煤巖氣藏井口集氣站工藝優化設計

敬軍淇　何志君

摘 要：我國的煤層氣資源異常豐富，但煤層氣井的地面技術工藝仍面臨著單井產量低，井漏壓力低，氣體組分復雜和投資成本高等經濟技術問題。本文以山西某煤層氣區塊為例，利用FLUENT和HYSYS軟件輔助設計，重點優化了煤層氣集氣站的氣液固三相分離器和氣體出站壓力及相關參數。根據方案設計，可顯著提高煤層氣的氣體純度，滿足長距離輸運要求，并顯著節約地面投資成本。

關鍵詞：煤層氣，集氣站，氣液固三相分離器，出站壓力

中圖分類號：TE155 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

作者簡介：敬軍淇（1988-），男（漢族），四川成都人，石油工程專業本科生，主要從事煤層氣相關工藝技術研究。

引言

全球煤層氣資源量為256.3萬億方，約為常規天然氣資源量的50%，我國煤層氣資源豐富資源量約為36.81萬億方。近年來，我國在山西的沁水和寧武等區塊，開展了大規模的煤層氣勘探和開發，取得了顯著的技術進步。但由于煤層氣儲層特征以及排水采氣的生產方式，導致從井口產出的煤層氣含有大量的水和和煤渣等固體雜質，給后期的集輸工藝造成很大困難[1-3]。同時，鑒于煤層氣井具有氣井壓力低，單井產量低的特點，本文對煤層氣的集氣站工藝進行了優化設計。重點優化了集氣站的氣液固三相分離器設備和氣體輸出壓力等級。

1 研究區塊概況

本文研究以山西某煤層氣藏為例，區塊目前生產井60余口，產量500～3000方/天，套壓介于0.1MPa～0.5MPa。產氣氣體成分以甲烷為主，還有少量的CO2與N2。產出水型以NaHCO3型為主，平均礦化度1200mg/L，pH值為8。此外還伴有少量的煤粉產出。

2 集氣站工藝優化

2.1集氣站工藝流程簡介

煤層氣甲烷含量（體積分數）超過98%，但其與水一起從煤層流出來，未經脫水之前煤層氣皆處于飽和含水狀態，屬于濕氣。氣體、水、煤顆粒在低壓條件下，進入集氣站首先進入分離器進行三相分離，再利用壓縮機進行加壓至1.1～1.4MPa，然后進入復熱脫水橇再進入空冷器使溫度降低。

2.2新型分離器撬裝裝置的設計

為了高效地分離氣體中的水和煤渣等固體雜質，并考慮煤層氣的集輸特點對分離器就行了改進設計。本設計選用FLUENT對分離器的流場進行仿真分析，通過仿真計算確定的分離器結構如圖1所示。

氣液固進入分離脫水橇，在一級旋流腔體中完成氣、液、固的初步分離，再進入二級旋流腔中進行二次分離；固體經過氣液旋流腔后，再進入固體旋流腔脫出的固體沉積，在固體倉室水從倉室開孔中逸出外排；從二級旋流腔脫水后的氣體，進入氣液分離加強室，氣體在迷宮分離室中進一步完成氣液固的分離。該分離撬裝裝置具有高效性，能很好的完成氣、液、固三相的分離。其設計壓力為3MPa設計溫度為100℃長度為4.8m高度為1.6m。

2.3集氣站出站壓力優化

區塊煤層氣井口的正常生產壓力為0.1～0.5MPa，而根據西氣東輸協議的相關規定，交氣地點為中央處理廠出口壓力為6MPa。根據采氣管線的長度及經濟壓降，確定采氣管線的進站壓力不低于0.08MPa。增壓工藝采用集氣站和處理廠兩地增壓。因此區塊內需要確定的是集氣站的出站壓力，同時根據集氣干線的經濟壓降（集氣管線最長20km流速8～10m/s確定經濟壓降為0.2～ 0.4MPa），確定中央處理廠的進廠壓力。

集氣站的出站壓力直接關系到集氣站和中央處理廠“兩地”增壓的壓比分配，“兩地”壓縮機組的投資及運行費，用對集輸管網管徑的影響較大，對降低地面工程投資起著重要作用[4-5]。根基前述要求，利用HYSYS建立計算模型，確定流程的壓力與工藝計算，并對比了不同方案下的技術參數和地面投資對比。計算結果如表1所示。

根據表1可知，考慮到壓縮機組運行參數、管網投資及綜合對比，方案技術經濟最合理，比方案1低2300萬元，比方案3低3550萬元；同時在技術參數現有常規設備能夠很好的滿足技術要求。因此推薦采用方案2，具體參數見表1。

3 結語

（1）煤層氣井具有低產、低壓的特點，井口產出流體呈固液氣三相流特征，為滿足生產要求，節約集輸成本，必須對集氣站工藝流程和設備進行優化和改進。（2）本文針對設計區塊的煤層氣井生產特征，重點對集氣站中的固液氣三相分離器和出站壓力進行了技術改進和參數優化，并結合經濟和技術參數給出了相應的優先方案。

參考文獻

[1] 薛崗，許茜，王紅霞，等.國內煤層氣地面集輸系統現狀及簡析[J].中國煤層氣，2011，8（5）： 40-43.

[2] 葛濤，許茜，陳平，等. 山西沁水盆地煤層氣田地面工藝技術研究[J].石油化工運用，2012， 31（9）： 14-15.

[3] 孟榮章， 李書文， 湯林. 大型氣田集輸管網布局優化[J].石油規劃設計， 1998， 18（2）： 16-18.

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