煤層氣管網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀與監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

鄒紅剛 沈安迪 王 旭 李志彬 楊 超 熊建平

(中國(guó)石油華北油田分公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司, 山西 046000)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的煤層氣儲(chǔ)量居世界第3位，與天然氣儲(chǔ)量相當(dāng)。隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)保的重視和能源需求的增大，煤層氣開(kāi)采受到重視，集輸管道系統(tǒng)的建設(shè)也進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，煤層氣生產(chǎn)采用“排水采氣”工藝，煤層氣的采輸系統(tǒng)屬于低壓系統(tǒng)，采輸系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性在開(kāi)發(fā)后期直接影響煤層氣單井的產(chǎn)能釋放，煤層氣排采井管網(wǎng)即采氣管網(wǎng)，采用的多形式連接方式，形式上的差異，出現(xiàn)了管控上的差異，在管控上不斷的摸索、實(shí)踐中，逐步增強(qiáng)其適應(yīng)性，保障煤層氣井排采持續(xù)穩(wěn)定。

1 管網(wǎng)聯(lián)入方式差異性認(rèn)識(shí)

煤層氣井管網(wǎng)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(chǎng)，沿線各支線、干線名稱按約定俗稱；環(huán)狀管網(wǎng)在地?zé)峁┡芫W(wǎng)中廣泛應(yīng)用，在煤層氣管網(wǎng)應(yīng)用不多。

枝狀管網(wǎng)是最經(jīng)濟(jì)的一種聯(lián)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(wǎng)。枝狀管網(wǎng)在應(yīng)急處置、后續(xù)調(diào)改、管線積液治理方面，逐漸顯現(xiàn)出其短板，雖在支、干線節(jié)點(diǎn)的增加了分段控制，但控制節(jié)點(diǎn)截?cái)嘤绊懨娲?，且控制?jié)點(diǎn)的分散，增加調(diào)控難度。

閥組管匯融合枝狀管網(wǎng)聯(lián)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(chǎng)形成采氣干線。閥組管匯相比枝狀管網(wǎng)雖增加了閥組管匯的建設(shè)投入，但其集中調(diào)控的優(yōu)勢(shì)明顯，利于生產(chǎn)管理，且截?cái)嘤绊懨嫘　?/p>

環(huán)狀管網(wǎng)也融合了枝狀管網(wǎng)聯(lián)入形式，采用環(huán)狀為主干框架，各枝狀管線搭接，環(huán)狀管網(wǎng)相比枝狀管網(wǎng)增加了采氣管線建設(shè)投入，也面臨著枝狀管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)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(jī)率會(huì)降低一倍，環(huán)狀管網(wǎng)的枝狀控制、環(huán)狀控制也可減少管線截?cái)嗟挠绊憽?/p>

2 運(yùn)行方式與故障判定

2.1 管網(wǎng)臺(tái)帳建立與運(yùn)行監(jiān)測(cè)

采氣管網(wǎng)臺(tái)帳是指導(dǎo)煤層氣井管線泄漏、水堵的應(yīng)急處置，管線調(diào)改的依據(jù)，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)閥門(mén)、管線規(guī)格、煤層氣井前后左右聯(lián)入方位順序、凝液缸位置等進(jìn)行了標(biāo)注，如圖1閥組管線示意圖所示，融合了枝狀管網(wǎng)、閥組管匯兩種聯(lián)入形式。

圖1 閥組管線示意圖

2.2 故障識(shí)別

煤層氣開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層井壁失穩(wěn)、基質(zhì)破裂等原因而產(chǎn)生煤粉，井底的水和煤粉在排水采氣過(guò)程中到達(dá)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(jìn)入采氣管道。除此之外，飽和氣體在采氣管道中流動(dòng)，隨著溫度和壓力變化，其中的飽和水將會(huì)析出。煤層氣開(kāi)發(fā)井具有單產(chǎn)量低，井?dāng)?shù)多，運(yùn)營(yíng)成本低等特點(diǎn)，一般單井井場(chǎng)、閥組集輸設(shè)備簡(jiǎn)單，井口無(wú)脫水工藝，低壓集氣管網(wǎng)，壓降相對(duì)小，那么壓降產(chǎn)生的溫降??；煤層氣在管網(wǎng)運(yùn)移過(guò)程中依然要克服位差、沿程摩阻，必然產(chǎn)生能量損耗。

