煤巖氣藏井口集氣站工藝優(yōu)化設(shè)計

敬軍淇　何志君

摘 要：我國的煤層氣資源異常豐富，但煤層氣井的地面技術(shù)工藝仍面臨著單井產(chǎn)量低，井漏壓力低，氣體組分復(fù)雜和投資成本高等經(jīng)濟(jì)技術(shù)問題。本文以山西某煤層氣區(qū)塊為例，利用FLUENT和HYSYS軟件輔助設(shè)計，重點(diǎn)優(yōu)化了煤層氣集氣站的氣液固三相分離器和氣體出站壓力及相關(guān)參數(shù)。根據(jù)方案設(shè)計，可顯著提高煤層氣的氣體純度，滿足長距離輸運(yùn)要求，并顯著節(jié)約地面投資成本。

關(guān)鍵詞：煤層氣，集氣站，氣液固三相分離器，出站壓力

中圖分類號：TE155 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

作者簡介：敬軍淇（1988-），男（漢族），四川成都人，石油工程專業(yè)本科生，主要從事煤層氣相關(guān)工藝技術(shù)研究。

引言

全球煤層氣資源量為256.3萬億方，約為常規(guī)天然氣資源量的50%，我國煤層氣資源豐富資源量約為36.81萬億方。近年來，我國在山西的沁水和寧武等區(qū)塊，開展了大規(guī)模的煤層氣勘探和開發(fā)，取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步。但由于煤層氣儲層特征以及排水采氣的生產(chǎn)方式，導(dǎo)致從井口產(chǎn)出的煤層氣含有大量的水和和煤渣等固體雜質(zhì)，給后期的集輸工藝造成很大困難[1-3]。同時，鑒于煤層氣井具有氣井壓力低，單井產(chǎn)量低的特點(diǎn)，本文對煤層氣的集氣站工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。重點(diǎn)優(yōu)化了集氣站的氣液固三相分離器設(shè)備和氣體輸出壓力等級。

1 研究區(qū)塊概況

本文研究以山西某煤層氣藏為例，區(qū)塊目前生產(chǎn)井60余口，產(chǎn)量500～3000方/天，套壓介于0.1MPa～0.5MPa。產(chǎn)氣氣體成分以甲烷為主，還有少量的CO2與N2。產(chǎn)出水型以NaHCO3型為主，平均礦化度1200mg/L，pH值為8。此外還伴有少量的煤粉產(chǎn)出。

2 集氣站工藝優(yōu)化

2.1集氣站工藝流程簡介

煤層氣甲烷含量（體積分?jǐn)?shù)）超過98%，但其與水一起從煤層流出來，未經(jīng)脫水之前煤層氣皆處于飽和含水狀態(tài)，屬于濕氣。氣體、水、煤顆粒在低壓條件下，進(jìn)入集氣站首先進(jìn)入分離器進(jìn)行三相分離，再利用壓縮機(jī)進(jìn)行加壓至1.1～1.4MPa，然后進(jìn)入復(fù)熱脫水橇再進(jìn)入空冷器使溫度降低。

2.2新型分離器撬裝裝置的設(shè)計

為了高效地分離氣體中的水和煤渣等固體雜質(zhì)，并考慮煤層氣的集輸特點(diǎn)對分離器就行了改進(jìn)設(shè)計。本設(shè)計選用FLUENT對分離器的流場進(jìn)行仿真分析，通過仿真計算確定的分離器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

氣液固進(jìn)入分離脫水橇，在一級旋流腔體中完成氣、液、固的初步分離，再進(jìn)入二級旋流腔中進(jìn)行二次分離；固體經(jīng)過氣液旋流腔后，再進(jìn)入固體旋流腔脫出的固體沉積，在固體倉室水從倉室開孔中逸出外排；從二級旋流腔脫水后的氣體，進(jìn)入氣液分離加強(qiáng)室，氣體在迷宮分離室中進(jìn)一步完成氣液固的分離。該分離撬裝裝置具有高效性，能很好的完成氣、液、固三相的分離。其設(shè)計壓力為3MPa設(shè)計溫度為100℃長度為4.8m高度為1.6m。

2.3集氣站出站壓力優(yōu)化

區(qū)塊煤層氣井口的正常生產(chǎn)壓力為0.1～0.5MPa，而根據(jù)西氣東輸協(xié)議的相關(guān)規(guī)定，交氣地點(diǎn)為中央處理廠出口壓力為6MPa。根據(jù)采氣管線的長度及經(jīng)濟(jì)壓降，確定采氣管線的進(jìn)站壓力不低于0.08MPa。增壓工藝采用集氣站和處理廠兩地增壓。因此區(qū)塊內(nèi)需要確定的是集氣站的出站壓力，同時根據(jù)集氣干線的經(jīng)濟(jì)壓降（集氣管線最長20km流速8～10m/s確定經(jīng)濟(jì)壓降為0.2～ 0.4MPa），確定中央處理廠的進(jìn)廠壓力。

集氣站的出站壓力直接關(guān)系到集氣站和中央處理廠“兩地”增壓的壓比分配，“兩地”壓縮機(jī)組的投資及運(yùn)行費(fèi)，用對集輸管網(wǎng)管徑的影響較大，對降低地面工程投資起著重要作用[4-5]。根基前述要求，利用HYSYS建立計算模型，確定流程的壓力與工藝計算，并對比了不同方案下的技術(shù)參數(shù)和地面投資對比。計算結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知，考慮到壓縮機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、管網(wǎng)投資及綜合對比，方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)最合理，比方案1低2300萬元，比方案3低3550萬元；同時在技術(shù)參數(shù)現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備能夠很好的滿足技術(shù)要求。因此推薦采用方案2，具體參數(shù)見表1。

3 結(jié)語

（1）煤層氣井具有低產(chǎn)、低壓的特點(diǎn)，井口產(chǎn)出流體呈固液氣三相流特征，為滿足生產(chǎn)要求，節(jié)約集輸成本，必須對集氣站工藝流程和設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。（2）本文針對設(shè)計區(qū)塊的煤層氣井生產(chǎn)特征，重點(diǎn)對集氣站中的固液氣三相分離器和出站壓力進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)和參數(shù)優(yōu)化，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)參數(shù)給出了相應(yīng)的優(yōu)先方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛崗，許茜，王紅霞，等.國內(nèi)煤層氣地面集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀及簡析[J].中國煤層氣，2011，8（5）： 40-43.

[2] 葛濤，許茜，陳平，等. 山西沁水盆地煤層氣田地面工藝技術(shù)研究[J].石油化工運(yùn)用，2012， 31（9）： 14-15.

[3] 孟榮章， 李書文， 湯林. 大型氣田集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化[J].石油規(guī)劃設(shè)計， 1998， 18（2）： 16-18.

[4] 姚麟昱，駱彬，孟慶華. 川西高壓高產(chǎn)氣田集輸管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計， 2010， 21（6）： 21-24.

[5] 田煒，陳洪明，梅永貴，等.沁水盆地南部樊莊區(qū)塊地面集輸工藝優(yōu)化與思考.天然氣工業(yè)，2011，31（11）：30-33.