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6.6地面工程建设6.6.1地面工程规模和总体布局6.6.1.1建设规模6.6-1建设规模表序列项目单位建设规模备注1原油集输系统104t/a2注水系统m³/d6.6.1.2总体布局井场采出气→采气支管→采气干管→集气站→各集气支管→集气干管→中央处理厂→外输管道。集气站一般设有计量分离器、气液两相分离器、供水、供电、值班用房等生产及辅助设施，还可设有增压设备。在中央处理厂要进行增压、净化（例如脱水、脱硫、脱碳、脱氧）处理。图6.6-2井口到集气站工艺流程原理图6.6.2集输管网和工艺流程的优化设计。集气、输气、增压工程；处理、净化工程。1)集输方式的优化煤层气与天然气相比具有低压、低产的特点，为考虑到经济性和气液分离的效果，故把气液两相分离器设在集气站。根据SY∕T0010―1996《气田集气工程设计规范》，当分离器设在集气站时宜采用辐射―枝状组合管网。考虑以上因素，把井场到集气站管道的连接形式分为直接进站式、串联进站式和集气阀组进站式。直接进站式直接进站式即每口气井（单井）通过各自独立的合适的采气支管直接进入集气站，见图6.6-2。图6.6-3直接进站式串联进站式串联进站式即采用采气支管把相邻的几口气井汇合后通过采气干管进入集气站，见图6.6-3。图6.6-4串联进站式集气阀组进站式集气阀组进站式是指相邻的井口气直接通过采气支管进入集气阀组，在集气阀组处对气体进行初步分离，集气阀组处有气液两相分离器，重点脱除煤层气中的游离水、泥沙，减少集气过程中的压力降，再通过集气支管输送到集中增压站增压，见图6.6-4。图6.6-5集气阀组进站式各种集输方式的比较分析直接进站式虽然能在一定程度上满足煤层气集气的要求，但是由于其造价比较高，生产运行管理比较复杂，不适于低压、低产气田。串接进站式缩短了采气管道长度，提高了采气管网布置对滚动开发的适应性，能够较大幅度节约采气管道建设成本，现场运行良好。集气阀组进站式将井口的气体直接输送到集气阀组，大大简化了工艺流程，最主要的特点是集气阀组处无人值守，只需要定期巡检即可，减少了操作人员数量，对处于恶劣环境的气田尤其适用。目前，串接进站和集气阀组进站已经较多地运用到实际工程中，实践证明能较好地达到集气的目的。2）增压方式煤层气由于压力比较低，有的不能通过自身的压力输送到集气站，有的不能输送到中央处理厂进行净化处理，因此需要通过增压来满足输送要求。单井增压单井增压是指采出气在井场通过加压输送到集气站。集中增压集中增压是指在集中增压站设置压缩机进行增压，让集气阀组的气体通过集气支管输送至增压站增压，一次增压满足管道外输压力要求的方法。两级增压两级增压是指在集气站和中央处理厂进行两次增压，通过优化压比，减小管道造价和能耗费用。各种增压方式的比较的分析与集中增压，两级增压在同样满足气体输送的情况下更好地利用了气体的压力，合理地选择管材，减小了管道造价，更好地节约了成本，且能更好地减少井间的影响，提高煤层气产能。集中增压管理、设计简单方便，更好地适合于大面积开发的气田。在优化选择不同增压方式时，要根据不同气田压力特点、气田地形特征、输送压力要求、外输方式和经济性分析进行综合优化选择。6.6.3气、水计量。由于目前煤层气的生产工艺设计尚无相应的国家标准，工艺流程和处理设备均采用天然气标准设计，国内也没有规模化生产的成熟经验和集输处理工艺流程，因此造成在天然气生产中运行正常的计量方式，在煤层气生产中就出现了很大的差异，如：单井生产计量误差大且不稳定、内部输差变化大、计量器具误差变化无规律等问题。