煤层气地面工程优化简化研究.pdf
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1、第41卷第3期OIL&GASGATHERING,T RA NSPO RT A T I O NA ND T REA T M ENT I 油气储运与处理里41煤层气地面工程优化简化研究路兴禄白宸瑞张瑞玉中国石油工程建设有限公司华北分公司,河北任丘0 6 2 550摘要:国内煤层气经过十几年的发展,相关企业经历从试验区到大规模整装气田的开发,已逐步掌握煤层气生产规律并取得了一定的建设经验。中国煤层气行业现已步入低成本、规模化开发阶段,为适应其建设进度、质量和经济效益的需要,有必要开展优化简化研究。通过收集国内外煤层气项目相关资料,开展现场调研及技术对标,结合国内煤层气地面工程技术现状、存在问题,提出
2、优化简化措施:1)采气管道边缘井场互联局部成环,集气站之间连通进站采气管道汇管,采气管道关键位置设置阀门;2)采气管道推广使用PE100SDR21/SDR26系列管材;3)煤层气井口采用电动调节阀;4)井场取消计量阀组;5)井场集水管线设置清扫口;6)集气站进站取消重力分离或者旋流分离器,改为过滤分离器;7)集气站压后设置过滤分离器,收球筒后设置清管分离器;8)集气站压缩机优先选择螺杆压缩机9)压缩机和三甘醇脱水装置之间设置冷却装置;10)井场和集气站数据传输采用光缆方式。上述优化简化措施已在沁水气田樊庄、郑庄、马必等区块和鄂东气田保德、大宁、韩城等区块煤层气项目中得到有效推广,实现了降本增效
3、。关键词:煤层气;地面工程;优化简化;低成本;采气管道;站场工艺;分离;压缩;降本增效D0I:10.3969/j.issn.1006-5539.2023.03.007Study on optimization and streamlining of coalbed methane surface facilitiesLU Xinglu,BAI Chenrui,ZHANG Ruiyu,HAO Ruimei,WANG Dingding,WANG YananChina Petroleum Engineering&Construction Corp.North China Company,Renqiu
4、,Hebei,062550,ChinaAbstract:After more than ten years of development,coalbed methane related companies in Chinahave experienced different development phases from pilot test phase to large-scale integrated gas fielddevelopment stage and have gradually mastered the production pattern of coal-bed metha
5、ne and obtainedrelevant development experience.Chinas coalbed methane industry has entered the stage of low-cost andlarge-scale development,so it is necessary to carry out optimization and streamlining research in order tomeet the triple needs of rapid development pace quality and economic benefits.
6、By collecting relevant dataof coalbed methane projects at home and abroad,we have carried out field research and technicalbenchmarking,taking into consideration the current technical skill level and existing problems of domesticcoalbed methane surface facilities technology.As a result,the following
7、optimization and streamliningmeasures are proposed:1)To enhance flexibility and reliability,well sites surrounding thegas productionpipeline should be connected to each other to form a ring;gas gathering pipelines entering neighboring gasgathering stations are inter-connected to form a manifold so t
8、hat the gathering station facilities can be郝瑞梅王丁丁王亚楠收稿日期:2 0 2 3-0 2-17基金项目:中国石油天然气股份有限公司“沁水煤层气田30 亿方/年产能开发建设项目群”(CPECCNC-DD20411)作者简介:路兴禄(198 7-),男,河南安阳人,工程师,硕士,主要从事气田地面工程方向的设计与研究工作。E-mail:564105484 qq:com天然气与石油422023年6 月NATURALGAS ANDOILinterchanged;isolation valves are installed at key positions
