降低調峰型儲氣庫注采集輸管道投資的措施

楊 帆，崔曉波(.河南省豫南燃氣有限公司，河南駐馬店463000；.中國市政工程華北設計研究總院有限公司 第十設計研究院，天津300074)

1 概述

隨著天然氣行業的快速高效發展，調峰型儲氣庫在穩定天然氣管網壓力、平衡區域供氣等方面發揮了重要的儲氣調峰作用。

在調峰型儲氣庫地面工程中，注采集輸管道是連接注采井場與集注站的紐帶，一般包括3條管道，分別是注氣管道、采氣管道、計量管道。由于注采集輸管道設計壓力高、設計溫度低，管材等級高，注采集輸管道投資較大。

以國內某調峰型儲氣庫工程為例，注采井場至集注站之間集輸管道分別設置了注氣管道、采氣管道、計量管道3條管道，管道長度均為6.5 km，所經地區為三級地區，管材均為Q345E無縫鋼管。其中，注氣管道規格為D219×24，設計壓力為32 MPa；采氣管道規格為D273×16，設計壓力為13.2 MPa；計量管道規格為D114×7，設計壓力為13.2 MPa。本工程集輸管道總投資(不含臨時征地費及賠償費)為1 941×104元，其中管材費為1 288×104元。

2 注采集輸工藝流程

注采井場是天然氣進出地下儲氣庫的廠站，集注站則承擔著天然氣增壓、凈化、調壓的功能，它們之間的注采集輸管道將注采井場與集注站相連，承擔著輸送天然氣的任務。調峰型儲氣庫的工藝流程分為注氣流程和采氣流程，見圖1。

圖1 調峰型儲氣庫工藝流程

注氣流程和采氣流程不同時進行，以注采井A為例，具體流程如下。

① 注氣流程

當需要注氣時，打開切換閥A、緊急切斷閥，關閉切換閥B、切換閥C、切換閥D，從集注站的注氣增壓裝置來的天然氣，通過注氣管道進入注采井場的注氣匯管，通過切換閥A、止回閥和緊急切斷閥進入注采井A，注入地下儲氣庫。注采井B的注氣流程與注采井A的注氣流程相同。此時采氣管道和計量管道均不工作。

② 采氣流程

當需要采氣時，打開切換閥B、切換閥C、緊急切斷閥，關閉切換閥A、切換閥D，注采井A采出的天然氣通過緊急切斷閥、切換閥B和切換閥C進入采氣匯管，然后通過采氣管道輸送至集注站的凈化調壓裝置進行處理，之后外輸參與調峰。注采井B的采氣流程與注采井A的采氣流程相同。

③ 計量流程

在采氣流程正常運行時，當注采井A采出氣需要計量時，保持緊急切斷閥、切換閥B開啟狀態，打開切換閥D，關閉切換閥C，注采井A采出的天然氣通過緊急切斷閥、切換閥B、切換閥D進入計量匯管。之后通過計量管道進入集注站的計量分離器，對采出氣進行氣液分離。然后通過氣相流量計Q1計量采出氣產量，通過液相流量計Q2計量采出液產量，從而得出注采井A在某時間段內的產量。計量裝置在同一時間只能對某一口注采井進行計量。注采井B的計量流程與注采井A的計量流程相同。

3 管道投資影響因素

首先，對管道投資影響因素進行分析，得出權重最大的影響因素。然后，對該影響因素進行深入研究，提出降低該影響因素相應投資的措施，進而達到降低注采集輸管道投資的目的。

通過對集輸管道投資項進行分析，在不考慮臨時征地費及賠償費的前提下，集輸管道投資主要由管材費、施工安裝費、水工保護費、管道附屬設施費、管道試壓干燥費等組成。根據本工程及相似項目造價統計，集輸管道投資影響因素排序見表1。

由表1可知，管材費占集輸管道投資的50%以上，占比最大，是影響注采集輸管道投資的最主要因素。

表1 集輸管道投資影響因素排序

因此，從降低注采集輸管道管材費入手，是降低注采集輸管道投資最直接、最有效的手段，投資降低效果會最明顯。

對管材費進行分析，得出造成管材費高的原因主要有2個：注采集輸管道多、管材鋼級低。

① 注采集輸管道多

注采井場與集注站之間注采集輸管道共有3條，分別為注氣管道、采氣管道、計量管道。管道數量多，導致管材費高。

② 管材鋼級低

注采集輸管道操作壓力高，注氣期最高操作壓力可達30 MPa，采氣期最高操作壓力可達10 MPa。由于節流降溫作用，采氣管道運行溫度可低至-30 ℃。采氣管道設計溫度一般取-40 ℃，為了適應低溫工況，采氣集輸管道材質采用Q345E，屈服強度為345 MPa。該材質鋼級低，在設計壓力下，管道壁厚大，導致管材費高。

