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34 第 19 卷 第 4 期 石 油 规 划 设 计 2008 年 7 月 * 刘 烨，女，1967 年生，高级工程师。1989 年毕业于沈阳化工学院有机化工专业，获学士学位，现在中国石油天然气股份有限公司规划总院油气田 所从事油气集输与天然气加工的规划工作。通信地址北京市海淀区志新西路 3 号 938 信箱，100083 煤层气地面工程工艺技术及优化分析 刘 烨 巴玺立 刘忠付 郭 峰 马建国 中国石油天然气股份有限公司规划总院 中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司 刘 烨等. 煤层气地面工程工艺技术及优化分析. 石油规划设计，2008，19（4）34～37 摘要 我国有丰富的煤层气资源，加速煤层气的开发，不仅可以缓解天然气紧缺的矛盾，还 可以保证煤矿的安全，减少大气污染。介绍了煤层气与常规天然气的异同，结合煤层气的采出特 点，论述了如何确定煤层气外输的最佳方案；煤层气井口、集气站及处理厂地面建设工程的主要 工艺技术；及降低地面建设投资和运行费用的优化措施。 关键词 煤层气 开采特点 集输工艺 处理工艺 外输工艺 优化措施 经济评价 我国的煤层气储量丰富，居世界第三位，全国 煤层气的总资源量约 36.810 12m3，埋深在 1000m 以内的浅资源量为 17.910 12m3。主要分布在山西、 陕西、东北、新疆、内蒙古、河南、重庆、云南和 贵州等地区。 煤层气的成功开发不仅可以缓解天然气供需紧 张的矛盾，还可改善煤矿的安全生产条件，增加洁 净能源，减少大气污染，带动相关产业的发展。同 时，也是实现国家关于“开发新能源、实现能源利 用与环境保护同步，保证可持续发展”和保障我国 能源安全的重要措施之一。通过近几年完成的相关 煤层气地面工程的大量调研及研究工作，现对煤层 气的地面工程工艺技术及优化进行论述。 1 煤层气与常规天然气的异同 1.1 组分大体相同，热值相当，用途相同 煤层气主要由 95以上的甲烷组成，另外 5 主要是 CO2和 N2；天然气成分主要是甲烷，一般还 含有乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的烃类及非烃类 组分。 煤层气高热值为 36～38MJ/m 3； 低热值为 32～ 34 MJ/m 3。天然气高热值为 37～43MJ/m3；低热值为 32～36MJ/m 3。两种气体均是优质能源和化工原料， 可以混输混用，两者具有互换性。 1.2 不同点 天然气与煤层气在开采方式及地面建设存在着 不同，详见表 1。 表 1 天然气与煤层气气藏开发比较 项目 天然气气藏 煤层气储层 埋深 有深有浅，一般大于 1500m 一般小于 1500m 储气方式 圈闭，游离气 吸附于煤系地层中 （大部分） 开采范围 在圈闭范围内 大面积连片开采 气体组分 由于天然气是在不同地质条件 下生存的，其差异较大。主要 为烃类气体，甲烷比例较高； 非烃类气体多为 N2、 H2S、 CO2、 CO、O2、有机硫等 95以上是甲烷 井距 大，可采用单井，一般用少量 生产井开采 小， 必须采用井网， 井的数量较多 储层压力 中高压或高压 低压 初期单井产量高 低 井口工艺 注入抑制剂，防止生成水合物 经分离去集气站； 增压后去集气站或 气体处理厂 2 煤层气外输方案的选择 煤层气的地面集输工艺与目标市场密切相关， * 第 19 卷 第 4 期 石 油 规 划 设 计 35 首先应分析确定煤层气的合理流向、目标市场，确 定煤层气的最佳外输方案。 煤层气采出时压力较低，低压输送，理论上就 近利用较经济合理。实际上，由于煤层气外输受气 田附近是否有较成熟的输气管网，产量是否与市场 需求相匹配等诸多因素的影响，往往就地利用并不 是最经济的外输方案。 确定煤层气的外输最佳方案，需从以下两个方 面进行分析一方面，气田周边是否有已建天然气 管道，煤层气的外输应充分考虑利用气区周边的已 建管道，以节省管道建设投资；另一方面，在进行 外输方案经济比选时，因煤层气井口压力较低，采 用不同的增压方案， 其增压投资及运行费用也不同。 因此，在优选增压方案时，应对井口至外输的全过 程进行整体综合比选。 3 煤层气地面生产工艺 煤层气相对天然气，气体组分较简单，且不含 酸性介质，井口压力较低，所以地面生产工艺比天 然气简单，不需净化处理，只需增压脱水就可以外 输。煤层气地面集输工艺应采用低压集气、分段增 压、集中处理的总工艺流程。 3.1 确定合理的压力级制 在煤层气的地面集输工艺中，增压工艺是集输 工艺的关键。 合理确定集输系统压力级制至关重要， 不仅可以节省煤层气的地面建设投资，还可降低运 行费用。确定煤层气流向、目标市场后，将集输、 外输压力整体优化。煤层气的井口压力很低，一般 在 0.2～0.5MPa，需在集气站、处理厂设置压缩机进 行增压。根据煤层气的井口压力、外输压力，估算 集气站不同的出站压力及集气站、处理厂的投资， 然后确定煤层气出集气站和进处理厂的最优压力， 使集气站和处理厂的压缩机配置达到最优化，使煤 层气的增压投资降至最低。 3.2 煤层气地面生产工艺及优化分析 煤层气地面生产工艺由井口、集气站及处理厂 3 种工艺构成，总流程示意见图 1。 3.2.1 煤层气井口工艺 井口采用抽油机将储层的水采出，分离器将水 中带出的气体分离后，污水排至井场水池中。