊化設計。井場設計可以采用模塊化和撬裝化模式，通過標準化模塊和方便撬裝提高集輸場站的適應性。設計時將井口、集氣站中功能相同的區(qū)域劃分為功能模塊，并盡可能的集中化和小型化，并在各模塊之間的連接閥口采用標準化的接口（形式、尺寸），用以連接相互獨立的功能模塊，以便于頁巖氣地面工程建設時根據(jù)設計要求進行功能模塊的定制。

3.3 系列化脫水裝置的設計。由于采用濕氣輸送模式，在集氣站需要對頁巖氣進行脫水，將進入集氣站的頁巖氣導入脫水站后對其進行脫水，使用TEG脫水裝置完成對于頁巖氣的脫水作業(yè)。脫水時頁巖氣首先進入凈化器，濾去頁巖氣中所含有的液體、砂石或是其他類的雜質(zhì)，而后將干凈的頁巖氣通過加熱爐加熱到脫水所需要的20攝氏度而后導入到TEG脫水裝置中完成對于頁巖氣的脫水凈化。結(jié)合脫水凈化氣量的不同將脫水功能化設計成相應量的功能塊，并在需要時將單體功能塊組合拼裝成所需要的脫水裝置。結(jié)合某頁巖氣地面工程所需將頁巖氣脫水裝置設計成脫水總量達40×10m/a的脫水站，在設計時可以采用配置10×10m/a3列，預留1列10×10m/a脫水裝置的形式。

3.4 場地集約化設計。場地集約化設計將有助于減少占地，提高設備的集中度。結(jié)合某頁巖氣井井位平面圖根據(jù)頁巖氣井的鉆井和試氣運行要求，在滿足使用要求的前提下采用“輻射+環(huán)形”的井網(wǎng)布局方式，由于井站分布較為分散，利用環(huán)網(wǎng)連接方式將有助于減少占地面積，提高井場和集氣站的管理效率。在設計時需要注意的是頁巖氣田屬于五級場站，根據(jù)相關(guān)防火規(guī)范預留頁巖氣處理工藝裝置的防火間距，確保頁巖氣工藝裝置的安全運行。此外，在設計時還需要注意頁巖氣生產(chǎn)工藝特點、火災危害等級、場站功能要求等因素，通過綜合考慮各方因素完成頁巖氣集氣場站的綜合化、最優(yōu)化設計。

4 結(jié)束語

不同于傳統(tǒng)油氣田開發(fā)有著豐富的經(jīng)驗，頁巖氣開采由于屬于新興開采模式仍處于探索階段，由于缺乏相應的建設和管理經(jīng)驗致使頁巖氣地面工程的設計、建設存在一定的缺陷，本文在分析頁巖氣地面工程設計、建設所面臨問題的基礎上如何做好頁巖氣地面工程的標準化設計進行了分析介紹。并結(jié)合某一頁巖氣地面工程對頁巖氣地面工程標準化設計流程及關(guān)鍵點進行了分析介紹。通過對頁巖氣地面工程進行標準化設計和建設將能夠有效提升頁巖氣地面工程的適應性和規(guī)范性，結(jié)合頁巖氣場站的氣壓變化方便的對頁巖氣地面工程的建設和調(diào)整，提高頁巖氣開采的效率和質(zhì)量。

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