煤層氣輸送管道建設難點分析

李慶保 張永升 李昊日

(1.山西國化燃氣有限責任公司，山西 030025；2.山西省政府辦公廳，山西 030003)

1 引言

山西是中國煤層氣最為富集的地區，其勘探范圍、勘探程度、探明儲量均居全國首位。其中，山西省非常規天然氣 (包括煤層氣、 致密砂巖氣、 頁巖氣)資源非常豐富，預測總資源量約20×1012m3，約占全國天然氣預測資源總量的8%。其中：埋深2000m以淺的煤層氣預測資源量為8.31×1012m3，約占全國的27.7%；鄂爾多斯盆地東緣(河東地區)致密砂巖氣預測資源量為1.29×1012m3，沁水盆地也有廣泛分布、暫未進行資源評價；頁巖氣預測資源量為10.81×1012m3。2019年全省抽采煤層氣產量71.4×108m3、增長26.4%；利用量66.1×108m3，增長29.6%。正在推動沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣兩個煤層氣產業化基地正在全面開發，推動煤層氣綠色勘探開發、安全高效利用，加快煤層氣氣田與省級煤層氣主干管網、省內管網與國家管網、省內管網的互聯互通，推動煤層氣產業規模化發展水平，打造清潔能源供應基地和非常規天然氣基地。

2 山西省輸氣管道現狀

山西省依托煤層氣開發和過境內國家干網，現已形成貫穿全省的“三縱十一橫”煤層氣(天然氣)輸氣管網系統，成為了全國重要的油氣管道樞紐之一。其中：國家干線管網為中石油陜京管道1、2、3線、中石油西氣東輸一線，中石化渝濟管道等國家級輸氣主干管道，同時還在規劃建設中石化鄂安滄管道、中海油蒙西管道和神木-安平管道等國家干網輸氣管道，建成了以太原-和順-長治、保德-臨縣-臨汾、大同-大盂-平遙-運城的“三縱”省內主干管網，臨汾-長治、侯馬-端氏、離石-太原等“十一橫網”，正是山西省各大管網運營主體在十二五、十三五期間加大了管網投資、敷設力度，促使山西省煤層氣產業得到快速發展，截至目前，全省非常規天然氣累計探明儲量1.06×1012m3，其中：煤層氣0.71×1012m3，致密砂巖氣0.35×1012m3，全省累計施工鉆井15000余口，建成產能1.15×1010m3/a；煤成(層)氣累計探明儲量1.05×1012m3，已建產能9.50×109m3/a，運行鉆井1.5萬余口。2019年底統計全省長輸管道約8500km，實現了全省11個設區市全覆蓋、110余個縣和部分重點鎮實現管網全覆蓋，截止今年8月底，除大同天鎮縣、廣靈縣、新榮區，陽泉礦區，晉中榆社縣、臨汾汾西縣，運城萬榮縣(在建運城支線)、長治壺關縣都已覆蓋長輸管道，全省單位面積管網密度居全國前列，已初步形成了全省規劃布局的煤層氣(天然氣)“三縱十一橫十一環”管網體系。

3 煤層氣管道建設難點

根據《輸氣管道工程設計規范》中輸氣管道線路選擇的有關規定，結合管道敷設區域的地形、地貌、 環境、 工程地質條件、 交通、 人文、 經濟的發展狀況以及氣體流向、 氣量調配的靈活性、 實用性煤層氣輸氣管道線路選線及優化遵循基本規范和原則。

3.1 線路設置基本原則

(1)根據輸氣管道沿線主要用氣市場、資源集聚情況確定線路總體走向， 力求線路總體順直、 平緩，縮短線路長度，減少鋼材耗量，節約工程投資；

(2)充分與管道沿線各級地方政府規劃部門結合，滿足地方規劃的前提下，優化線路走向，確保靠近市場和資源，保證安全可靠距離；

(3)線路路由與鐵路、公路及河流的規劃建設相協調，線路盡量靠近和利用現有公路，以方便運輸、施工、生產維護和應急搶修；

(4)線路與鐵路、公路及河流交叉時應選擇地形平緩、地層穩定地段，確保管道施工安全的同時防止管道施工影響道路交通；

(5)線路走向選擇有利地形，盡量避開煤礦采空區、施工難度較大和不良工程地質段，以降低施工難度，減少線路水工保護工程量，確保管道長期、可靠、安全運行；

(6)盡量避開多年生經濟作物區和重要的基本農田建設區、重要的軍事設施、易燃易爆倉庫、國家重點文物保護區；

(7)線路大、中型穿越工程位置的選擇應符合線路總走向，其局部走向應根據實際情況進行調整，選擇合理的穿越方式和位置，在保證管道施工和生產運行安全的條件下，盡量降低施工難度，減少施工穿越工程量，節省投資；