针对这些情况，我们进行了初步的研究和探讨，通过查阅资料以及对现象的分析，我们归纳总结出了以下几个方面影响煤层气计量准确的因素:压力变化对计量的影响：压力波动，对于一些低压低产井可能会出现反注现象；煤层气中杂质对计量的影响：虽然处理掉了5µm²以上的绝大部分颗粒，但小粒径的煤粉依然会附着在气体超声流量计探头等计量器具测量部件上，影响计量的准确性；需要频繁擦洗；同时，由于小于5µm²固体颗粒的存在，也加大了压缩机缸体等机械部件的磨损，影响到设备的安全运行；煤层气中水分对计量的影响:需要定期调整计量器具的补偿修正参数；环境温度对计量的影响:沁水盆地冬季低温环境下，温度对煤层气计量准确影响很大，经统计分析，最大可达到50%。针对以上几个方面计量影响因素的分析和探讨，可有针对性地采取以下处理措施：1)选择合适的计量器具。气计量系统：通常井口采用单井计，主要有孔板流量计和涡轮流量计，也可使用旋转式或膜片式流量计。经常使用的是涡轮流量计，其优点是计量流量范围大，缺点是运动部件较多，维护费用高。也可以选用湿气流量计，适用于天然气生产井的测量，可以在不分离的状态下，对气井产出的天然气和液体进行测量。水计量系统：常用的水计量方法有3种(正排量流量计、涡轮流量计和计量桶)正排量流量计在圣胡安盆地得到了广泛应用，但其受杂质影响较大，易堵塞造成误差。涡轮流量计的精度高于正排量流量计，但受流体状态变化的影响较大。这两种流量计的精度随入口压力的提高而增加。在黑勇士盆地普遍采用的是计量桶，通过计量桶内水的装满时间来换算成每口井产水的通水量。由上述的分析可以看出,计量桶计量不受气体和杂质的影响，更适合本文所研究的煤层气采出水的计量，因此本文推荐在井口采用计量桶计量采出水。2）生产工艺中增加除湿除杂的流程。对于煤层气采出过程中携带的水分和杂质，目前仅在中央处理中心外输前进行了有效脱水处理，集气站的气液分离器目前没起到有效作用，所有生产工艺中尚无除杂方面的设计考虑。我们认为，今后的工艺设计中应考虑增加相应的处理流程，建议增加两级处理工艺，即：井井口进行气固液的初级分离处理，集输站进行二级气固液分离处理。这样既可有效减少输送管网出现液体段塞的几率，也可大大减小中央处理中心外输脱水装置的负荷，保证脱水的有效性，又能够减少煤粉等固体杂质对计量器具准确性的不利影响，还能够有效减轻对压缩机缸体等机械部件的损害，同时，对保证单井计量器具的计量准确也大有益处。3）对流量计采取保温措施是克服煤层气计量器具冬季表体内壁结冰，提高计量精度的有效措施。4）对于集气支干线内压力波动，引起低压低产井出现反注问题，建议可在井口设计加装单流阀，以控制反注现象发生，减少输差。综上所述，可以根据多相流量计的种类，有如下两种计量方案：1)方案一是在计量前先需要先将流体分离，再进行计量的；分离式多相流量计因为具有分离部件，所以体积比不需分离的多相流量计大。2)方案二是无需分离可以进行在线多相流计量的，可以使用湿气流量计，该流量计适用于天然气生产井的测量，可以在不分离的状态下，对气井产出的天然气和液体进行测量。工作原理如下：采用低能伽玛射线吸收技术测量气液两相相分率；采用文丘里技术测量气液总流量；配套仪表测量流体的压力和温度；专用流量计算机采集测量数据，使用PVT补偿和数学模型完成计算，最终向用户提供被测井的天然气和液体的产量及温度压力等其它参量。6.6.4数据采集与传输系统。6.6.5系统配套工程与辅助设施，包括给排水、供电、道路、通信、自动控制、消防、暖道、土建等设施。1)排水煤层气生产井，特别在煤层气生产的早期阶段，通常有大量的水产生，这些水的处置不仅会影响煤层气开发的经济效益，而且会成为严重的环境问题。在美国，煤层气水的处置受联邦、州和（或）地方政府机构的监督。在其他国家，随着对其煤层气资源的的开发，产出水的处置也将成为令人关注的环境和经济问题。最经济的处置煤层气储层水的方法是排入河流、直接用于农业、野生动物、工业和自然蒸发。此外，采出的煤层水还可以直接作为油气田的水力压裂液来提高石油采收率。目前，集输方式：单井来水，车拉至集气站进行统一处理。水的排放有三种方式：蒸发池法、深井注入法、地面排放法。蒸发池法要在井场建设很大的水池，占地面积大；深井注入法主要花费在打井上，通过投资及运费用比选，地面排放法优越于蒸发池法和深井注入法，但要对采出水进行处理。