煤层气地面工程技术对标及发展趋势研究

时间：2021-09-18 10:03:35 所属分类：天然气工业 浏览量:

全国煤层气总资源量为36.81012m3，居世界第三位。根据《煤层气(煤瓦斯气)开发利用十三五规划》，2020年煤层气(煤矿瓦斯)抽采量达到240108m3，其中地面煤层气工业产量100108m3，利用率90%以上。2018年，我国地面煤层气工业产量72.6108m3，煤层气的发展空间潜

　　全国煤层气总资源量为36.8×1012m3，居世界第三位。根据《煤层气(煤瓦斯气)开发利用“十三五”规划》，2020年煤层气(煤矿瓦斯)抽采量达到240×108m3，其中地面煤层气工业产量100×108m3，利用率90%以上。2018年，我国地面煤层气工业产量72.6×108m3，煤层气的发展空间潜力大。但由于受多种因素制约，实际开发程度仍低于预期，主要是由当前产业政策、技术水平等因素决定的[1]。

　　美国和澳大利亚是目前国外开发煤层气规模较大、技术成熟的国家，将国内煤层气地面工程技术与美国、澳大利亚煤层气开发工程项目对比，发现国内煤层气地面工程建设在标准、设计理念等方面与国外存在较大区别。为此，通过对标找出差异，分析优劣，提出了煤层气地面工程技术的发展趋势与研究方向。

　　1、 标准

　　1.1、 集输规范

　　在站场公用工程方面，国内煤层气参照GB 50350—2015《气田集输设计规范》有关要求进行设计，以常规天然气的技术要求指导煤层气开发，未考虑煤层气低压、产量低、稳产能力差等特点，造成目前煤层气地面工程在总图、建筑、结构、通信、防腐、给排水等方面投资大，应根据煤层气开发的特点进行优化细化。例如，对站场的场地要求、建筑形式、通信要求等方面提出适合煤层气特点的相关规定[2,3]。

　　1.2、 防火规范

　　煤层气站场平面布置通常采用常规油气的GB/T 50183—2004《石油天然气工程设计防火规范》进行。各级站场防火间距、站场内的煤层气系统、紧急放空系统或放空火炬等相关要求都按照此国标执行。美国、澳大利亚在煤层气领域没有类似要求，如美国近年来投产的煤层气田，未设置消防水系统与集中放空系统(以就地放空系统取而代之)，也满足当地法律法规及技术标准要求。

　　我国的安全与消防设计规范要求天然气田地面系统必须根据处理规模，设置不同等级的消防水系统与放空系统(包括放空火炬)。在煤层气地面工程设计中采用GB 50183确定站场防火间距，存在建设标准偏高问题，尤其是防火间距偏大，不但给山区建设带来困难，更重要的是加大了建设投资，一定程度上导致了煤层气田地面工程的防火间距过于保守，适用性和经济性较差。

　　国内相关研究单位针对煤层气地面工程防火间距也开展了研究，并开展了模拟计算，得出安全防火间距比GB 50183标准减小50%以上[4]。为了提高投资回报率，应尽快制定煤层气地面工程设计防火规范，对煤层气田井场内部和集气站防火间距进行合理调整，使之更加符合煤层气的开发生产特点，形成煤层气田地面工程经济适用的安全技术体系，大幅降低征地和站场建设费用。

　　1.3、 其他规范

　　除上述规范外，煤层气地面工程其他规范，例如AQ 1082—2010《煤层气集输安全规程》、AQ 4213—2011《煤层气开采防尘防毒技术规范》、AQ 1081—2010《煤层气地面开采防火防爆安全规程》等，涉及原则、综述的内容较多，具体、量化的内容较少，对于指导煤层气地面工程设计、施工、安全、管理等适用性不强。

　　2、 设计理念

　　2.1 、站场工艺设计理念

　　在集气站工艺方面，集气处理站包括了集气、脱水处理等功能。国外一般设置段塞流捕集器，未设置多级煤粉分离和过滤分离装置、复杂的放空和火炬系统、消防水系统等，最大限度地简化优化流程，降低投资。国内煤层气处理工艺通常进站阀组、装置连接与切换阀组设置复杂;为保证压缩机组及脱水装置运行，通常分离、过滤装置设置也较复杂。在这些方面，国内应结合当地煤层气采出特性及设备的特性进行适当优化，以降低投资。

