1、煤层气集输系统概况,煤层气集输工艺集输管网的构成、设置原则集输管网的优化,基本要求,了解煤层气集输系统的组成和作用；掌握矿场集输流程的特点和适用条件。,1、煤层气定义：煤层气(煤层甲烷)是非常规天然气的一种重要类型。所谓非常规天然气是指产自常规气源(如气藏气、气顶气和石油中的溶解气)之外的天然气，包括水溶气、煤层气、页岩气、致密砂岩气等。煤层气，俗称煤矿瓦斯，是在煤形成过程中生成并赋存于煤层及煤系地层(或溶入地下水)中的一种非常规天然气，甲烷含量在95%以上，还含有氮气、二氧化碳及微量硫化氢，是一种优质洁净的燃料。,一、煤层气概述,2、广义煤层气：广义的煤层气是指储存于煤层及其围岩中的天然气，
2、其来源有三：地层中有机物煤化过程生成的气体(有机生成)；岩浆岩侵入和碳酸盐岩受热分解产生的气体(无机生成)；地壳中放射性元素衰变过程产生的气体及地层水中释放出的氡及氦(无机生成)。其主要成分是甲烷、二氧化碳及微量的氡、氦，通常甲烷是主要成分，个别情况下以二氧化碳或二氧化硫为主。,一、煤层气概述,3、狭义煤层气：狭义煤层气则是指可供开发利用的、在煤层及其围岩中自生自储的以甲烷为主的天然气(俗称瓦斯)。为了与石油及天然气藏的气藏气、气顶气、油层的溶解气等常规天然气区别，煤层气也称为非常规天然气。与游离于常规天然气储集层孔隙中的天然气不同，煤层气绝大部分被吸附在煤层孔隙的内表面上(约占7095.9%
3、)，仅有部分是在煤层孔隙和裂缝中的游离气(约占1020.9%)及少量溶解在煤层所含水中的气体。吸附在煤层孔隙表面上的气体通过解吸、扩散、渗流形成气流产出。,一、煤层气概述,4、煤层气的成分：煤层气是以甲烷(CH4)为主的多种气体的混合物。其成分中除甲烷和重烃气体(如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷)外，还有二氧化碳、氮气、硫化氢、氨气和氢气等非烃类气体。我国专门从事此项研究的工作人员收集了我国358个井田(矿)的煤层气样品，涉及我国不同地质时代、不同煤级和不同矿区煤层气样品的6000余组数据。统计结果表明，煤层气组分中以甲烷为最，体积分数在66.55%99.98%之间，一般为85%93%；二氧化碳体积分
4、数为035.58%，一般小于2%；氮气体积分数变化较大，但一般小于10%。,一、煤层气概述,5、煤层气的开采机理：煤层气的开采机理与常规气体储层有本质的不同。煤层中很少有或没有游离气。绝大部分裂隙空间为水所饱和，即使有一些游离气，其中大多数也是吸附在煤的表面上。为了开采这种气体，必须采出大量的水，降低裂隙系统的压力，气体从煤层表面上解吸进入裂隙系统。因为气体的解吸作用是生产的主要机理，煤层的产气量可能随时间而增加。煤层气井在生产几个月甚至几年时间才达到最高产量。,一、煤层气概述,6、煤层气外输气的质量要求：,一、煤层气概述,6.1 外输煤层气技术指标,6、煤层气外输气的质量要求：,一、煤层气概
5、述,6.2 煤层气低压管道输送技术指标,1、集输总工艺流程和集输系统总体布局（1）集输系统的作用和范围 气田地面集输为实现气田地面开发的重要组成部分，是将分散的气井原料气经收集、处理和输送的全过程。气田集输工作范围起于气井井口，然后到煤层气处理厂，经过气田区域集中处理后至气区商品气贸易交接点。气田集输系统包括集输管网和集输站场。集输管网负责井口气的收集与输送。集输站场负责对原料气进行预处理，满足煤层气处理厂原料气的气质要求，保障集输管网中的水力、热力流动性能，并取得气井生产动态数据。煤层气集输站场预处理一般有分离、计量、增压等过程。,二、集输工艺,1、集输总工艺流程和集输系统总体布局（2）煤层
