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第七章煤层气集输第七章煤层气集输第七章煤层气集输第一节采气流程第二节煤层气的矿场集输第三节煤层气的矿场集输工艺第四节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统主要内容：第一节采气流程把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输送的合格煤层气的各种设备组合，称为采气流程。用图例符号表示采气全过程的图称为采气流程图。煤层气井的采气流程分为单井常温采气流程和多井常温采气流程。1）单井常温采气流程在单井上安装一套包括调压、分离、计量和保温设备的流程，称为单井采气流程。其工艺过程为：井里边出来的煤层气经阀减压后，进入加热炉，通过加热后再由节流阀进入分离器，在分离器中除去液体和固体杂质后，从集气管线输出。第一节采气流程也可打开放空阀紧急放空泄压。单井采气可应用于边远气井、产水量大的气水同产井和低压气井采气。2）多井常温采气流程把几口井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和管理的流程，称为多井常温采气流程，一般把具有这样流程的站称为集气站。其工艺过程一般依次包括加热、节流、分离、脱水、计量等几个部分。其中加热部分是为了预防在节流降压过程中气体温度过低形成水合物。若气体压力较低，节流后不会形成水合物，集气站的流程就可简化为：节流-分离-脱水-计量，然后输出。多井常温采气流程的优点是便于对气井进行集中调节和管理，减少管理人员和工作人员。第一节采气流程井口采用抽油机将储层的水采出，分离器将水中带出的气体分离后，污水排至井场水池中。煤层气解吸后由套管采出，0.2～0.5Mpa压力的煤层气经采气井口采出后，与气水分离器分出的气体混合，通过分离、计量，经采气管道输至集气站。井口分离器及计量设施为橇体，可根据开采情况，将橇体移到其它井口继续使用。第七章煤层气集输第一节采气流程第二节煤层气的矿场集输第三节煤层气的矿场集输工艺第四节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统第二节煤层气的矿场集输把气井采出的煤层气经过加热、降压（或加压降温）、分离、脱水、计量后，集中起来输送到输气干线或脱硫、脱水厂的过程，称为煤层气的矿场集输。一、集输系统的类型目前常用的煤层气集输系统有三种类型：第一类是对每口井产出的煤层气进行单独处理和压缩，然后用小口径、中等压力的管线将煤层气输送至中心压缩站；第二类是将并组的煤层气收集在一起，通过低压集输管线输送到卫星增压站，经初步处理和压缩后，再输送至中心销售压缩站；第三类是尽可能降低煤层气井的井口压力，选用大小合适的集输管线将煤层气直接输送到中心压缩站。第二节煤层气的矿场集输二、矿场集输管网的类型收集和输送煤层气的管网称为集气管网，包括采气管线、集气支线和集气干线等。采气管线是气井到集气站的管线，一般直径较小（73~114mm）；集气支线是集气站到集气站或集气站到集气干线的管线，一般直径较大（159~325mm）；集气干线是将各集气站或集气支线的来气集中输送到集配气总站或加气站的管线，一般直径很大（219~457mm）。目前采用的集气管网一般有枝状管网、环状管网和放射状管网三种类型。第二节煤层气的矿场集输（1）枝状管网枝状管网形同树枝状，它有一条贯穿于气田的主干线将分布在干线两侧气井的煤层气通过支线纳入干线，由干线输至集气总站或加气站。该集气管网适于长条状煤层气田，煤层气田即采用这种管网布局。（2）环状集气管网环状集气管网是将集气干线布置成环状，承接沿线集气站的来气。在环网上适当的位置引出管线至集气总站。这种集气流程调度气量方便，气压稳定，局部发生事故时影响面小。一般用于构造面积较大的气田。（3）放射状集气管网放射状集气管网适用于井位相对集中的气田。按集中程度将若干口气井划为一组，每组中设置一个集气站，各井煤层气通过来气管线纳入集气站。该管网布局便于煤层气和污水的集中处理，也可减少操作人员。