煤層氣田集輸工藝優化與改進

王效偉（中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西長治 046600）

煤層氣田集輸工藝優化與改進

王效偉
（中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西長治 046600）

近十年來，我國煤層氣的開采產量迅速增長，由于我國煤層氣的開采比較晚，很多工藝技術還比較落后，特別是集輸工藝還很不成熟。通過對國內集輸工藝現狀進行闡述，分析了發展趨勢，并提出了一些集輸工藝技術的改進方法。

煤層氣；集輸工藝；改造

1　我國煤層氣田集輸工藝發展現狀

當前我國開采的煤層氣田中最大的是山西沁水盆地的煤層氣田，中國石油華北煤層氣分公司、中聯煤層氣有限責任公司等煤層氣公司在沁水盆地中都有煤層氣的建設項目，經過不斷的研究和實踐，在集輸技術上他們都取得了很大的進步。其中一種集輸工藝的集輸流程為：先將單井產生的煤層氣通過單井輸氣管送至閥組，煤層氣通過閥組會通過集氣管線進入集氣總站匯集，然后煤層氣會在集氣總站的壓縮機里進行增壓，增壓后的煤層氣會被送到處理母站中過濾、調壓、計量和緩沖，之后又會被送到母站壓縮機增壓，最后經過壓縮之后的氣體是可以直接銷售的壓縮天然氣（CNG）。還有一種集輸工藝，煤層氣經過管線進入閥組，所有的閥組都是通過枝狀的集氣管線和增壓站連接起來的，在集輸過程中是沒安裝增壓設備的。井口的分水包、安全閥等設備被撤除，在集氣管線低洼點安裝了凝水缸，會定期排出管線中的積水。

2　煤層氣田集輸工藝的發展趨勢

因為煤層氣田具有產量低、壓力低、滲透量低的特點，所以這些特點對集輸系統影響很大。特別是有的井里氣壓低導致閥組壓力太低或者由于井口偏遠，無法進入集輸系統，所以需要研制小型增壓設備來適應整個氣田的集輸系統。

煤層氣不像天然氣氣源比較集中、氣壓高，所以集輸工藝和天然氣大不一樣。天然氣的集輸方式并不適用于煤層氣集輸，而撬裝溶化裝置集群是分布式的溶化中心，這種裝置集群正適合煤層氣的特點。

煤層氣因為在生產過程中會產生粉塵，它們不僅會降低煤層氣的輸送效率，而且還會使閥門和儀表等部件受到損害。所以，對粉塵的高效分離是煤層氣高效集輸的前提，所以開發對煤粉高效分離的設備是目前發展的趨勢。

3　煤層氣田集輸工藝技術的優化與改進

3.1井口工藝的改造

剛開采煤層氣的時候，在井口都會安裝分離煤層氣中游離水的分離器。但是，后來發現煤層氣中沒有游離水，所以后來新井就取消了安裝分離器，這樣不僅可以節約用地還能節省投資。排水降壓采氣工藝，首先用抽油機把地下煤層中的水抽出，然后抽出來的水會被輸送到井口附近的晾水坑中晾曬，它會自動蒸發。底層壓力會隨著地下水的抽出而降低，煤層氣隨著壓力降低會不斷析出，當套管壓力到達0.2MPa（G）時，煤層氣會經過采氣管道進入煤層氣采集系統。

3.2集輸管網及閥組工藝的改造

集輸管網采用的是枝狀管網，井口都安裝了放空管，一旦管線發生事故，所有連通的管網都因此被影響。所以，經過一系列的模擬計算，采用枝狀管網，并將井口放空全部取消，由閥組來統一放空。另外，所有的井口都安裝流量計不僅投資高，而且維護困難，所以改用閥組進行總的計量也可以進行單井輪換計量。RTU無線傳輸系統可以將閥組的總流量、溫度、壓力等參數傳輸到增壓站。根據天然氣集輸工程的經驗，在集輸管道低點安裝凝水缸，這樣可以有效地避免集輸過程中出現的積水現象。

3.3集中增壓站工藝的改造

集中增壓是指將壓縮機安裝在集中增壓站對煤層氣進行集中增壓，煤層氣先輸送到集氣閥組中，然后再通過集氣支管輸送到集中增壓站，讓煤層氣能一次性增壓達到外輸壓力的要求。集中增壓站適用于井口的氣體壓力能直接送至集中增壓站的氣田。在增壓站入口端設有緊急斷開閥和緊急放空閥，一旦發生事故，立即把緊急斷開閥關閉同時也把緊急放空閥打開，將氣體排放到大氣中去。在進、出增壓站煤層氣管道上的壓力和溫度等參數和壓縮機的運行參數進去儀表間的過程中，控制系統然后檢測并顯示。在集氣站的外輸管道安裝有流量計，對煤層氣輸出的過程進行實時監測并顯示。

