煤層氣管網運行現狀與監測技術研究

鄒紅剛 沈安迪 王 旭 李志彬 楊 超 熊建平

(中國石油華北油田分公司山西煤層氣勘探開發分公司, 山西 046000)

據統計，中國的煤層氣儲量居世界第3位，與天然氣儲量相當。隨著世界各國對環保的重視和能源需求的增大，煤層氣開采受到重視，集輸管道系統的建設也進入快速發展時期，煤層氣生產采用“排水采氣”工藝，煤層氣的采輸系統屬于低壓系統，采輸系統的效率和穩定性在開發后期直接影響煤層氣單井的產能釋放，煤層氣排采井管網即采氣管網，采用的多形式連接方式，形式上的差異，出現了管控上的差異，在管控上不斷的摸索、實踐中，逐步增強其適應性，保障煤層氣井排采持續穩定。

1 管網聯入方式差異性認識

煤層氣井管網由單井、多井采氣管線多采用枝狀、閥組管匯的交匯成采氣支線、干線，由各采氣干線并入集氣站站場，沿線各支線、干線名稱按約定俗稱；環狀管網在地熱供暖管網中廣泛應用，在煤層氣管網應用不多。

枝狀管網是最經濟的一種聯入方式，按單井搭接、多井并入、管容漸增的思路，各采氣管線分枝匯成采氣管線的主干，形成了枝狀管網。枝狀管網在應急處置、后續調改、管線積液治理方面，逐漸顯現出其短板，雖在支、干線節點的增加了分段控制，但控制節點截斷影響面大，且控制節點的分散，增加調控難度。

閥組管匯融合枝狀管網聯入形式，各枝狀管線形成閥組管匯各支線，在由閥組管匯至集氣站場形成采氣干線。閥組管匯相比枝狀管網雖增加了閥組管匯的建設投入，但其集中調控的優勢明顯，利于生產管理，且截斷影響面小。

環狀管網也融合了枝狀管網聯入形式，采用環狀為主干框架，各枝狀管線搭接，環狀管網相比枝狀管網增加了采氣管線建設投入，也面臨著枝狀管網的節點控制困擾，但采出氣的雙向流能使其管容增加一倍，管線水堵的機率會降低一倍，環狀管網的枝狀控制、環狀控制也可減少管線截斷的影響。

2 運行方式與故障判定

2.1 管網臺帳建立與運行監測

采氣管網臺帳是指導煤層氣井管線泄漏、水堵的應急處置，管線調改的依據，對關鍵節點閥門、管線規格、煤層氣井前后左右聯入方位順序、凝液缸位置等進行了標注，如圖1閥組管線示意圖所示，融合了枝狀管網、閥組管匯兩種聯入形式。

圖1 閥組管線示意圖

2.2 故障識別

煤層氣開采過程中，由于煤層井壁失穩、基質破裂等原因而產生煤粉，井底的水和煤粉在排水采氣過程中到達地面，大部分煤粉懸浮于水中在井口排出，但仍然有部分水和煤粉隨氣體進入采氣管道。除此之外，飽和氣體在采氣管道中流動，隨著溫度和壓力變化，其中的飽和水將會析出。煤層氣開發井具有單產量低，井數多，運營成本低等特點，一般單井井場、閥組集輸設備簡單，井口無脫水工藝，低壓集氣管網，壓降相對小，那么壓降產生的溫降小；煤層氣在管網運移過程中依然要克服位差、沿程摩阻，必然產生能量損耗。

煤層氣生產地處山區，早晚溫差較大，冬季凍土層達50cm左右，煤層氣生產過程中出現的溫差、壓差(位差、節流)，改變了煤層氣單位氣體飽和含水量，運移過程狀態的變化產生氣液分離，凝結的水滯流在煤層氣管道內直接影響采氣、輸氣效率。

2.2.1 數據對比法

按圖1閥組管線示意圖將閥組各單井左右遠近、各支線、干線依次排列見表1煤層井管線預警表，采用EXCEL表格中的引用公式、條件格式，將昨日氣量、管壓與當日氣量、管壓進行對比，一是篩查煤層氣單井水堵、管線泄漏點；二是單井掃線效果不明顯，從掃線方式單一、積液點定位不準確，需要從單井(點)到多井(線)的認識，來判斷積液點。

表1 煤層氣井管線預警

2.2.2 圖表法

按圖1閥組管線示意圖將煤層氣集輸管線關鍵節點進行描述刻畫，通過昨日管壓Pz(MPa)，當日管壓Pd(MPa)，昨日累產氣Qz(Nm3)和當日累進氣Qd(Nm3)的變化趨勢，快速定位識別管線泄漏、積水、凍堵等故障，提高煤層氣井管線管理的時效性， 氣量止損效率， 如支線積液： Pd>Pz，ΔQz>ΔQd。

實例：按圖1左邊支線三口單井Pz≈0.035MPa，對比當日同時刻數據，三口單井管壓ΔP≈0.003MPa，ΔQz=1602Nm3>1320Nm3=ΔQd，可判定H1-2這段支線有積液。

通過以上案例管壓與氣量進行邏輯關系推導，可對采氣管線的數據比對進行快速定位，制定對應的預防或應急措施，閥組示意圖、數據對比方法將故障識別流程化、簡單化，可操作性大大增強，解決了以往發現異常后排查時間長，治理手段無針對性的問題，提高了煤層氣集輸系統故障識別處理的效率和準確性。

2.2.3 現場識別

(1)單井識別

套壓、管壓上升或波動明顯(除去站場回壓、儀表凍堵漂移、地質因素影響)，需關聯判斷；瞬時(工況)波動大于等于4m3/h(瞬時波動、流量計進口旋渦發生器內有雜物、單流閥閥芯等因素)；需掃線的井滿足一個條件或多個條件，存在多重因素影響。

(2)站場識別

采出氣由各采氣干線組成的管匯進入集氣站場，除環狀管網，集氣站站場回壓，集氣站站場作為煤層氣井管網重要的樞紐，進站壓力、外輸量的波動作為管網預警的主要監測點。進站壓力與外輸量相互關聯，外輸量不一定隨著進站壓力的升高而增加，單井產能增大，進站壓力升高，外輸量也會增加；進站管匯壓力與各支線壓力相互關聯，進站壓力降低，各支線壓力降低，降幅對比不明顯，可采取逐條關斷支線的辦法，在泄漏查找、破損查漏上都可適用。

3 結論

煤層氣管網采用的三種聯入方式，各有其經濟性、適用性，后期的把控管理好才是重中之重，煤層氣井管網運行要以制度管理夯實基礎，以數據分析強化狀態監測，以措施、預防檢驗管控效果，遵循預警(診斷)、預防(措施)、治理(緩解)的原則，結合煤層氣總控平臺的優勢資源，不斷創新管理方法，形成一項長效的機制延續下去，保障煤層氣井管網運行管理高效、平穩。