(8)線路應盡量避開城鎮規劃區、飛機場、鐵路車站、海(河)港碼頭，國家級自然保護區和水源保護地。當條件受限必須通過時，應嚴格按《輸氣管道工程設計規范》關于地區等級劃分的要求進行設計，并應征得主管部門同意，并采取安全保護措施。

3.2 輸氣管道站場與閥室設置基本原則

為了發生事故時減少泄漏量，便于進行搶修，在管道上設置線路截斷閥室。線路截斷閥采用自力式氣液聯動閥，它具有上、下游管道放空，事故狀態下自動關閉的功能。線路截斷閥室的位置應選在交通方便，地勢開闊，地勢較高的地方。

3.3 煤層氣輸氣管道建設的難點

(1)受山西地形地貌影響選址規劃比較困難

山西省是典型的為黃土廣泛覆蓋的山地高原，地勢東北高西南低。境內大部分地區海拔在1500米以上，高原內部起伏不平，河谷縱橫，地貌類型復雜多樣，有山地、丘陵、臺地、平原，山多川少，山地、丘陵面積占全省總面積的80.1%，平川、河谷面積占總面積的19.9%。山西境內主要山脈：太行山、呂梁山、恒山、五臺山、中條山、太岳山等。山西境內有大同、忻州、太原、臨汾、運城、長治、晉城、陽泉、壽陽、襄垣、黎城等盆地。主要城市和縣城、鄉鎮、村落沿水而建、規劃布局空間受限，故山西省煤層氣輸氣管道選址比較困難，大部分管網多在山脊、河床、公路沿途敷設，受地質條件、規劃、交叉等影響施工難度大且易受外部事件影響。

(2)穿跨越多，施工協調難度大

受山西省地形地勢、河流、交通和規劃影響，煤層氣輸氣管道及天然氣管道建設受境內煤礦、工廠、學校、村鎮、鐵路、公路、河流、光纜、水利、市政管網等影響較大，部分區域穿跨越處集中自來水、污水、城市燃氣、電力、通信、供熱和鐵路、高鐵影響，施工空間受限，穿跨越長達1～2km，管網之間或管網與其他構筑物之間安全間距無法滿足要求，極大限制輸氣管道建設和運營，同時也制約高鐵及其他基礎設施建設、運營。

(3)煤礦覆蓋面廣、采空區、濕陷性黃土沉陷區范圍大且影響管網建設、運營

山西省90%的國土面積內富含煤炭資源和煤層氣資源，可以說山西省是坐在煤堆上走向的工業化和現代化，正是豐富的煤炭、煤層氣、鋁礬土及鐵礦等資源秉性，礦產采空區遍布各地，建設期間部分采空區沉降達7～8m，致使在建管網多次停工改線或運營管網燃氣事故、停輸等高危事件，煤礦采空區、沉陷區、黃土塬塌陷區已是煤層氣輸氣管道規劃、建設、運營中最大安全隱患和風險點。僅2017年冬供期間全省煤層氣輸氣干網因受長子、鄉寧、柳林、臨縣、屯里等區域采空區影響停輸5次以上，多次被迫架設臨時管線保障供氣，全年受采空區、沉陷區等影響改線、斷管、停輸不少于20次，并形成多次燃氣泄漏事故，啟動應急搶險。

(4)煤層氣氣質復雜，對管道腐蝕性強，加大煤層氣輸氣管網建設選材和設備選型難度

山西省煤層氣及煤成氣均自煤系地層壓裂抽采或部分是井下抽采提純經過凈化、過濾、脫水、增壓后進入管網。煤層氣組成部分主要是甲烷，相對比較清潔，但在運營過程中，沁水氣田、河東氣田煤層氣氣質均不理想，含有煤粉、黃土、水、輕質油、烷烴、一氧化碳、二氧化碳及部分氫和氮，雖經歷分子篩、過濾器、三甘醇等凈化裝置，煤層氣氣質復雜、不潔凈對煤層氣輸氣管網、場站設備、壓縮設備、計量設備及用戶造成非常大的負面影響。尤其是以某管道在晉城區域爆燃事故、某燃氣電廠因氣體雜質非停事故、管道內檢測出現的腐蝕坑等問題已嚴重影響區域供氣安全和全省供氣、供暖、供電安全。因煤層氣復雜的氣質，在后續建設中需要加強對管道選材加厚、提質、強腐蝕的要求，規避氫、酸、煤粉等雜質的影響，進一步在輸氣首站加強過濾、凈化、脫水、降塵裝置，保障運營安全，增減投資和建設成本。