煤层 气解吸后由套管采出， 0.2～0.5MPa 煤层气经采气井 口采出后，与气水分离器分出的气体混合，通过分 离、计量，经采气管道输至集气站。井口分离器及 计量设施为橇体，可根据开采情况，将橇体移到其 它井口继续使用。 井口工艺流程可进一步优化简化，在采气管道 不形成水合物的前提下，直接进行湿气输送，可取 消气水分离器，工艺流程示意见图 2。 3.2.2 集气站工艺 各井口来的煤层气进入站场，经气液分离后， 气体进入压缩机组增压，经冷却分离后，计量外输。 分离出的污水进入排污池，排污池设有放空管，污 水中残留的气体经放空管引至安全处放空。一般煤 层气进入站场的压力很低，常常低于 0.1MPa，在集 气站需进行几级压缩，出口压力为多少，需根据最 终的外输压力综合考虑而定。工艺流程示意图详见 图 3。 如果集气干线没有水合物形成，在集气站可不 设脱水设施。煤层气集中脱水较经济，在煤层气处 理厂设置脱水装置， 煤层气经集气干线输至处理厂， 在处理厂进行集中脱水。 3.2.3 处理厂工艺 煤层气从各集气站经集气干线进入处理厂，经 增压脱水处理后，达到天然气国家标准的气质要求 后外输。煤层气集中处理规模较大时，脱水工艺可 考虑采用三甘醇脱水方案。三甘醇是目前国内外普 遍使用的天然气吸收脱水的溶剂，三甘醇露点降通 常降低 33～50℃，甚至更高；三甘醇的蒸气压低， 携带的损失小，热力学性质稳定，脱水操作费用低。 因此，可选用三甘醇作为吸收剂进行脱水处理。 由于进入处理厂的压力较低，可采用先增压后 采气树 抽油机 去放空 流量计 流量计 放空管 消气器 去采气管道 图 2 优化简化的井口工艺流程示意 水池 集气 支线 采出水 水 池 井 场 集气站 处理厂 计 量 外 输 增压、分离、计量 增压、分离、脱水分离、计量 集气 支线 计量 图 1 煤层气地面生产系统工艺流程示意 36 刘 烨等煤层气地面工程工艺技术及优化分析 2008 年 7 月 脱水工艺，以降低脱水装置规模和运行成本，降低 处理厂的建设投资。处理厂的工艺流程见图 4。 4 压缩机选型优化 压缩机是煤层气地面生产系统的主要设备之 一，选择合理的压缩机机型及驱动方式，可节省煤 层气的地面投资及运行费用。 4.1 压缩机选型 适合煤层气地面集输的压缩机主要有往复式和 离心式两种类型。离心式压缩机的主要特点是排量 大、重量轻、结构简单、流量平稳，缺点是易产生 喘振、单级压缩比较低。往复式压缩机的主要特点 是效率高、压缩比高、对进气压力的稳定性要求较 低、无喘振现象，缺点是结构复杂、流量不均衡。 由于煤层气气量较小，流量波动较大，且压缩 比较高，离心式压缩机很难满足要求。由于往复式 压缩机压比较高，流量调节范围较大，比较适合流 量和压力变化，因此选用往复式压缩机比较合适。 4.2 压缩机原动机选型 压缩机有电动机驱动和燃气轮机驱动两种方 式。电动机驱动方式需配置相应的输、配、变电系 统，电动机的供电要求为一级负荷，因其能源取自 电网，故受电网的制约因素较大，一般在环境要求 高、外部电网供电可靠、电价较便宜及电源充足的 地区选用。燃气轮机驱动方式需配置相应的燃料气 系统、控制系统、启动系统和 1 套较小容量的供配 电系统；燃气轮机驱动方式所用燃料气可直接取自 附近的煤层气集输系统，对外界供电的需求量小， 依赖性小。燃气轮机是在沙漠无电、电网薄弱、电 价较高和电源紧张地区的首选机型。无论是采用电 动机驱动方式还是采用燃气轮机驱动方式，在技术 上都可以满足输送工况的要求。如何选用压缩机采 用的驱动方式，应进行经济比较综合评价后确定。 来自集气干线 放空 分液罐 紧急切断阀 排污 收球筒 发球筒 流量计 压缩机橇分离器 放空 缓冲罐 三甘醇吸收塔 压缩机入 口分离器 放空 加热 甘醇再生系统 排污 去外输管道 图 4 处理厂工艺流程示意 甘醇再生塔 采气管线来气 采气管线来气 紧急切断阀 汇 管 压缩机橇 分离器 发球筒 过滤 分离器 放空管 去集气干线 去集气干线 图 3 集气站工艺流程示意 第 19 卷 第 4 期 石 油 规 划 设 计 37 5 采气管线优化选择 根据煤层气井口压力较低（0.2～0.5MPa） ，不 含 H2S、含微量 CO2的特点，采气管线可对选用非 金属管和金属管两种管材进行比选。 天然气集输工程中由于管径小，常选用无缝钢 管和直缝电阻焊管。直缝电阻焊管具有精度高、价 格便宜、塑性及韧性好等方面的优点。国内直缝电 阻焊管的生产质量与国外同类产品有一定的差距， 在使用范围上通常用于低压、小口径、净化气输送。 非金属管包括混凝土管、玻璃管、玻璃纤维管、 塑料管、橡胶管、陶瓷管、陶土管以及柔性复合管 等。在油气集输工程中，主要采用玻璃纤维管、柔 性复合管和 PE 管（聚乙烯管） 。柔性复合管与 PE 管相比，性能均能满足需要，但柔性复合管比 PE 管价格略高，且生产厂家较少；PE 管与无缝钢管相 比，PE 管具有重量轻、韧性好、耐低温性能好、无 毒、价格便宜、耐腐蚀、施工工艺简单、施工费用 低等优点；缺点是抗压、抗拉强度较低，机械性能 不如钢管。 根据聚乙烯燃气管道工艺技术规程CJJ63 2005，聚乙烯燃气管道的最大允许工作压力不大 于 0.8MPa （表压） ，主要有 PE80 和 PE100 两种型 号。每种型号又分为 SDR11 和 SDR17.6 两个系列 （SDR 为标准尺寸比，即公称外径与壁厚之比） ，规 格从∅20mm～∅630mm。 PE80 聚乙烯管的最大承压 为 0.4MPa；PE100 聚乙烯管的最大承压为 1.0MPa。 