根据已钻井资料解释成果，山西井3#井煤层和太原组15#井煤层的含水性较弱。钻孔资料显示，产出水水质类型以Na-HCO3，矿化度一般在2000mg/L。由积垢计算方程确定清水的碳酸钙积垢趋势。2）供电供电电源从沁端区块附近变电所新建1条10kV专线，或由附近乡村农用10kV供电线路上转接至供电专线，导线规格为LGJ-120，架设至各场站支线，各井场设置变电站，集气站与注水站合建变电所。3）道路布置原则道路布置以能满足正常生产生活需要的运输和设备检修；保证在火灾发生时，消防车能安全、迅速到达各防火区域；与外部道路连接短捷顺畅，方便出入为原则。竖向布置必须与平面布置相适应，应与站内道路、场地设计相结合，力求减少土方工程量，合理确定厂区标高，满足排水要求为原则。道路设计集气站与注水站的道路及场地采用公路型道路，路面采用水泥混凝土路面，道路宽度为6.0m。道路设计结构为：水泥混凝土面层20cm、水泥稳定砂砾联结层15cm、天然砂砾基层30cm。说明：可对集气站和注水站中在建筑物等人员经常走动的地方设置斑马线；站场建设地点若位于农田中，应尽量减少耕地占用面积，在厂区空地设置绿地，以种植草坪为主，起到美化环境的作用。集气站、注水站围墙采用实体围墙，墙高为2.2m，设5m宽钢大门两樘，与外部道路相连接。4）通信通讯方案：由于无线通信方式建设简捷方便，因此对本次设计电话部分采用移动电话固定台，安装在个值班室，满足通信需要。移动电话固定台技术指标如下：工作频率：900/1800MHzGSM环境温度：-10℃～+40℃相对湿度：10%～90%供电电压：120～240VAC电源功耗：待机≤50mA；通话300～500mA配置说明：可设置监控系统，摄像机与站内计算机系统联接，将监控录像传入计算机系统内，以便更好的管理和及时发现站场异常情况的发生。分别在集气站、注水站、配电室值班室和办公室各设移动电话固定台1台，台式计算机一套；另外在站外设置监控摄像机一台.5）自动控制自控内容：A.集气站集气站配置便携式可燃气体检测仪1台，用于站内值班人员巡检时进行可燃气体浓度检测；缓冲罐液位检测，高液位报警，低液位报警，温度检测；外输泵进出口压力检测，高限报警，温度检测；B.注水站注水站配置便携式可燃气体检测仪1台，用于站内值班人员巡检时进行可燃气体浓度检测；储水罐液位检测，高液位报警，低液位报警，温度检测；增压泵进出口压力检测，高限报警，温度检测；自控目的：根据工艺和生产管理的要求，本次设计自控系统本着安全、可靠、平稳、经济的原则，将站内的温度、压力、液位等检测信号均传至值班室设置的PLC控制系统，并在系统内实现高、低液位及相应的连锁控制，值班人员通过人机界面能够了解站内各工艺参数的状况，为提高管理水平，制定及时的调配方案提供有力的手段。仪表选型温度检测仪表：假如只是就地显示，通常可以选择液体玻璃、双金属以及压力式温度计等。假如不仅需要具备测量温度的功能，还要求具备当被测温度接近极限值的时候能够报警，应当选择附加报警装置的液体玻璃、双金属以及压力式温度计等。假如要求远距离显示的话，可以选择热电阻、热电偶或者温度变送器等。压力仪表：压力仪表在选型时就要考虑到其量程的问题，一般来说压力仪表的量程最少应为设备工作压力的1.5倍，但最大也不应超过设备工作压力的3倍，而在实际使用中压力仪表所指示的压力范围最好为量程的60%到70%。还要考虑考虑仪表材质的耐腐蚀性。其它：闪光信号报警器等。6）消防消防对象本工程考虑的主要消防对象是转油站和注水站，其中集气站内建有50m³的缓冲罐，计量阀组，电加热器，原油增压设备；注水站建有增压设备、缓冲罐、分配阀组等。消防方式针对火灾类型以及各种站场设施的布置情况，本工程在集气站场及注水间设置一定数量的移动灭火器，并配备消防斧、消防桶、消防铲和消防砂，用以扑灭零星和初期火灾。7）暖道包括采暖、通风、空气调节三个方面；设置：在办公室或值班室均设有电辅热分体空调器，冬季制热，夏季制冷，