淺談煤層氣地面工程建設現狀與認識

張忠璽 霍洪濤 劉勇剛 高海利 李慧娜

（1中國石油華北油田公司合作開發項目部，河北滄州 062552；2中國石油華北油田公司山西煤層氣分公司，山西晉城 048200；3中國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現狀與認識

張忠璽1霍洪濤2劉勇剛2高海利2李慧娜3

（1中國石油華北油田公司合作開發項目部，河北滄州 062552；2中國石油華北油田公司山西煤層氣分公司，山西晉城 048200；3中國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是煤層氣田開發利用的核心環節之一，也是煤層氣深加工提高經濟效益的關鍵步驟，結合煤層氣田的特點，利用地層壓力，簡化地面工藝流程，降低工程造價，提高經濟效益。本文依據山西沁水煤層氣田“低產、低壓、低滲”和地區地形復雜，相對高差較大等特點，堅持地面與地下充分結合的原則，從井場工藝、集輸半徑、設備選型、管材選擇、節能等多方面考慮，優化并簡化了煤氣田地面建設工程的主要工藝技術，并降低了地面建設投資和運行費用，取得了較好的效果。

煤層氣；地面工程；現狀；認識

山西省沁水盆地是我國重要的煤層氣勘探地區，蘊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、低產等特點，開發投入高、產出低、風險大，具體有以下特點：

①單井產量低，井口壓力低，氣田單位產能建設井數多；

②初期單井產水較多，隨著開采時間的延續，產水量逐步減少；

③煤層氣田單井產氣壓力低，如果要滿足外輸要求，集輸系統投資較高；

④煤層氣中飽和水蒸氣含量較高。

重點開采區地形條件異常復雜，屬于平川、丘陵、山嶺三類地貌區，開發建設外部條件差，集輸系統及配套的供電、通信、道路等建設難度大。地面工程建設包括煤層氣集氣處理站、煤層氣外輸、供配電、自動化控制、配套等工程。

1 煤層氣田的特點

煤層氣是一種以吸附狀態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。煤層氣儲于乘壓水封堵氣藏，以吸附狀態賦存在煤層中，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、單井產量低和井口壓力低是煤層氣集輸的重要特點，因此，煤層氣需要連片開發，采用全密閉采輸流程，減少能耗，簡化工藝，優化設備、材料，降低工程造價，合理利用煤層壓力能，提高能量利用率。

2 優化技術工藝和流程

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

煤層氣經解吸后由套管采出，通過井場旋進流量計計量后匯入本井叢匯管進入采氣管線，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入集氣站；在集氣站煤層氣經過過濾分離后，進入增壓區增壓、除塵、脫水，最后經外輸計量后分別進入外輸管道。

其優點：縮短了采氣管線長度；增加了集氣站的轄井數量；減少了集氣閥組數量；降低了管網投資；減少了對植被的破壞；提高了采氣管網對氣田開發的適應性。

2.2 建立并選擇適用管材標準

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，管徑小于400mm均可用PE管材；其次，PE管壁厚由SDR11降低到SDR17.6，節約主材費用30%以上。經過對SDR21系列管材進行了專項研究，主要對管材靜液壓、耐慢速開裂、斷裂延伸率、環剛度等性能進行了測試，證明SDR21系列也可適用于煤層氣采氣管網，2014年將全面推行SDR17.6，試推行SDR21，進一步降低主材費。

2.3 創新思路，優化集氣站主要設備選型

煤層氣集氣站工藝流程根據產氣量可分為兩種模式，既滿足集氣站工藝要求，又降低了投產成本。針對主力產區，集氣站、發電站以固定站建設，采用一級增壓，閥組來氣從0.05MPa直接增壓到4.0MPa，再進行除塵、脫水，計量后外輸到長輸管道。

針對礦權面積較小，受煤礦開采影響，為節約工程投資，采用二級增壓，所建集氣站、發電站按照臨時站場建設，站內主要設備采用移動式撬裝裝置，以便于將來重復利用，搬遷方便。閥組來氣經過一級增壓，從0.05MPa增壓到1.4MPa，然后進行除塵、脫水，再進行二級增壓，從1.2MPa增壓到4.0MPa，計量后外輸到長輸管道。

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電兩種供電并存模式，解決了三個井區集氣站和單井生產用電。

其一，產能建設產初期，單井生產主要利用柴油發電機發電，待產氣量達到一定規模后，采用燃氣發電機發電生產，站內壓縮機組選用燃氣驅動方式。

其二，單井由附近煤礦提供電源。建發電站1座，安裝移動式撬裝燃氣發電機組并網發電，主要為集氣站壓縮機組供電，集氣站撬裝壓縮機組選用電動機驅動方式。

2.5 優化簡化了井場工藝流程和設計

首先，煤層氣井壓力低、產量小，且煤層氣組分輕，因此煤層氣井不同于常規天然氣井，通過分析防爆區劃分等相關規范，將發電機組與井口間的距離由防火規范規定的9m，縮減到5m，減少井場占地，且煤層氣井多處山區，距離的縮減，有效的減少了井場平整的工程量，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”模式統領氣田開發建設，進一步降低成本、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、鉆前施工費、搬遷運輸費成本，減少了征地數量，實現了節能減排，保護了生態環境。

2.6 自主研發并制造小型粉塵過濾裝置

古城臨時CNG壓氣站工程中，從設計入手，合理簡化工藝流程，最大化減少征地面積，過濾分離器采用了自主研發并制造的小型粉塵過濾裝置，實踐證明效果良好，節約設備購置費用約20萬元，加快了施工進度。

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，當管線環境溫度低于產出氣溫度，煤層氣凝析出水，低壓低產，山區管線高程差大，不利于氣體攜帶水分，導致低部位積水，造成管道起末點壓差大，井口憋壓，單井產量降低，冬季氣溫較低時造成管線結冰凍堵事故。根據以上情況研制了凝液缸，選擇適當的位置安裝在管線中，定期排放積水，起到了明顯的效果。

3 存在的問題

3.1 建成投產并實現規模化連續開發生產的煤層氣區塊還太少，地面集輸處理各專業暴露的問題還偏少，能夠借鑒的成功、有效的案例不夠豐富。

3.2 非常規資源應樹立非常規的理念、采取非常規的技術，堅持低成本開發等意識還需進一步加強。

3.3 還有待繼續深入的認識、掌握排水采氣的規模，井場自控參數與設施的設置還有待進一步優化、規范。

3.4 低成本開發是煤層氣資源動用的先決條件，但是宏觀經濟總體趨勢使低成本戰略難以落實，在質量和成本的博弈中難以平衡。

3.5 缺少適應煤層氣低成本有效開發生產的新設備、新工藝。

［1］秦萬成.沁南煤層氣田地面工程建設2008年煤層氣學術研討會論文集.

［2］劉燁.煤層氣地面工程工藝技術及優化分析石油規劃設計2008.7第4期.

［3］王紅霞.沁水盆地煤層氣地面工藝技術天然氣工業2008.6第3期.

［4］林曉英.關于煤及煤層氣工程專業建設的思考中國地質教育2009年第4期.

張忠璽（1976-），男，畢業時間：2005年7月畢業學校：長江大學單位：華北油田分公司合作開發項目部。