沁水盆地煤層氣田樊莊區塊集氣站標準化設計

王紅霞 李娜 張璞 許茜 王遇冬

西安長慶科技工程有限責任公司

沁水盆地煤層氣田樊莊區塊集氣站標準化設計

王紅霞 李娜 張璞 許茜 王遇冬

西安長慶科技工程有限責任公司

王紅霞等.沁水盆地煤層氣田樊莊區塊集氣站標準化設計.天然氣工業,2010,30(6):84-86.

工程設計是地面工程建設的關鍵,煤層氣田“標準化設計、模塊化建設”技術是設計理念和設計手段的集成創新。介紹了沁水盆地煤層氣田集氣站的標準化設計,指出該標準化設計是根據煤層氣田總工藝流程和地面工藝技術,并結合近4年來開發建設及現場運行情況所總結出的一套通用、標準、適用于該煤層氣田集氣站建設的指導性和可操作性文件,其核心是“四統一、一和諧”,即:統一工藝流程、統一設備選型、統一建設標準、統一單體安裝尺寸,保持平面布置與當地環境的和諧發展,實現集氣站功能統一,操作統一。依據標準化設計可提前對站場設備、材料進行規模化采購,方便預制和組配,確保工程建設優質、高效和安全,加快了沁水盆地煤層氣田的建設步伐,對該煤層氣田的其他區塊和國內類似煤層氣田的開發設計具有示范和借鑒意義。

沁水盆地 煤層氣田 樊莊區塊 集氣站 標準化設計 模塊化建設

0 引言

煤層氣作為巨大的潛在資源,在全球能源結構中扮演越發重要的角色。據預測,全球煤層氣遠景資源量260×1012m3,我國為36.8×1012m3,位居世界第3。我國1500m以淺的資源量約為27×1012m3,相當于全國常規天然氣資源總量的2/3,開發前景廣闊。根據我國煤層氣“十一五”發展規劃,到2015年時煤層氣年產量將達到100×108m3,其中地面開發達50×108m3,故煤層氣將成為我國常規天然氣的重要補充資源。

沁水盆地位于山西省東南部,面積1.4×104km2,煤層氣資源量為1.8×1012m3,1000m以淺面積7300km2,資源量為8000×108m3,是我國唯一已經探明的整裝煤層氣田,蘊藏著豐富的煤炭和煤層氣資源。但是,煤層氣田具有低滲、低壓、低產、低飽和等特點,產出低、風險大、開發建設難度大[1]。由于煤層氣田單井產量少,井口壓力低,要達外輸要求必須增壓。當氣田規模達到50×108m3時,增壓功率將超過80000kW以上(按外輸壓力1.2MPa計算),需要建設增壓集氣站50座以上(單座集氣規模按30×104m3/d),建設工程量較大。

煤層氣田規模化開發是推行標準化設計的前提。沁水煤層氣田經過近4年的開發建設,已具備相對成熟和穩定的集氣站工藝流程,為標準化設計奠定了基礎[2]。設計是地面工程建設的靈魂,“標準化設計、模塊化建設”技術是設計理念和設計手段的集成創新[3]。為此,重點介紹了沁水盆地煤層氣田樊莊區塊集氣站標準化設計的核心技術和應用效果,以期對該盆地鄭莊區塊及國內其他煤層氣田開發建設提供一定的示范和借鑒作用。

1 標準化設計的核心技術

集氣站標準化設計是根據沁水盆地煤層氣田“井口—采氣管網—集氣站—處理中心—外輸”總工藝流程及“低壓集氣、單井簡易計量、多井單管串接、二地增壓、集中處理”等地面工藝技術[1],并借鑒與煤層氣田類似的蘇里格氣田標準化設計經驗,編制出的一套通用、標準、適用于沁水盆地煤層氣田地面建設的指導性和可操作性文件[4],其核心技術為:工藝流程通用化、平面布置和諧化、功能分區模塊化、設備選型定型化、安裝尺寸統一化、建設標準統一化、設計安全人性化、生產管理數字化。