第一节采气流程把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输送的合格煤层气的各种设备组合，称为采气流程。煤层气井的采气流程分为单井常温采气流程和多井常温采气流程。1）单井常温采气流程在单井上安装一套包括调压、分离、计量和保温设备的流程，称为单井采气流程。其工艺过程为：井里边出来的煤层气经阀减压后，进入加热炉，通过加热后再由节流阀进入分离器，在分离器中除去液体和固体杂质后，从集气管线输出。分离出的液体固体从分离器下部排放到污水罐中。为了安全采气，流程上装有安全阀和放空阀，一旦设备超压，安全阀便自动开启泄压，第二节煤层气的矿场集输三、煤层气的增压输送在煤层气的开发和输送过程中，随着煤层气的不断采出，气井压力逐渐降低，当气井的井口压力低于输气压力时，气井难以维持正常生产，甚至造成被迫关井。因此，为了充分利用能源，确保合理开发气田，提高煤层气采收率，当气田的地层压力降低后，应该在矿区建立增压设备，对煤层气增压，以降低气井井口的回压，维持气井正常生产，保证煤层气正常输送。第七章煤层气集输第一节采气流程第二节煤层气的矿场集输第三节煤层气的矿场集输工艺第四节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统第三节煤层气的矿场集输工艺自地层中采出的煤层气中，一般有饱和的水蒸气和机械杂质，水蒸气和机械杂质是煤层气中有害无益的组分。煤层气中水蒸气和机械杂质的存在，减小了输气管道对其它有效组分的输送，降低了煤层气的热值。当输气管道压力和环境温度变化时，可能引起水汽从煤层气中析出，形成液态水、冰或甲烷水合物，这些物质的存在会增加输气压降，减小输气管线的通过能力，严重时还会堵塞阀门和管线，影响平稳供气。因此，现场常采用加热、节流、分离、脱水等工艺对煤层气进行处理，以保证安全平稳地输送合格的煤层气。第三节煤层气的矿场集输工艺一、计量为了改善气井管理，需要对每口井的产气量、产水量、压力、温度进行计量。对于多层位的产气井，还应对每一产层的产量进行估测。1）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。正排量水流量计容易被细小的煤粒、砂、粘土堵塞，造成计量误差。涡轮流量计通常安装在泵的出口处，其计量精度高于正排量流量计，但在间隙流、气水两相流及水中有杂质的情况下，易受损坏，或产生较大的计量误差。正排量流量计和涡轮流量计的计量精度随入口压力的提高而增加。在美国的黑勇士盆地，最常用的水计量方法是一种标定容器，也称计量桶。这种容器的容积一般为18.925dm3(5加仑)，用于井口收集产出水，并记录容器装满水所需的时间，由此换算成每日产水的桶数。第三节煤层气的矿场集输工艺2）气计量系统煤层气通常要进行单井计量和中央销售点计量。主要流量计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，特别是在计量压缩机的燃料用量时，差压式孔板流量计通过测量安装在管线中的孔板流量计上下游的压力差来计量气体流量。孔板流量计的优点是机械故障少，维护工作量小，可将管线的压力、温度及压差连续地记录在圆形记录卡上，可永久保存气井的生产史记录资料。缺点是流量值需要人为解释，产量变化较大时，记录卡片不容易解释准确。不过在记录卡片取下来以后，可用光学扫描仪对气井产量进行比较准确的估测。涡轮流量计常用于计量单井流量和总产量，优点是计量流量范围较大。缺点是运动部件较多，维护费用高。图7-2V型流量计节流装置示意图第三节煤层气的矿场集输工艺近年来差压式V锥流量计（图7-2）独特的结构使其具有较强的流动调整能力，可测湿气体，能在低差压下测量煤层气等显著优点，已在美国的煤层气工业开采中得到了大量的应用。管径逐步递增的配管设计方案不仅为煤层气生产带来巨大效益，而且可以防止各井之间的交叉影响或者通常因某个单向间有故障造成气体反注到附近的气井中。第三节煤层气的矿场集输工艺3)单层产量计量许多煤层气井有多个产气层位，为了改善生产管理，不仅要测量每口井的产气量、产水量和井口压力，在可能的情况下，还应该计量每一产层的产气量和产水量。