煤層氣生產(chǎn)地處山區(qū)，早晚溫差較大，冬季凍土層達(dá)50cm左右，煤層氣生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的溫差、壓差(位差、節(jié)流)，改變了煤層氣單位氣體飽和含水量，運(yùn)移過(guò)程狀態(tài)的變化產(chǎn)生氣液分離，凝結(jié)的水滯流在煤層氣管道內(nèi)直接影響采氣、輸氣效率。

2.2.1 數(shù)據(jù)對(duì)比法

按圖1閥組管線示意圖將閥組各單井左右遠(yuǎn)近、各支線、干線依次排列見(jiàn)表1煤層井管線預(yù)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(dāng)日氣量、管壓進(jìn)行對(duì)比，一是篩查煤層氣單井水堵、管線泄漏點(diǎn)；二是單井掃線效果不明顯，從掃線方式單一、積液點(diǎn)定位不準(zhǔn)確，需要從單井(點(diǎn))到多井(線)的認(rèn)識(shí)，來(lái)判斷積液點(diǎn)。

表1 煤層氣井管線預(yù)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(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行描述刻畫(huà)，通過(guò)昨日管壓Pz(MPa)，當(dāng)日管壓Pd(MPa)，昨日累產(chǎn)氣Qz(Nm3)和當(dāng)日累進(jìn)氣Qd(Nm3)的變化趨勢(shì)，快速定位識(shí)別管線泄漏、積水、凍堵等故障，提高煤層氣井管線管理的時(shí)效性， 氣量止損效率， 如支線積液： Pd>Pz，ΔQz>ΔQd。

實(shí)例：按圖1左邊支線三口單井Pz≈0.035MPa，對(duì)比當(dāng)日同時(shí)刻數(shù)據(jù)，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(guò)以上案例管壓與氣量進(jìn)行邏輯關(guān)系推導(dǎo)，可對(duì)采氣管線的數(shù)據(jù)比對(duì)進(jìn)行快速定位，制定對(duì)應(yīng)的預(yù)防或應(yīng)急措施，閥組示意圖、數(shù)據(jù)對(duì)比方法將故障識(shí)別流程化、簡(jiǎn)單化，可操作性大大增強(qiáng)，解決了以往發(fā)現(xiàn)異常后排查時(shí)間長(zhǎng)，治理手段無(wú)針對(duì)性的問(wèn)題，提高了煤層氣集輸系統(tǒng)故障識(shí)別處理的效率和準(zhǔn)確性。

2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別

(1)單井識(shí)別

套壓、管壓上升或波動(dòng)明顯(除去站場(chǎng)回壓、儀表凍堵漂移、地質(zhì)因素影響)，需關(guān)聯(lián)判斷；瞬時(shí)(工況)波動(dòng)大于等于4m3/h(瞬時(shí)波動(dòng)、流量計(jì)進(jìn)口旋渦發(fā)生器內(nèi)有雜物、單流閥閥芯等因素)；需掃線的井滿足一個(gè)條件或多個(gè)條件，存在多重因素影響。

(2)站場(chǎng)識(shí)別

采出氣由各采氣干線組成的管匯進(jìn)入集氣站場(chǎng)，除環(huán)狀管網(wǎng)，集氣站站場(chǎng)回壓，集氣站站場(chǎng)作為煤層氣井管網(wǎng)重要的樞紐，進(jìn)站壓力、外輸量的波動(dòng)作為管網(wǎng)預(yù)警的主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)。進(jìn)站壓力與外輸量相互關(guān)聯(lián)，外輸量不一定隨著進(jìn)站壓力的升高而增加，單井產(chǎn)能增大，進(jìn)站壓力升高，外輸量也會(huì)增加；進(jìn)站管匯壓力與各支線壓力相互關(guān)聯(lián)，進(jìn)站壓力降低，各支線壓力降低，降幅對(duì)比不明顯，可采取逐條關(guān)斷支線的辦法，在泄漏查找、破損查漏上都可適用。

3 結(jié)論

煤層氣管網(wǎng)采用的三種聯(lián)入方式，各有其經(jīng)濟(jì)性、適用性，后期的把控管理好才是重中之重，煤層氣井管網(wǎng)運(yùn)行要以制度管理夯實(shí)基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)分析強(qiáng)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以措施、預(yù)防檢驗(yàn)管控效果，遵循預(yù)警(診斷)、預(yù)防(措施)、治理(緩解)的原則，結(jié)合煤層氣總控平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)資源，不斷創(chuàng)新管理方法，形成一項(xiàng)長(zhǎng)效的機(jī)制延續(xù)下去，保障煤層氣井管網(wǎng)運(yùn)行管理高效、平穩(wěn)。