(5)土地指標難壓覆礦產等原因難以協調站場、閥室用地

根據《輸氣管道工程設計規范》的規定：截斷閥最大間距應符合下列規定：在以一級地區為主的管段不宜大于32km；在以二級地區為主的管段不大于24km；在以三級地區為主的管段不大于16km；在以四級地區為主的管段不大于8km。同時輸氣站場的設置應符合線路走向要求，保證輸氣工藝的合理性及經濟性；輸氣站場的設置應符合工藝設計要求，實現天然氣接收、輸送、清管、分配的需要；輸氣站應位于地勢平緩開闊，供電、給排水、生活及交通方便的地方，應避開采空區、山洪、滑坡等不良工程地段和避免壓覆礦產。但實際上，輸氣管道的閥室、站場選址比管道路由選址還要復雜和困難，最難的就是壓覆礦產和避免采空區，閥室、場站盡量選擇沿公路、鐵路或保安煤柱上。根據自然資源廳有關礦產壓覆要求，輸氣管道的站場、閥室占地四角坐標及連線在占地面積基礎上，需要向下按照45°角進行測算壓覆礦產資源，簽署有關資產礦產補償或放棄協議，致使壓覆礦產協議無法簽署或完成，站場、閥室土地無法完成征地手續，證件不齊、手續不全影響后續項目批復、建設、運營和驗收，致使部分管網投產運營10多年無法取得土地證件，辦理后續手續。

4 應對措施及建議

山西省煤層氣輸氣管道建設合規安全事關全省煤層氣產業產輸銷用良性發展，更加事關山西省清潔能源供應基地建設。故針對以上風險，需要從規劃、設計、施工、上下游協同等方面加強聯系和互動，充分溝通、認真聽取各方意見，采用比較適合項目建設的方案進行項目建設。具體應對措施及建議為：

進一步強化全省基礎設施的規劃布局，將煤層氣(天然氣)輸氣管網與鐵路、公路、水利、開發區、自然保護區、旅游區、水源地等規劃布局與統籌，加強管網間的互聯互通，按照“三縱十一橫十一環” 管網布局、 加強監管、 互聯互通、 統一調度， 確保全省供氣安全和煤層氣產業健康發展。

加強規劃布局綜合管廊建設，將油氣管網與各類基礎設施提前規劃、統一布局、提前預留、有序實施，合理節約土地和資源空間。

在采空區、沉陷區、黃體塬等敏感區域，加強地質勘探和監測，規劃、設計、建設期間與自然資源、應急管理等主管部門、有關廠礦企業定期交流、加強信息溝通、共享地質信息，實施智能化數字化管道建設，在提高管道強度和材質同時，加大彈性敷設系數，減少對原土層擾動，管底管溝用沙袋減緩應力，同溝敷設傳感電纜和傳感器及監測設備提升管道智能化程度。

統一全省煤層氣氣質和進入管網、終端標準，變體積計量為質量計量，輸氣管道接氣首站和煤層氣集輸站(中心站)采用智能化氣質監測設施且互聯互通數據共享，定期校核和送檢氣質，提升煤層氣質量標準，為后續輸送京津冀及雄安做好儲備。

建議省自然資源廳將全省煤層氣輸氣管道、煤層氣集氣站等用地情況進行調研摸排后，統籌考慮聯合省發改委、能源局、財政廳及有關企業形成專項報告報省政府及省人大，完善規章制度，做好政策銜接，釋放煤層氣產業政策和能源革命排頭兵建設的政策紅利，完善煤層氣輸氣管道占地和壓礦手續，推動山西省煤層氣產業更加快速發展。

《山西省煤成氣增儲上產三年行動計劃(2020—2022年)》，指出，推進煤成氣增儲上產，是推進能源革命綜合改革試點的重要內容，是構建清潔低碳高效現代能源供應體系的實際舉措。正如習近平總書記強調的“京津冀一體化交通一體化先行”一樣，山西省煤成氣增儲上產就要加快輸氣管網建設和互聯互通。根據資源分布、市場需求，加強管道施工質量管控，提高管網質量和安全標準打造建設的“放心”，擴大管網覆蓋面，加快煤層氣氣田與省級主干管網的互聯互通要氣田“舒心”；推進省網與國家干網、省網之間的互聯互通，實現管道雙向輸送，最大限度發揮資源下載和上輸能力使供應“安心”；加快推進省內應急調峰中心外輸和省管互聯，實現調峰儲備資源應急保障，加快實現山西煤層氣與文23地下儲氣庫、沿海LNG儲氣調峰設施資源串換能力的“決心”。