9、of gas production pipelines;2)Promote the useof PE100 SDR21/SDR26 series pipes as gas gathering pipelines;3)Electric control valve is to be used atcoalbed methane wellhead;4)The wellsite metering valve set is removed;5)A cleaning port is provided forthe well site water collection pipeline;6)The grav
10、ity separation or cyclone separator at the inlet of gascollecting station is replaced with filter separator;7)The filter separator is installed downstream of thecompressor of the gas gathering station;pigging separator is installed downstream of pig receiver;8)Screwcompressor is recommended for gas
11、gathering station;9)A cooling unit is provided between the compressordischarge and the triethylene glycol dehydration system;10)Optical fiber is used for data transmissionbetween the well site and gas gathering station.The above optimization and streamlining measures havebeen effectively implemented
12、 in coalbed methane projects in Fanzhuang,Zhengzhuang and Mabi blocks ofQinshui Gas Field and Baode,Daning and Hancheng blocks of Eastern Hubei Gas Field,resulting in costreduction and efficiency increase.Keywords:Coalbed methane;Surface facilities engineering;Optimization and streamlining;Lowcost;G
13、as production pipeline;Station process;Separation;Compression;Cost reduction andefficiency increase各集气站所辖井场采气管网相互独立,未进行连通,运0前言煤层气的储藏方式、开采方式和产气规律与常规天然气不同。煤层气的开发建设具有以下特点:煤层气项目具有点多面广的特点,产能规模大,井站数量多2,单井一般采用矩阵方式布井,平均每亿立方米产能约百口单井左右,随着水平井开发技术日趋成熟,每亿立方米产能单井数量逐渐下降;煤层气单井具有“三低”特点,地面工程建设难度大3-5,气田主要位于山区丘陵地区,开发环境
14、条件复杂,海拔相对高差较大,周边环境敏感点(例如林地、水源保护区、森林公园、风景区、文物遗址等较多,社会依托基础条件较差,地面集输和相关的供水、通讯、道路等系统建设施工困难度较大,煤层气田单位产能开发建设投人较多,井口数量对其影响较大,投资回收慢,勘探开发风险大,煤层气地面工程投资控制难度大。针对上述开发建设特点,国内煤层气相关企业经过十几年的发展,经历了从试验区到大规模整装气田的开发阶段,已建设了沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘地区的二大煤层气产业化基地,煤层气生产能力正在逐年快速增长,尽管掌握煤层气生产规律并取得了一定的建设经验,但在集输系统、站场工艺及配套工程等方面还有待优化完善。本文通过收集
15、国内外煤层气项目相关资料,开展现场调研及技术对标,结合国内煤层气地面工程技术现状、存在问题,提出优化简化措施,以期实现降本增效。1集输系统1.1买采气管道连通国内煤层气田采气管网大多采用支状形式连接,行灵活性不高。考虑到采气管网运行的灵活性、可靠性,可进行以下优化:将各集气站所辖边缘井场通过采气管道进行连通,实现局部成环;相邻集气站之间设置采气管道(与集气管道同沟敷设),该采气管道将2 座集气站的进站汇管连通,站场工艺设备实现相互备用。基于上述优化,煤层气田采气初期、末期的产气量较低,达不到集气站压缩机启机下限、某采气管道出现破裂导致输送中断、某集气站出现事故工况导致停运或某集气站未建成但所辖
16、井场已产气需外输时,对于相邻2座集气站,某集气站所辖井场煤层气可通过连通管道临时输往相邻集气站,进而提升集输管网运行的灵活性、可靠性,优化站场运行工况,提高站场设备尤其是压缩机利用率。1.2采气管道阀门国内煤层气田采气管道阀门设置数量较少,一方面不利于后续开发的气井进入集输系统,另一方面当管道出现故障时,可能影响管道煤层气的输送。建议根据运行管理需要,在采气管道设置一定数量阀门:根据煤层气田整体规划、滚动开发的设计理念,采气管道管径需满足先期和后期的输送要求,先期建设管道主干线上预留阀门,便于后续开发气井接入集输系统;各采气支线接入主干线前设置阀门,满足当采气支线出现故障时,可切断阀门,不影响