单层产气量计量的方法之一是，当气井所有产层的产气量达到比较稳定时，用桥塞堵住下一个产层，当产量再次达到稳定值时，两者之差即为该产层的产量。这种方法适用于评价井或观察井，一般不适用于大规模开发的气田。美国研究了根据产出气或产出水的成分的变化来估算不同产层产量的方法。在黑勇士盆地的试验表明，根据产出气成分的变化来估算产层产气量是不成功的，但根据产出水的化学成分的变化，测算产层的产量有一定的可行性。第三节煤层气的矿场集输工艺例如，黑勇士盆地的BlackCreek产层产出水的溶解固相总含盐比MaryLee产层高一个数量级。通过对单产层完井的气井数据与同时对两个产层完井的气井的数据的比较，可在溶解固相总含量与每个产层的产水百分率之间建立相关方程。这种方法是评价水力压裂，确定是否要进行修井作业的有效工具。单层产气量计量的另一种方法是利用美国天然气研究所开发的产层隔离封隔器。它是一种充气膨胀式封隔器，安装时作为油管性的一部分安装在气井两产层之间。计量时，隔离封隔器充气膨胀，将产层完全隔离。亚拉巴马州的现场试验证明这种工具对储层管理十分有利。第三节煤层气的矿场集输工艺美国是煤层气商业化开发最成功的国家，其90%以上的煤层气产量是从圣胡安和黑勇士这两个煤田生产的，这两个煤田采用的地面钻井技术和煤层气集输技术已相当成熟(图7-3)。为此，着重对美国圣胡安盆地的煤层气集输系统进行了介绍。图7-3美国黑勇士盆地煤层气开采地面工艺流程图1.泵支架；2.针形阀；3.水流管线；4.阀；5.滤网；6.气体流动管线；7.滴水器；8.气体分离箱；9.过滤器；10.气体流量计；11.出水管；12.火焰消除器；13.火炬装置；14.绷绳支架；15.输气管图7-4圣胡安盆地典型的煤层气井场工艺示意图第三节煤层气的矿场集输工艺每个井场都装备有分离器、水处理设施和计量设施(图7-4)。产出的流体通过100m长的管线从井口输送至立式分离器，气流沿切线方向从进口管进入分离器内。气相回转向上进入顶部腔室，在此过程中，速度不断减小，使得气流均匀通过除雾器，分离器顶部出来的气体管输至计量设施；水通过液位控制阀从分离器底部排出至储水罐，煤粉等杂质随着水一起向下运动，降至分离器的圆锥形底部，由排污口排出。分离器外部装备有一个气体加热的水套，用自然通风燃烧器加热以免冬天水结冰。分离器入口还设置有一个控制阀，当运行压力超过分离器的名义操作压力时关闭气源。第三节煤层气的矿场集输工艺水接收装置包括2个容量为300桶的加热的、衬套钢罐，相邻的是一个容量为100桶的玻璃纤维污水坑，它作应急用且可接收从两个钢罐底部脱除的煤粉等杂质。流程是：分离器底部出来的水首先流入第一个钢罐，和第二个钢罐平衡，煤粉等杂质发生沉降。当水处理系统发生紊乱时，2个钢罐还可提供就地储存功能，以便继续生产。从第二个钢罐出来的水管输至一个气体驱动的输水泵，以提供足够的动力，往北输送至水处理系统。两个钢罐装备有气体覆盖系统，以阻止氧气进入。在罐和污水坑周围还设有土制的排水道。另外，因为井场没有可以利用的电，气体被压缩到100psi作为输水泵的天然气驱动，泵排出的气体被放空；调整到30psi的气体用作仪表用气、罐的燃料、分离器的热源以及储水罐的覆盖气等。第三节煤层气的矿场集输工艺二、分离煤层气井井身一般采用生产套管中下入油管的结构，这种结构使气水在井下得到初步分离。不管是从油管产出的水，还是从套管产出的气都需要在井口作进一步分离，然后再分别输送到气水处理点和销售点。在地面气水分离系统中，固相杂质的处理是十分重要的一个环节。固相杂质可能包括微小煤颗粒、碎石及来自压裂作业的砂，在某些气田地面管线中也会出现盐的沉积。水计量系统入口处最易出现固相杂质的聚积，但处理较方便，只要在分离器的下游，在水流量计之前安装过滤器即可解决。对于较大的固相杂质，可在井下泵的入口安装滤网以及减小气井作业过程中的井口压力的波动予以控制。分离气液（固）的分离器，按其原理可分为重力式分离器、旋风式分离器、混合式分离器三种。前两种应用最多。第三节煤层气的矿场集输工艺1）重力式分离器重力式分离器主要是利用液（固）体和气体之间的重度差分离液（固）体。气液混合物进入分离器后，液（固）体被气体携带一起向上运动，但