煤层气地面集输技术

<正>2010年以前，由于缺少煤层气勘探开发核心技术，严重制约中国煤层气产业的发展。“十二五”后，随着国内煤层气的开发认识不断加深，同时借鉴国外煤层气低成本的开发建设经验，经过10余年的总结，煤层气地面集输系统逐渐形成以“多井轮换计量技术、聚乙烯管道集输技术、管道排液技术、前置过滤分离技术、高适应螺杆增压技术、恒温露点脱水技术、采出水集输技术”等为主的工艺技术，有力支撑了煤层气行业快速发展。     

延川南区块煤层气集输工艺技术研究

煤层气是赋存于煤层中的自生自储式非常规天然气,它在气质组分、赋存条件、生产规律等方面均不同于常规天然气,具有典型的低渗、低压、低产的特点。以延川南区块延1开发试验井组地面集输系统为例,结合煤层气集输工艺调研,开展煤层气井场工艺、管输工艺、分离工艺、增压工艺等地面集输工艺技术研究,为延川南区块整体开发起到借鉴作用。     

煤层气地面集输管网优化

由于煤层气开采具有“低产、低压、低渗、井多”等特点,国内煤层气田的开发主要参考苏里格气田等低压气田的地面集输工程设计,其地面集输工程主要存在集输管网布局及工艺参数不合理、投资较大、能耗较高等问题。因此针对煤层气地面集输工艺特点,对煤层气集输管网优化方法进行研究,分析了煤层气地面集输工艺和特点以及不同集输管网形式的适应性,发现应用分级优化方法能很好解决集输管网优化问题,提出基于集输管网等效水力模拟图的集输管网管径优化方法,在煤层气地面集输工程设计中得到了实践应用。     

煤层气集输系统安全设施优化

煤层气的地面集输和处理与常规天然气相类似,但由于煤层气储存和产出的特点,其具体方案又与常规的天然气有所不同,主要体现在地面低压集输和大量排出水的处理上。井口安全方面主要是防止管线、设备的超压和防止井口水合物生成。煤层气井口物流中基本不含H2S,CO2含量低,并且由于运行压力低,CO2分压低,没有达到腐蚀界限,因此井口和管线不需要加注缓蚀剂。影响采集气管线安全的主要因素是管道超压或在管道发生水合物堵塞和冰冻。由于煤层气井口压力低,需增压输送,因此大都采用增压集气站对煤层气井进行集气、调压、分离、计量,压力一般在1.0 MPa以上。     

沁水煤层气田微正压集输工艺模式研究

针对沁水煤层气田生产开发过程中出现的低回压、低压力、低管压的需求和新老井管压不匹配、老井产气能力和产能释放不匹配、集气站设计压力和生产工况不匹配的问题,提出微正压集输工艺模式。该工艺模式以最简化控制节点和流程改造为核心,以沁水煤层气田原有的工艺流程为基础,在集气阀组处增设微正压装置。模拟验证结果表明,微正压集输工艺模式可有效提高老井产量和集气站压缩机组运行效率,缓解新老井间产量压制问题。该工艺模式在降压提产及提高机组效率方面效果显著,对煤层气田老区块工艺改造具有重要的工程指导意义。     

长输管道煤层气集输管网优化设计研究

随着经济的飞速发展与科学技术的不断进步,我国对于资源、能源的利用提出了更高的要求,必然会增加煤层气集输管网的覆盖面积,一定程度上给煤层气集输管网的管理与维修增加了难度。在此基础上,只有不断优化集输管网的设计,才能从根本上提高效率,降低成本,从而保证长输管道煤层气集输的安全性与稳定性。     

煤层气田集输系统放空影响范围研究

目前,煤层气田集输系统防火间距遵循常规天然气田的相关规定,防火间距偏大,存在集气场站选址困难、占地面积大及浪费土地资源等问题。为此,开展了煤层气田集输系统放空影响范围研究。分析了大气稳定度和风速2项环境因素对放空后果的影响,研究了不同放空速率下煤层气井场和站场的放空后果影响范围,进而得出煤层气放空后果的最大可能影响范围,为今后优化煤层气集输系统布局,合理节省工程占地的研究提供有价值的参考。     

煤层气地面集输系统管流分析

采用BWRS方程计算煤层气的物性参数,并根据煤层气的排水采气工艺特点进行煤层气水析出计算.在此基础上,建立了适合于煤层气集输管道相态变化特点的水力、热力计算模型,采用JAVA语言开发了煤层气集输管网系统的模拟程序.算例分析结果表明建立的数学模型是可行的.为煤层气管网系统的合理设计与操作提供技术支持.     

