煤層氣低成本開發途徑研究—以優化集氣場站和排采水處理站安全環保投入為例

戴祝生

摘要：集氣場站是煤層氣地面抽采的主要系統之一，具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒的特點，易發生各類事故，本文分析了煤層氣集氣場站安全風險控制和排采水處理站現狀，提出了安全環保風險控制優化措施，在有效控制集氣場站和排采水處理站安全環保風險的同時降低安全環保投入，為今后煤層氣勘探開發提供低成本開發模式。

關鍵詞：煤層氣；集氣場站；排采水處理站，安全環保風險管控優化措施；安全環保措施；低成本。

煤層氣又稱瓦斯，以甲烷為主，儲藏在煤層中，在地面通過鉆井抽采，既可降低煤炭開發安全風險，同時可以把抽出來的煤層氣通過提純、儲藏，作為燃料使用。

1 優化集氣場站和排采水處理站安全環保投入必要性

煤層氣井井口壓力大多在0.1-0.6Mpa之間，井口壓力低，需增壓輸送，因此大多采用集氣、調壓、分離、計量，如果按照油氣田的進行安全設計，勢必造成標準高、投資高。

中石化在山西臨汾勘探開發了唯一煤層氣田—延川南煤層氣田。開發3年以來，與山西境內大多數煤層氣田一樣，從完全成本角度來講，仍然處于虧損狀態。

因此有必要進一步優化集氣站和排采水處理站安全環保風險的防控措施，根據煤層氣特點對各種安全環保設施進行優化，提出適合煤層氣田的安全環保設施，從而減少場站建設的安全環保投入，實現煤層氣低成本戰略，使煤層氣有可能做到效益開發。

2 集氣站和排采水處理站安全環保風險管控措施現狀

在尚無煤層氣開發經驗之前，延川南煤層氣場站設計依據基本是常規油氣田標準規范。針對防地質災害風險，在臨崖的場站四周安排了大量的漿砌石進行護坡，制定了較為完備的水保方案，場地內針對失陷性土層打了幾千根灰樁。針對防火災爆炸風險，在整個場站配備了完整的固定式可燃氣體泄漏報警系統、固定式消防系統、埋地式防雷系統、大規格火炬放空系統。針對職業健康風險，在壓縮機房四周布置了全封閉的防噪音系統，同時針對該密閉空間又配套配備了防煤層氣泄漏風險控制系統。針對用電風險，則安排了煙霧系統和聲光報警系統。在環保方面，建設了兩座規模較大排采水處理站，分別是處理能力為1600方的萬寶山水處理站和處理能力為500方的譚坪處理站。

3 集氣站安全風險管控優化措施

3.1 消防風險管控措施優化

消防系統可以按照新規定進行進一步簡化。延川南煤層氣田在1號站和中心站建設了固定式消防系統，可這與現場實際情況不相符合，一是集氣場站都建在山源頂部，現場沒有充足的水源供應，給水系統根本發揮不了作用；二是固定式消防系統設置目的是為現場儲罐隔離火源和對其他儲罐降溫防止著火爆炸，集氣站內則無儲罐需要這種處理，場站內基本都是工藝流程。國家能源局于2018年6月6日發布了NB/T10045-2018《煤層氣地面工程設計防火規范》，將日處理能力在200萬方以下的煤層氣全部劃為5級站，其中規定，只有三級站以上（日處理能力達500萬方以上）才需要設置消防給水系統。按照此規定，延川南煤層氣1號站和中心站的固定式消防給水系統可以取消。可選擇其它有效的滅火方式予以替代：1）滅火劑滅火，可選擇干粉、鹵代烷、氮氣及二氧化碳滅火劑，還可以利用水槍，切斷和吹散火勢；2）堵漏滅火，針對氣壓不大的的漏氣火災，可以先采取堵漏滅火措施，用濕棉被、濕麻袋、石棉氈或粘土封住漏氣口，隔絕空氣，使火熄滅。

3.2 地質災害風險管控措施優化

地質災害風險可以從源頭得到控制。主要優化措施是選址，以防地質災害風險少為導向，選一處較大面積蘋果源地，面積盡量大，這樣可使集氣場站盡量遠離崖邊，空出足夠安全距離從而使集氣場站的建設盡量不破壞或少破壞原來自然的水保系統和防地質災害系統。目前的集氣場站都選在臨崖位置，所以必須安排大量的漿砌石扶坡工作量和大量的水保工程，如果選址得到優化，可以節省大量工作量。

3.3 工藝流程風險管控措施優化

工藝流程可以根據煤層氣與常規氣的區別予以簡化。第一，煤層氣的組分以甲烷和乙烷為主，基本不含C4以上重組分，在集氣站的操作溫度和壓力下不會產生液烴，因此可以取消火炬之前的放空分離器。第二，集氣站的放空系統可不設火炬，，只設帶有點火功能的放空管。第三，煤層氣的特點是壓力低，一旦關井，很難恢復生產，因此集氣站可以不用設置遠程關井的功能。