17、主线输送;主干线适当位置设置阀门,满足当主干线出现故障时,可分段停输,不影响整段主干线的输气。1.3采气管道选材煤层气地面工程管网密集、运行压力低、管道投资第41卷第3期OIL&GASGATHERING,T RA NSPO RT A T I O NA ND T REA T M ENT I 油气储运与处理高、施工难度大,管道多位于山地、坡地、荒地、农田。在煤层气低成本开发需求下7,煤层气管道应满足本质安全和建设成本的双重需要。目前,煤层气采气管网仍以PE100 SDR11/SDR17系列管材为主8。随着PE100SDR21/SDR26系列燃气管制造及性能的日趋成熟,该系列管材完全适用于低压煤层气
18、集输需求9。目前,NB/T108842021煤层气集输用埋地聚乙烯(PE)管材与管件【10 1已发布实施,煤层气采气管网表1轮换计量和单井计量优缺点对比表Tab.1 Comparison table of advantages and disadvantages of rotation metering and single well metering计量方式缺点手动轮换计量需人工现场切换计量阀门;只安装1个流量计,拆卸安装工作量较小自动轮换计量计量撬部件较多,单次维修耗时较长;现场查看单井产气量需旋转依次计量,自动化远程系统能实现每口单井产气量数据采集;只安装1个流量计,拆卸安装工作量小单井
19、计量(6 口故障率低,维修时间较短,更换部井为例)件快;现场查看单井产气数据直观明了,自动化系统能远程采集产气量数据;流量计数量多,拆卸安装工作量大43将逐步推广运用PE100SDR21/SDR26系列管材。2站场工艺2.1井场2.1.1井场计量国内早期建设煤层气井场大多采用手动轮换计量或自动轮换计量,轮换计量与单井计量的优缺点对比见表1,井场轮换计量撬照片见图1。操作性优点单个井组每年维护费用相对较低,仪器检定频次较少单个井组每年维护费用相对较低,仪器检定频次较少。故障易排除和维修,现场查看数据直观、方便;可实现单井产气量准确计量,既有瞬时产气量,又有当日累计产气量人工工作量大,且煤层气井大
20、多位于山区,当人员不便到达现场时,无法获取某单井流量;单井计量无每日累计产气量,只有瞬时流量故障率较高,维修耗时相对较长,现场每口单井产气量数据不直观,需旋转依次计量;单井产气量计量不准确,无每日累计产气量,只有瞬时产气量;部分井场轮换计量设置外防护罩,属于受限空间,存在安全隐患单个井组年维护费较高(主要是检定费用高);现场拆卸和安装工作量较大a)露天轮换计量撬a)Open rotating metering sledFig.1 Rotating measuring skid at well site轮换计量和单井计量均有优缺点,手动轮换计量人工工作量大,自动轮换计量故障率较高,单井计量气量为
21、瞬时流量,无每日累计计量,计量不准确,查看数据不直观方便;单井计量故障率低,可实现单井产气量的准确计量,运行维护方便。因此,建议煤层气井场计量采用单井计量。2.1.2井场气量调节煤层气排水采气阶段,角阀调节通常采用手动方b)带外防护罩的轮换计量撬b)Rotating metering sled with outer protective cover图1井场轮换计量撬照片式,煤层气井多位于山区,手动方式调节角阀现场人工工作量大。将井口常规手动角阀改为电动调节阀,可适应煤层气井不同产气阶段智能排采管控需求,井场设置远程终端控制系统(RemoteTerminal Unit,RTU),实现电动调节阀远
22、程控制、排采设备远程启停、变频调参、套压、动液面仪、采气管道及采出水管道仪表等检测及上传,同时接受和执行上级下达的命令,自控水平达到“无人值守、天然气与石油442023年6 月NATURALGAS ANDOIL远程控制”,大幅减少现场人工工作量,实现降本增效。2.1.3井场安装煤层气井场通常设置计量阀组区,平面占地尺寸较大,采气管道和采出水管道长,调节阀与井场流量计距离较远,不便于调节气量。通过对煤层气井场流程、平面布置及安装进行优化简化,取消井场计量阀组区、余阀门及仪表检测,首次将煤层气、采出水单井阀门和计量装置及管线集中安装在煤层气单井井口,实现极简安装、集约征地、降低投资。2.1.4井场
23、集水管线由于井场采出水水质较差,在输送过程中,煤粉等杂质在管内沉积、水中铁离子等被氧化结垢,导致管线堵塞。建议井场集水管线汇管起始端设置清扫口,实现将沉积在管线中的煤粉等杂质吹扫进集水池。2.2集气站2.2.1进站分离进站分离用于分离煤层气煤粉、游离水等杂质13国内已建煤层气集气站,进站设置重力分离器或者立式旋流分离器【14,在运行过程中,煤层气中煤粉、游离水等杂质基本分离不出来,分离效果一般,且煤粉进入压缩机后,导致压缩机故障停机,影响压缩机正常运行。集气站进站分离器照片见图2。a)重力分离器a)Gravity separatorFig.2 Inlet separator of gas co
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- 煤层气 地面 工程 优化 简化 研究
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