根据煤层气井口压力较低的特点及经济比选结 果，可选用 PE 管，以降低采气管线的的投资。 6 结束语 目前还没有煤层气开发地面工程建设的建设标 准，对于投资规模的控制、建设水平的确定、投资 估算指标都没有明确的规定。如果完全按照天然气 气田标准执行，会造成标准高、投资大。在煤层气 地面建设中，正确认识煤层气单井产量低、井口压 力低等特点，在保障安全、满足开发生产需要的前 提下，可优化地面建设方案，降低建设投资，提高 煤层气田开发的总体经济效益。 收稿日期2007-12-11 编辑马三佳 （上接第 27 页） 在采购谈判中应该充分考虑各个因素。 签订合同时， 必须保留质保金；实施过程中，应及时保留有效证 据，合理索赔。 4.3 采办后置期 这个时期所考虑的主要有两个问题项目剩余 材料和第三国进口设备返回国内。 项目剩余材料在承包合同签署时应注意项目 剩余材料回收的物权归属问题，明确与业主对于剩 余材料的归属界面及定义，并约定双方的职责。回 收物资如在当地销售，应考虑税收、帐务处理。 第三国进口设备返回国内应在返回国内前计 算设备返回的成本，包括进口关税、运输费用。了 解目前国内旧机电产品进口许可证的办理程序，提 前进行申请工作，同时注意返回的时间与许可证的 有效期。 5 索赔与反索赔风险及对策 由于项目在实施过程中与招标文件规定有出 入，使工程量增加从而导致承包商费用增加，如果 在签署的 EPC 合同里明确有这方面的规定，则可很 顺理成章地解决工程后期的索赔问题。 在项目实施中，由于业主原因而出现设计或施 工方案变更导致承包商投资增加时，承包商则要准 备相应的索赔文件， 为工程后期的索赔工作做准备。 文件内容有索赔事件描述、合同中原始规定与现 状的差异、 增加的费用以及工期计算的方法和依据、 实施和验收的证据文件（如现场监理通知、照片、 会议纪要、备忘录、录音资料）等。 如果业主反索赔经验丰富、准备充分的话，甚 至有反索赔成功的可能， 导致承包商成为被索赔方。 因此，索赔工作一定要有据可依、有章可循，从证 据和事例上进行充分的索赔准备。 项目实施过程中， 如果发生不可抗力而导致项目无法实施，承包商可 按照 FIDIC（英国工程学会编的国际通用合同条款） 相关条款提出合同终止要求，并按惯例进行费用清 结算工作。 收稿日期2008-03-14 编辑马三佳 50 Vol.19 No.4 Petroleum Planning Engineering July. 2008 Standardized Construction of Surface System in Sulige Gas Field Ran Xinquan，et al. On the basis of summary，optimization and simplification of well-station flow diagrams，process facilities，as well as the content， size and criterion of construction，a standardized，normalized and serialized design and construction s were ed through process flow diagrams unification，key-equipment designs finalizing， units modularity，moderate prefabrication and rapid field assembly in Sulige gas field. Wells by the tens of thousands and gas gathering stations over one hundred will be built in Sulige gas field，and twenty stations will be built every year. Materials and equipments may be procured in advance due to the above-mentioned standardization，and the construction period may be shortened and the quality of the project may be improved accordingly. Analysis on Energy Management Factors in Petrochina Oil and Gas Production Ma Jianguo，et al. Petrochina total energy-saving goal and the energy-saving goal of Petrochina oil and gas productions （upstream business） during the 11th five-year period were introduced. The particularity of energy conservation was pointed out by analyzing the objective characteristics of the upstream business. The impact factors of energy management were analyzed. Besides intensifying