3.4 噪音風險管控措施優化

現場防噪音裝置可以通過對圍墻進行簡單工藝處理降噪來替代。現有防噪音裝置設計依據是GB3096-2008《聲環境質量標準》和GBJ87-85《工業企業噪聲控制設計規范》，這些都是針對噪音敏感點設計的，目前幾個集氣站都處于較為偏避地帶，至少300米外才有零星村民居住，崗位員工生產生活場所噪音檢測都合格，廠界外在未安裝防噪音棚情況下檢測也就超標5分貝左右，完全可以通過對圍墻進行簡單工藝處理降噪來達到合格標準。具體措施：一是用小磚砌墻，然后用水泥粉刷墻面；二是用紗網訂在墻面，然后用水泥在墻面貼磚；三是在墻體內加一層泡沫板，然后處理墻面，將泡沫板訂嚴實；四是在墻體內加一層隔音布。

3.5 中心站放空風險管控措施優化

通過減少中心站設計放空量來降低放空火炬的級別，進而實現措施優化。集氣站的放空主要包括設備維修放空，進出站管線截斷放空，節流失效安全閥的安全泄放，出站閥門或下游站場關閉產生的安全閥的安全泄放，火災事故站場緊急關閉后緊急放空。目前場站放空系統是執行常規油氣田《石油天然氣工程設計防火規范（GB50183-2004）》、《石油化工企業燃料系統和可燃氣體排放系統設計規范（SH3009-2001）》。實際上煤層氣的放空可以根據實際情況按照以下原則來設計：第一，煤層氣田大多采用串聯工藝，集氣干線往往不止一條，在計算站外放空時不應考慮條干線同時發生事故的情況；第二，站內外事故工況分析計算后，最大放空量不疊加，取放空規模的大量作為集氣站放空系統的設計量。

3.6 排采水處理站風險管控措施優化

目前兩排采水處理能力共達到2100方，而目前真實的排采水穩定出水量大概在400方左右，再加上現場能通過自然揮發消化200方左右，實際需要處理量大概在200方左右，而且，隨著排采時間越來越長，產水量還會進一步下降。處理能力遠大于實際出水量，這就形成了極大浪費。主要原因是在環評階段，所選取出水量依據是初可研，這個出水量僅是根據煤層氣井初生產時的最大量來測算的，未能反映真實情況和綜合情況，造成兩座排采水處理站的建設僅僅是為環保驗收而建設，而不是以真正處理現場排采水出水量來建設，造成極大浪費，包括征地等建設費用達6000萬元，日后運行費用也同時增加。

優化措施可以有兩條，一是可委托第三方處理，二是可以減少處理能力，簡化處理工藝。

委托第三方就是將排采廢水直接委托地方有資質的工業廢水處理廠進行達標處理，按市場價一方水50元算，一年下來也就300多萬元，同時還可節省諸如人工、電費、藥劑、設備維護、交通運輸等其他各項費用200多萬元。

簡化工藝主要是通過增大廢水與空氣的接觸面積來實現。具體思路是建設一種煤層氣排采水處理反應池，反應池內設有布水裝置和加熱裝置，布水池裝置包括兩個呈層狀設置的外徑逐漸變小的布水環，每層布水環內低外高，相鄰兩個布水環的下層外徑大于上層內徑，下層內徑小于上層內徑，最上層的布水環的外側與反應池的內壁固接，相鄰兩層布水環通過吊桿連接，加熱裝置包括加熱罐和換熱罐，二者之間通過交換管道連通，這樣，排采水在流動過程中由于上下層布水環之間的高度差，下一層布水環會對排采水形成一定的沖擊效應，并由此散開呈細小的水珠狀，增大排采水與空氣的接觸面積，空氣中的氧會溶解在排采水中，有效增大了排采水的含氧量，從而有利于提高排采水處理效率。通過這種工藝簡化也可處理200多方排采水。

4 結論

通過以上分析和研究，在提出集氣場站各種風險管控優化措施的基礎上削減部分

安全措施。

第一，可以用其他簡易滅火措施來替代1號站和中心站的固定式消防系統；第二，通過優選地址方式從源頭上消除地質災害風險，充分利用原有水保系統來減少目前水保工程量；第三，煤層氣生產特點可以取消遠程關井的功能和火炬之前的放空分離器；第四，的放空系統可以不設火炬，只設具有手動點火功能的放空管；第五，中心站可按照前文所述原則通過減少設計放空量來降低火炬級別；第六，集氣站可通過其他簡單降噪措施來替代噪音棚裝置；第七，委托第三方有資質的工業廢水處理廠或簡化排采水處理工藝來替代大型排采水處理站。