1.1 工藝流程通用化

經過優化簡化,確定了適合煤層氣田開發特點及總體工藝流程的集氣站工藝流程:(采氣干管)來氣→(分離器)分離→(壓縮機)增壓→輸送(至處理中心)。煤層氣經采氣干管進入集氣站后,經分離器進行氣液分離,之后進入橇裝式壓縮機組進行增壓,增壓后的煤層氣經空冷器冷卻至常溫計量后輸送至處理中心[5]。工藝流程的通用化使集氣站工藝流程和設備選型基本一致,為集氣站標準化設計奠定了技術基礎。

1.2 平面布置和諧化

通過對生產性質和集氣站功能的研究,本著滿足功能需要、盡量減少占地面積、統一規劃布局的原則,將集氣站劃分為兩大區,即生產區和輔助生產區,兩區分開布置。

生產區主要包括煤層氣進站區、分離區、增壓區、外輸計量區、清管區、污水罐區等。考慮到生產區內壓縮機組噪音對住站人員影響較大,將增壓區布置在集氣站輔助生產區的最遠端。輔助生產區內主要建筑物有休息室、值班室、工具間、廚房及餐廳、燃氣壁掛爐間、10kV高壓開關室、低壓配電室、空壓機房和材料間等。充分利用山地的自然條件,考慮了安全人性化,生產區布置在高臺階上,輔助生產區設于低臺階處,既方便生產,又便于緊急逃生。

分區布置使各區相對獨立,又相互聯系,既減少了相互影響,又滿足了生產和安全運行的要求。考慮站場所在地的地形條件因素,盡量少占地,依山就勢,形成了集氣站與自然環境的和諧發展。

1.3 功能分區模塊化

按照集氣站工藝流程,把站內每個功能區組合成規格尺寸相對標準的小型模塊,即進站區模塊、分離區模塊、增壓區模塊、外輸計量區模塊、清管區模塊、污水罐區模塊、阻火器區模塊及放空區模塊等,8個小模塊單獨繪制安裝圖,由站內管網連接,這樣的模塊化設計,既有利于縮短設計周期,也給施工預制化奠定了基礎。

1.4 工藝設備定型化

工藝設備定型化是將集氣站內的設備、閥門及配件統一設計標準、統一技術參數、統一配置方式、統一外形尺寸,使壓縮機組、閥門及管件盡量做到統一化,例如增壓裝置采用500kW的電驅式往復壓縮機組,這樣的定型不僅為功能分區模塊化采購提供了依據,更為縮短集氣站建設周期提供了基礎條件。

1.5 安裝尺寸統一化

對各單體定型化設備及標準化管閥配件的安裝進行安全、美觀、實用的設計,使各集氣站中相同功能的模塊在占地大小和安裝高度等方面達到安裝尺寸的統一,有效降低設計、施工中隱藏的安全風險。

1.6 建設標準統一化

建設標準統一化就是對站場的標識、道路寬度、路面結構、環保措施等統一建設標準,既反映企業整體形象又節約投資,講求實效,達到站場與周圍環境的和諧統一。

1.7 設計安全人性化

集氣站設計以安全為根本,堅持實用、美觀、人性化的理念。為防止站內事故,在集氣支干線進出站設有氣動截斷閥,一旦發生事故,即可通過關斷氣動截斷閥,保證運行安全。生產區布置于高臺階上,輔助生產區布置于低臺階上,在生產區和值班室附近均設置緊急逃生門,方便緊急情況下的逃生。為便于操作,在操作高度大于1.2m的閥門下方設置操作平臺。為防止不均勻沉降,在進站干管過圍墻處設條形基礎。在生產工藝裝置區設置可燃氣體報警儀,以便檢查煤層氣泄漏和局部積聚情況。