美国煤层气地面集输工艺技

随着常规天然气资源不断减少，能源需求不断增加，特别是对环境保护要求的日趋严格，煤层气作为巨大的潜在资源在能源消费中的地位也逐步提高。美国在研究、勘探、开发利用煤层气方面处于世界领先地位，尤其是圣胡安和黑勇士两个煤田的集输系统已经相当成熟。为此，从井场工艺、集输系统、集中处理站工艺、水处理系统、腐蚀防护以及现场操作经验几个方面介绍了美国圣胡安盆地煤层气的集输工艺技术，可为我国煤层气集输工艺发展的思路提供参考。     

煤层气田地面集输标准化设计

我国煤层气已经进入低成本、大规模开发阶段,要满足其建设质量、建设速度、建设规模的三重需要,煤层气田地面建设必须进行"标准化设计、模块化建设"的集成创新。为此,提出了煤层气田标准化设计理念:以工艺技术优化简化和定型为核心,以模块设计为关键手段,对批量性、通用性、重复性的产能建设内容进行标准化设计。标准化设计核心技术包括"工艺流程通用化、井站平面标准化、工艺设备定型化、设计安装模块化、管阀配件规范化、建设标准统一化、安全设计人性化、设备材料国产化、生产管理数字化",涵盖井场和集气站等地面建设内容。煤层气田应用该标准化成果后(以沁水盆地郑庄区块为例),建设时间缩短30%,焊口一次合格率超过90%,综合经济效益提升0.44亿元/108 m3,提高了气田地面建设水平,规范了地面建设标准,方便了施工的预制和组配,确保了工程建设的优质、高效和安全。     

煤层气资源及地面集输工艺

阐述了我国煤层气资源、发展状况以及地面集输工艺及特点。对煤层气的几种集输方式和增压方式进行了分析比较,并且对各自适用的气田条件进行了总结。     

煤层气集输管路积液预测软件开发

煤层气开采采用的是排水采气工艺,从井口开采出的煤层气通常被水饱和,集输过程中极易形成冷凝水,因此研究煤层气集输管路沿线积液位置与积液量的变化规律,可为科学制订现场清管方案提供理论指导。通过对倾斜管内气液两相流动及相态变化的研究,对煤层气集气管内运行压力、温度与饱和含水量等参数的计算,对管路沿线积液情况的仿真模拟,开发了一套管内积液的预测计算方法,并基于VS2010平台编制了管内积液的预测计算软件。结合两个工程实例,介绍了预测计算软件在工程实际中的应用,并给出了以下预测结果:随着沿管路集输方向管内温度、压力的不断下降,积液主要产生于管路的前段,并随着管路入口温度的降低和压力的增加,析液量逐渐减少。     

煤层气低压集输计算软差异性

选取已建成投产的某煤层气集气站的其中一枝集气管网,分别采用PipePhase(多相流模拟计算软件)和TGNET(气体管道瞬态和稳态模拟计算软件)对该集气管网建模,在不考虑管道沿线高程的情况下,对煤层气不含水、含饱和水、含凝析水等多种工况进行工艺模拟计算.将计算结果与实际生产运行数据进行了对比分析,得出结论:与TGNET软件相比,PipePhase软件的计算结果更接近现场实际.因此,低压煤层气集气工艺计算软件推荐采用PipePhase,并尽量采用该软件中推荐(或默认)的状态方程和管道压降计算公式进行建模计算.     