research and investment in technology and measurements ， interior mechanism should be dissected in order to promote the realization of the total energy-saving goal of Petrochina. Explanation on ““Planning of Pipeline Telecommunication Network in Petrochina”” Shi Li，et al. The main content of transmission network in“Planning of Pipeline Telecommunication Network in Petrochina” was introduced in this article. The development objective of pipeline telecommunication network in 2008 to 2010 was put forward by analyzing the problems of current transmission system. On the basis of making full use of existing network， the network infrastructure was optimized by using the thought of delamination. The security and reliability of the telecommunication network were improved greatly by introducing advanced technology. Summary of Oil and Gas Pipeline Integrity Management System Abroad Zhang Ling，et al. Most overseas pipeline companies adopt Pipeline Integrity Management （PIM） currently. PIM is a management mode that centers on the reliability and the risk pre-control. The development of overseas PIM system was introduced. The concept ， content ， and implementation principle of PIM were described. Some suggestions for the implementation of PIM were given. Development of the Ination Plat System for Oil and Gas Pipelines Qian Chengwen，et al. Due to the urgent need of different kinds of ination both at home and abroad during the development of the oil and gas pipeline industry at present，a design proposal of the ination plat system for oil and gas pipelines was proposed. The functions，key technology， and objective of the plat system were introduced. The data at of documentation ination was normalized. In the meantime，the database management system integrating with the functions of data entry，data editing，data retri，records keeping， and data backup was set up. Consequently，the database management system is worthy of application. Digitization of Surface System Based on Engineering Documents in the Oil-gas Fields Liu Zunliang，et al. The framework and database structure of current GIS in the oil and gas fields in China can not sufficiently fulfill the requirement of the surface system，and meanwhile the engineering documents can not meet the requirement of GIS establishment. According to the present technical situation of data