1.8 生產管理數字化

為適應煤層氣田生產開發的需求,解決煤層氣田氣井多、多井串接后難以確定各井運行數據的現狀,將各單井井口數據采用數據傳輸電臺傳輸至集氣站,并上傳到氣田調度中心,為井口巡查提供參考數據,以減少巡井工作量,達到減員增效的目的;同時,集氣站采用以計算機控制技術為核心的站控系統(SCS),完成站場內工藝過程的數據采集和監控,通過通信系統將工藝設備運行狀況和參數傳送至氣田調度中心,并接受調度中心下達的命令。

2 應用效果

2006～2009年期間,沁水盆地煤層氣田樊莊區塊6×108m3/a產能建設工程建成的6座集氣站,均按照標準化規定進行設計、建設,目前現場運行效果良好,取得了“流程合理、施工快捷、管理方便、運行平穩、安全可靠、環境保護措施得當”的好評。綜合分析,煤層氣標準化設計、模塊化建設、數字化管理取得效果如下:

2.1 提高了設計速度,為模塊化施工奠定了基礎

采用通用標準設計后,加快了設計審批程序,使設計速度加快1～2倍,有利于提高設計效率,減少重復勞動,縮短設計周期。標準化設計實現了工藝流程固定、關鍵設備定型、工藝裝置功能劃分成模,滿足了建設標準化的基本應用條件,方便了不同的單體設備、不同規模處理模塊的定型設計和進行預制化、組裝化、橇裝化施工。

2.2 簡化設備材料采購程序,縮短材料訂貨周期

設備、材料的使用量和采購工作量很大,相同規模的集氣站實現了提前備貨,超前準備,將訂貨周期縮短一半左右。標準化設計的推廣應用使設備和材料供應實現系列化、標準化、定型化,可根據場站、管網的分布,建立維修工作點并進行設備、材料、器具的相應儲備,為維搶修工作提供更有力的資源保障和技術支持,確保整個煤層氣田安全高效運行。

2.3 縮短施工周期,節省建設投資

按照規劃的集氣站數量,根據集氣站標準化設計對主要設備、材料提前進行采購與預制、組裝,從根本上解決了該煤層氣田地形復雜、征地困難所造成的集氣站選址時間長與建設周期短的矛盾,使得建設周期縮短1/3左右,節約了時間成本。集氣站平面布置的優化、設備材料的國產化有效降低了工程建設投資。

2.4 方便職工操作培訓,規范生產管理

統一的工藝流程,統一的設備選型,實現了操作規程的一致性,生產備件具有通用性,減少了后期培訓和管理的運行成本。標準化設計使各場站設備、操作流程、管理規范標準統一、互為通用。在某一站場組織崗位技術培訓(包括技術交底、工藝流程、設備操作保養等),即可快速適應另一場站,簡化了培訓環節與內容,提高了培訓效果。也可以避免因各站工藝流程的不同,造成誤指揮和誤操作。

標準化設計也為統一各類技術規范、操作規程及管理制度奠定了基礎,使技術規范和操作規程程序化,保障了煤層氣田生產管理逐步走向規范化。

2.5 標準化設計和諧發展

標準化設計并不是一成不變的設計。考慮到沁水盆地所在地區山體多、征地難等具體情況,部分集氣站依山而建,采用“共性與個性共存”的原則,平面分臺階布置,每級梯臺高差1～1.5m,生產區位于山坡的最高及中間臺階,生活區位于山腳最低處,各功能分區采用模塊化拼接。這樣,不僅減少占地和土石方量,節約建設成本,而且也便于車輛進出站和緊急情況下的逃生。集氣站的上坡處采用高護坡代替圍墻,下坡處使用鐵藝圍墻,視野開闊、美觀大方,形成了集氣站與自然的和諧之美。