針對煤層氣開采初期產氣量少的規律，將增壓站的壓縮機進行優化。壓縮機選型應注意如下兩點：①壓縮機應選擇處理量小的型號，并同時保留處理量大的型號，以便后期煤層氣產量大時使用；②壓縮機優先選用螺桿壓縮機，因為螺桿壓縮機具有比往復式壓縮機更高的可靠性，更方便的維護性，更低的造價。

3.4抽油機排采過程的動力改造

傳統的抽油機存在很多問題，效率低下且沖擊負荷較大，還容易發生事故，產溶量低下，能耗大、鋼材消耗多。

鏈條式數控抽油機和傳統的抽油機相比有很多優點：①它采用了全數據電力拖動系統，綜合了多種控制技術，很符合機電一體化的思想，它可以根據開采過程中的不同要求任意調整以達到對沖程和沖次的調節。和傳統的抽油機相比具有可以隨機的變換“姿態”。②不再是曾經單一的機械運動，它可以根據開采過程中井下的地質條件、開發特征和井口特征進行綜合分析以達到實時控制的目的，始終選擇最佳的運動姿態運行。③它也可以先在計算機上模擬，選擇出最佳工況中的工作參數，然后將這一系列的參數傳輸到抽油機的數控系統，這樣可以使地面的動力端和井下的溶力端協調工作。和傳統的機械結構相比更簡潔，鋼材消耗少、能耗低、操作容易、使用更加方便。沖程和沖次等運行狀態不再需要以往高強度的人工操作，直接由許多微處理單元控制，完全符合煤層氣井的開采。

目前絕大多數沁水盆地煤層氣田的煤層氣井均處于山區，交通不便。為探索抽油機的動力最優形式，各煤層氣開采公司都采取了不同的動力方式，分別有：①燃氣發動機直接驅動抽油機；②采用小型發電機為閥組所轄井的抽油機提供動力；③采用大型發電機或電網為抽油機提供動力。根據中聯煤層氣有限責任公司的開采經驗來說，采用大型發電機或電網為抽油機提供動力的方式為最佳。由于燃氣發動機及小型發電機數量大、故障率高、交通不便，導致燃氣發動機及小型發電機無法及時修理，并嚴重影響實際年抽采天數。一個煤層氣田選用的抽油機建議為同一廠家所生產的。若同一個煤層氣田中選用不同廠家的抽油機時，會造成如下缺點：①安裝難度大，不同抽油機對基礎的尺寸與其他要求不同，造成施工無法統一；②后期生產難度大，不同抽油機的正常運行參數要求不同，造成采氣工對抽油機的運行操作難度加大；③維修難度大，不同抽油機的零件無法通用，造成采購成本及難度大。

4　煤層氣田集輸工藝網絡化技術研究

如何把集輸管理綜合信息系統和地理信息系統的優點有機地結合起來，是煤層氣集輸工藝目前的發展方向，兩者相結合形成煤層氣田集輸網絡化管理的獨特特點，在國內還是一個新的領域。目前還存在一些技術問題，例如，國家還沒有建立煤層氣田系統的基礎數據管理規范，所以可以根據這些缺點，研發一種既能保障煤層氣田集系統安全穩定運行，又能便于管理的網絡技術，這是未來煤層氣規范化集輸的發展趨勢。

5　結語

我國是煤層氣資源大國，為了有效緩解我國能源短缺，可以加快對煤層氣資源的開采。由于我國地質、地形等特點都比較特殊，目前集輸工藝還處于發展階段，煤層氣集輸工程的投入多，回收少，很難形成像天然氣一樣的大規模集輸。在國家的大力投入下，主動增壓技術、集輸管網除塵、抽油機排采過程的動力改造、集輸工藝網絡化等技術已經有了很大的進展，未來煤層氣田集輸在國家和企業的努力下還會有更大的提升。

[1] 龐濤.焦坪礦區煤層氣井排采工藝技術研究[D].煤炭科學研究總院，2014.

[2] 劉文偉.煤層氣田地面集輸工藝技術探討[J].中國煤層氣，2014，（2）：33-36.

Optimization and Improvement of Gathering and Transportation Technology in Coal Seam Gas Field

Wang Xiao-wei

In recent ten years，the rapid growth of China's coal-bed methane mining production，due to China's coal-bed methane extraction using relatively late，a lot of technology is still relatively backward，especially gathering technology is not very mature.Based on the current situation of the domestic gathering and transportation technology，this paper analyzes the development trend，and puts forward some methods to improve the technology of gathering and transportation.

coal bed gas；gathering and transportation technology；transformation

TE866

B

1003-6490（2016）03-0040-02

2016-03-21

王效偉（1987—），男，山西隰縣人，助理工程師，主要研究方向為煤層氣集輸優化。