4 降低投資措施

針對影響注采集輸管道管材費高的2個主要因素，本工程提出以下3條優化措施，同時實施，以降低集輸管道投資。

4.1 取消計量管道

將集注站的計量分離器、流量計等相關裝置改造為移動式計量橇，并將其設置在注采井場，結合注采井場內單井計量自動切換閥組，實現注采井的自動切換計量。移動式計量橇可以在注采井場實現對每口注采井的產氣、產液分別計量。因其采用模塊化構造，可移動至其他需要計量的注采井場，實現共用。

采取此措施后，取消了注采井場與集注站間的計量管道。以本工程規格為D114×7的計量管道為例，取消計量管道可直接降低注采集輸管道管材費約101×104元。

4.2 注氣管道與采氣管道合一

4.2.1 工藝流程

由于注氣、采氣分期運行，具有實現注氣管道與采氣管道合一的前提。注采集輸管道合一設置流程見圖2。

圖2 注采集輸管道合一設置流程

① 注氣流程

天然氣由集注站注入注采井場，打開閥門3、閥門4，關閉閥門1、閥門2、閥門5、閥門6。從注氣增壓裝置來的天然氣通過閥門4進入注采集輸管道，通過閥門3進入注氣匯管，然后通過注采井注入地下儲氣庫。

② 采氣流程

天然氣由注采井場采出輸往集注站，打開閥門1、閥門2、閥門5、閥門6，關閉閥門3、閥門4，從采氣匯管來的天然氣通過閥門1、閥門2，進入注采集輸管道輸送至集注站，通過閥門5、閥門6進入凈化調壓裝置，處理后的天然氣進行外輸。

4.2.2 注意事項

① 采氣期結束后，管道內殘留凝液，需要及時進行注采集輸管道的清管作業，防止殘留凝液被注入氣推入地層，造成地層污染，影響天然氣純度。

② 注氣期操作壓力較高(30 MPa)，采氣期操作壓力相對較低(10 MPa)，壓差較大，為了防止注采集輸管道合一后可能發生的注、采連通處竄氣，需要在壓力分界隔離閥(閥門2和閥門5)處設置八字盲板，防止注采連通處竄氣造成采氣設施超壓。

4.2.3 效果

注采集輸管道合一設置，可以大大降低注采集輸管道的管材費。以本工程為例，原D219×24注氣管道變更為D273×29注采管道，原D273×16采氣管道取消，可以直接降低注采集輸管道管材費約232×104元。

4.3 提高管材鋼級

在相同壓力、管徑、強度設計系數、溫度等條件下，管材的屈服強度越高，管道壁厚越小。在GB/T 9711—2017《石油天然氣工業 管線輸送系統用鋼管》第6.1.2 條表1中，篩選出比Q345E具有更高屈服強度的無縫鋼管，初選PSL2的X65Q等級鋼材(屈服強度為450 MPa)作為替換鋼材。

由于X65Q鋼級的鋼材耐低溫性能差，需對其化學成分進行調質，對調質后的X65Q鋼材進行標準夏比V形缺口沖擊試驗來測定其韌脆轉變溫度，確定其是否可用于制造注采集輸管道。通過試驗，調質后的X65Q管線鋼韌脆轉變溫度為-62 ℃，可以滿足注采集輸管道設計溫度-40 ℃的要求，因此，調質后X65Q管線鋼可作為注采集輸管道用鋼材。

本工程注采集輸管道選用調質后的X65Q無縫鋼管，D273×29注采集輸管道可更換為D273×24，能夠直接降低注采集輸管道管材費約148×104元。

4.4管材費降低效果

綜上所述，采用以上3種降低注采集輸管道投資的措施后，管材費由1 288×104元降至807×104元，降低了481×104元。

5 結語

采用取消計量管道、注采管道合一、提高管材鋼級等措施，可以有效降低調峰型儲氣庫注采集輸管道的投資。目前該系列措施已成功應用于板南儲氣庫G3注采井場注采集輸管道項目，該項目于2018年11月建成，同年12月投產運行，采用該優化措施后，初步測算注采集輸管道(長度約5 km)投資可減少350×104元。通過對注采集輸管道設計方案及注采周期內生產運行情況調查，優化后的方案能很好地適應儲氣庫注、采不同期的運行特征，充分滿足儲氣庫注采氣雙流向、高低壓、高低溫、單井獨立計量的運行工況，取得了可觀的經濟效益、社會效益和技術效益。