集氣站標準化設計“共性與個性并存”原則是科學技術創新的體現,不僅節約了投資,而且形成了與當地環境的和諧景觀,是推動標準化設計前進的動力源泉。

3 建議

由于煤層氣田的開發機理不同于天然氣田,煤層氣的上產有一個緩慢過程,因此,要預先考慮到集氣站壓縮機組的運行投產初期規模達不到設計規模的可能情況。此外,煤層氣經過集氣站壓縮機組增壓后,在輸往處理中心的集氣管道中,隨著溫度的降低,會產生較多的游離水。因此,在今后的集氣站標準化設計中,要考慮實際運行中出現的各種問題,不斷解決新問題,進一步優化工藝流程,保證運行安全可靠。標準化設計是一個循序漸進的過程,需要長期推進、不斷完善。

[1]王紅霞,劉袆,王登海,等.沁水盆地煤層氣地面工藝技術[J].天然氣工業,2008,28(3):109-110.

[2]夏政,張箭嘯,林罡.長慶油田推行標準化設計需要注意的幾個問題[J].石油規劃設計,2010,21(1):6-8.

[3]劉袆,楊光,王登海,等.蘇里格氣田地面系統標準化設計[J].天然氣工業,2007,27(12):124-125.

[4]李時宣,關丹慶,張朝陽,等.標準化設計促工程建設模式“革命”[J].中國石油企業,2009(10):30-31.

[5]王紅霞,陶永,楊艷,等.沁水盆地煤層氣田與蘇里格天然氣氣田的集輸工藝對比[J].天然氣工業,2009,29(11):104-108.

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.023

Wang Hongxia,engineer,was born in1969.She holds a B.Sc.degree and has received some national and provincial level scientific and technical rewards for many times.She is now chief engineering designer of the Natural Gas Dept.of the Xi’an Changqing Technology Engineering Co.,Ltd.She is mainly engaged in the natural gas,city gas and CBM engineering design and research.

Add:Room811,Changqing Building,Weiyang District,Xi’an,Shaanxi710018,P.R.China

Tel:+86-29-86592634 Mobile:+86-13032962348 E-mail:ctec-whx@99188.com

Standardized design of a gas gathering station:Case history of the Fanzhuang Block in the coalbed methane gas fields,Qinshui Basin

Wang Hongxia,Li Na,Zhang Pu,Xu Qian,Wang Yudong
(Xi’an Changqing Technology Engineering Co.,L td.,Xi’an,S haanxi710018,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE6,pp.84-86,6/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

Abstract:The development and design is the core of surface engineering construction of coalbed methane(CBM)gas fields.The technologies of standardized design and modular construction are the integrated innovation of design concepts and design tools.This paper introduces the standardized design of a gas gathering station(GGS)at the Fanzhuang Block of the CBM gas field in the Qinshui Basin.This standardized design is a series of general,standardized instructional and practical documents which can be applied to the GGS construction,which is based on the general process flow and surface process technologies of this CBM gas field,as well as its construction experiences and on-site operational situation over4years.The core of the standardized design includes"four unified criteria"of process flow,facility selection,engineering standard,and individual facility installation dimension,and"one harmony"of the reconcilability between the plane layout and local environment,all of which could achieve the unified GGSfunction and operation. According to the standardized design,the aforehand large-scale procurement of the GGS equipment and materials can be realized, which can facilitate the pre-fabrication and grouping,and the high quality,high efficiency and security of the construction will be ensured.In addition,it will also accelerate the construction of the Qinshui CBM gas fields.Besides,it has great significance to the development of the Zhengzhuang Block in the Qinshui CBM gas fields and other CBM gas fields in China.

Qinshui Basin,coalbed methane(CBM)field,Fanzhuang Block,gas gathering station(GGS),standardized design, modular construction

book=84,ebook=236

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.06.023

2010-02-23 編輯 何 明)

王紅霞,女,1969年生,工程師;現任西安長慶科技工程有限責任公司天然氣設計部首席設計師,從事天然氣、城市燃氣和煤層氣工程設計和研究工作;多次獲得國家級、省部級科技成果獎。地址:(710018)陜西省西安市未央區長慶大廈811室。電話:(029)86592634,13032962348。E-mail:ctec-whx@99188.com或401293566@qq.com