acquisition，ination collection，data conversion， and data loading， in this paper it centered on the s to be explored， which could meet the requirements of relevant criteria and GIS establishment，make full use of the effective data ed in the course of survey，design，and construction，reduce the investment of digitization work，and ensure the implementation of digitization. A Brief Approach on the Design of Oil Pipelines Crossing Severe Cold Forest Regions Jin Zhengli，et al. There was a great deal of difference between severe cold forest regions and ordinary regions for the construction of large oil pipelines. On the basis of analyzing the specific characteristics of pipelines crossing frozen zone，selections between the destructive principle and the protective principle in the pipelines crossing different types of frozen zone were described. Several pipelining s were introduced. The design idea and the management principles of stations construction， process optimization， prevention against forest fires， and environment protection along the pipelines were put forward. Risks and Countermeasures of International EPC Contract for Pipeline Projects Wang Shuyan，et al. Pering international pipeline projects with EPC mode （engineering， procurement， and construction） may gain a big profit， and also reflects the comprehensive capability of the contractor. Based on the international EPC pipeline management experiences over ten years，risks and countermeasures of international EPC lump-sum projects in the five aspects of basic conditions，such as the country， bidding， engineering， procurement， and claim and counter-claim were presented. Technology and Optimization Analysis of CBM Surface Facilities Liu Ye，et al. CBM is rich in China. Speeding up the development of CBM can not only mitigate the tight market of natural gas but also ensure safety in the coal mine production and reduce atmospheric pollution.The difference between CBM and natural gas was introduced. Based on the recovery feature of CBM，the establishment of preferred plan of CBM transfer and main technologies in surface construction engineering including wellheads，gathering stations， and processing units were presented. Optimization measures for reducing construction investment and operation cost were also put forward. 1 7 4 9 12 25 15 19 ABSTRACTS OF ARTICLES 34