　　2.2、 安全设计理念

　　国外近年来投产的煤层气田未设置集中放空系统，采用就地放空系统。如加拿大煤层气区块的各类处理站，尽管有压缩机、燃气发电和脱水系统，甚至还有含硫化氢气体，但其放空系统均较简单，站场一般不设置放空系统，包括安全阀在内，所有气体泄放点均直接就地排放。这与国内现实做法差异较大，国内集气站、处理站均设置专用放空火炬，这是由于对站场正常检修放空、紧急放空的认识理念的差别所致[5]。

　　2.3、 消防设计理念

　　美国和加拿大煤层气区块井场、集气站、处理站均未设置水消防设施和可移动消防设施，这样设计满足当地政府及标准相关要求。煤层气着火后只能依靠紧急切断系统(ESD)关闭进出站阀门，开启放空阀，水消防系统没有任何实用价值。由于厂站无人值守，可移动消防设施放在现场没有实用价值，而是放在巡检人员的车上，人员到场，可移动消防设施就到了现场。

　　目前我国国家标准的强制条款规定：即使没有可燃的液体介质，当天然气处理规模达到一定量时需要设置水消防系统用于火灾时冷却和人员保护，这与美国、加拿大等国要求存在明显差异。

　　3、 低成本开发典型做法

　　通过对标，梳理美国、澳大利亚等开发煤层气技术成熟国家低成本开发的典型做法如下：

　　(1)煤层气气井口没有安装任何就地显示仪表，井口计量采用移动流量计，仅在进口预留两个接口，如图1所示。

　　(2)全站平面布置没有采用常规分区布置的原则，而是采取居中布置方式，装置、管廊都集中在场地中部，四周可以通行车辆，这样的优势是投资最省，配套系统投资很低。站内不建消防系统，连干粉灭火器都不要求设置。

　　(3)没有专门的控制室，自控柜和配电柜都设置在同一个房间。全站控制操作只有一个触摸屏，非常简洁，控制室内没有ESD操作盘。全站无人值守，压缩机启停采用远程操作，如图2所示。

　　4 技术研究方向及发展趋势

　　煤层气田属于低产、低丰度、低压气藏，单位产能投资成本高，难以适应煤层气田大规模开发的需要。因此，急需针对煤层气低成本的开发配套技术进行攻关，找到适合煤层气低成本开发的工艺技术，实现煤层气低成本、高效益开采。

　　地下与地上相结合，从钻井、采气到地面工程，用系统分析的方法来降低总体造价。在地质开发方案方面，根据煤层气特点和流体性质，优化直井、水平井、分支井布井方式，提高煤层改造效果，提高单井产量[6,7];在地面工程方案方面，对建设规模、关键技术、占地面积、系统工程等做出总体优化，提高煤层气开发的整体经济效益，形成成套的低成本开发工艺。通过对标分析，跟踪国内外煤层气地面工程技术发展趋势，提出了未来技术研究方向及发展趋势。

　　5、 结论

　　(1)国内指导煤层气地面工程设计的标准，特别是集输、防火等标准，按照常规气田要求设计，没有完全结合煤层气开发的特性，造成事实上的过头设计。

　　(2)在站场工艺、消防、安全等专业上，设计理念过于保守，造成投资过大。

　　(3)应针对煤层气的特点制定煤层气地面工程设计防火规范，对煤层气田井场内部和集气站防火间距进行合理调整，使之更加符合煤层气的开发、生产特点，形成煤层气田地面工程经济、适用的安全技术体系

　　(4)国内应进一步借鉴国外煤层气开发低成本做法，因地制宜，降低开发投资。

　　(5)研究煤层气排采规律、节点增压技术、采出水处理技术，推广煤层气橇装化及一体化设备，建设无人值守及智能化气田是煤层气地面工程技术发展方向。

　　参考文献

　　[1] 路玉林，王联军，王英超.中国煤层气产业发展现状及趋势分析[J].中国矿业，2017,26(1):19-22.LU Yulin,WANG Lianjun,WANG Yingchao.Analysis of the development situation and the trend of coal bed methane industry in China[J].China Mining Magazine,2017,26(1):19-22.

　　《煤层气地面工程技术对标及发展趋势研究》来源：《油气田地面工程》，作者：陈宇

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