煤层气储层保护钻井关键技术研究

随着我国油气资源勘探开发工作的进一步深入,煤层气开发正进入规模化开发应用阶段。由于煤层气储层的特殊性,钻井过程中容易造成储层损害,因此对煤层气储层保护钻井关键技术进行研究具有重要的实际意义。分析了钻井过程中煤层气储层的损害机理,探讨了保护煤层气储层的钻井关键技术,认为采用欠平衡钻井方式,根据储层条件与施工情况优化钻井参数和计算最大允许下钻速度,可以有效保护煤层气储层,对于提高煤层气开发效率具有一定的指导意义。     

煤层气地面集输系统压缩机能效提升方案研究

在煤层气产气量偏低、压缩机进气压力偏离设计工况下，以沁南煤层气田地面集输系统中的樊庄、郑庄两个区块集气站为研究对象，调研煤层气压缩机的能耗现状并提出能效提升方案。对郑二集气站单台DTY1000型往复式压缩机的历史数据分析发现，外输气量是制约压缩机能耗的关键参数。对比樊三站DTY1000型往复式压缩机和LGN40型螺杆式压缩机并联的能耗数据发现，在一定的外输气量范围内调节压缩机组合运行的方式存在节能空间，由此提出了基于历史数据的压缩机能效提升方案。在此基础上，进一步提出了在阀组处布置增压设备的阀组-集气站两级增压集输模式，以郑二站的阀组管线为例进行流程模拟发现，相比于现有集输模式，两级增压集输模式预计节能达12%，有望解决煤层气产气量相对减少与集输系统能耗偏高的矛盾。     

煤层气田集输管路排液工艺优选研究

煤层气集输管路内输送的介质为湿气,随着温度的降低,会有小液滴凝结析出,在管路局部低洼处聚集,影响管路流通能力,加速管路内腐蚀速率,给集输系统安全平稳运行带来重大隐患。通过分析对比清管作业与集气站预脱水两种工艺优缺点,为煤层气田建设与生产运行过程中集输管路积液排放工艺的选择提供借鉴。利用OLGA多相流模拟软件对管路积液分布进行分析与预测,得出合理的清管作业周期,调研分析了常用脱水工艺,推荐在集气站内采用外制冷的方法进行预脱水。排液工艺优选研究表明:集气站预脱水工艺虽然可以达到控制水露点合格,有效抑制管路内游离水的生成,但因其一次性投资成本较高,且运行与维护成本较高,因此仍推荐采用定期清管作业排出管路内积液的工艺。     

天然气矿场集输用管类型分析及选择

分析了气田集输管网的构成及特点,论述了天然气集输系统中应用较多的无缝钢管、螺旋埋弧焊钢管(SSAW)、直缝电阻焊钢管(ERW)、直缝埋弧焊钢管(LSAW)各自的优缺点,指出天然气矿场集输采气管线宜采用无缝钢管,输送湿气的集气支线宜采用直缝埋弧焊钢管,输送干气的集气支线宜采用螺旋埋弧焊钢管,集气干线宜采用直缝埋弧焊钢管.     

煤层气集输管网节点增压时间求解

本文针对煤层气产业目前投资大、效益低,集输系统压力低、敏感性大等特点,建立增压系统的优化方案。     

煤层气地面集输管道积液预判分析

由于煤层气地层压力低,整个地面集输系统需采取低压集气方案,因此地面集输管线中压降尤为重要。管道积液是管线压降不可忽视的因素,结合煤层气集输管线中低压力、低液量、高流速的流动特点,选择倾斜管段中Beggs-Brill气液两相流关系式,对地面起伏管线中的持液率进行分析。通过计算不同管径、不同产水量工况下管线中的流型变化及持液率变化,预判管线积液情况,指导煤层气管线排液设计,这对煤层气地面集输设计及生产运行管理具有实质性参考意义。     

煤层气低压集输计算软件差异性浅析

选取已建成投产的某煤层气集气站的其中一枝集气管网,分别采用PipePhase(多相流模拟计算软件)和TGNET(气体管道瞬态和稳态模拟计算软件)对该集气管网建模,在不考虑管道沿线高程的情况下,对煤层气不含水、含饱和水、含凝析水等多种工况进行工艺模拟计算。将计算结果与实际生产运行数据进行了对比分析,得出结论:与TGNET软件相比,PipePhase软件的计算结果更接近现场实际。因此,低压煤层气集气工艺计算软件推荐采用PipePhase,并尽量采用该软件中推荐(或默认)的状态方程和管道压降计算公式进行建模计算。