6、气田集输系统总工艺流程 气田集输系统总工艺流程是指集输系统中各工艺环节间的关系及其管路特点的工艺组合。每个工艺环节的功能和任务、技术指标、工作条件和生产参数、各个工艺环节的相互关系以及连接它们的管路特点均需在总工艺流程中明确制定。制订气田集输系统总工艺流程的主要技术依据如下：A.气藏工程及采气工程方案。其中最为重要的基础资料包括气藏储量、气井分布、井流物全组分、油水性质、单井产能、井口流量、压力和温度及其变化趋势等。B.煤层气处理工艺及外输系统对气质的要求。,二、集输工艺,制订气田集输系统总工艺流程遵循的主要技术准则如下：A.满足国家、行业和地方的有关法律、法规及标准规范要求，保证气田生产安全
7、、环保、节能运行。B.合理确定建设规模，近远期结合，适应性强，一次规划，分期实施，避免重复建设。C.充分利用气藏天然能量，合理确定地面系统的压力级制，进行输送与处理。D.尽量简化工艺环节，提高系统的集中度和密闭性，方便管理与维护。E.将天然气集输与天然气处理、外输视为有机整体，达到综合效益最佳。F.集输主体工艺与配套系统协调配合。,二、集输工艺,（3）煤层气田集输系统总体布局 煤层气田集输系统总体布局主要确定以下内容：集输站场布点选址，集输管线宏观走向，水、电、信、路辅助设施分布及走向，气田行政管理、抢维修、生活依托设施分布情况等。进行气田总体布局时主要考虑以下因素：A.与气田集输系统总工艺流
8、程和功能需求相适应。B.满足国家、行业和地方相关政策和规划要求。C.充分利用气田周边已有设施及社会资源。D.集输工艺站场选址与气井分布、天然气处理及外输站场统筹协调，从系统上优化布局。集输管道总体走向符合产品流向要求。E.站、线、路相结合，方便生产管理与维护抢修。,二、集输工艺,（3）煤层气田集输系统总体布局 F.水、电、信、路配套系统布局与集输主体工艺布局相结合，尽量共用走廊带。G.处理好与气田周边重要工矿企业及环境敏感区的关系。H.优化站场功能，尽量集中建站。I.与地形地貌、水文和工程地质、峭狱地震烈度、交通运输、人文社会、地方规划等条件相结合。,二、集输工艺,2、输送工艺 气田输送工艺分
9、为湿气输送工艺和干气输送工艺。由于湿气输送工艺简单、投资少，宜优先选用；在湿气输送条件存在一定困难时，可考虑脱水后干气输送。当集输管网压力较低的情况下，可考虑增压输送。（1）湿气输送与干气输送煤层气湿气输送是指含游离水的湿煤层气通过管道输送的一种工艺，在煤层气田集输中广为采用。煤层气干气输送是指在整个输送过程中煤层气温度始终保持在水露点之状态，是高酸性气田集输管道防止腐蚀、保证安全运行的常见措施之一。但酸性气体脱水工艺和生产污水处理等关技术问题应重点关注。,二、集输工艺,2、输送工艺（2）气液混输与气液分输 湿气输送工艺可分为气液混输与气液分输。气液分输工艺是先将煤层气在井场或集气站进行分离，
10、分离后的气体、液体分别进行输送。对于液体输送常见的有泵压管输及汽车拉运等方式。气液分输集气系统流程复杂，设备较分散且集中度及密闭性低，一次投资及运行费用高，并给气田运行管理带来不便。,二、集输工艺,2、输送工艺 气液分输工艺适用于以下几种情况：A.对井间距离远，采气管线长的边远井，气液分输方式是适宜的；B.采气管线高差较大，清管时巨大液量容易引起系统超压的工况，采用气液分输；C.单井产液量较大，液气比率较高，对下游水处理系统造成困难，宜采用气液分输。,二、集输工艺,2、输送工艺 气液混输集气工艺是利用煤层气的压力将所携带的油、水等液体收集与输送，一般由集气支线、干线混输至油气处理厂或集中处理站
11、再进行处理。该工艺大大地简化地面集输流程，具有节能降耗、站场设施少、操作简单、管理方便、节省投资等特点。在采用气液混输工艺时，对于地形起伏大的地区，因流型变化多，气体压力波动大，需要适当提高集气系统的设计压力。气液混输管道为了防止清管工况下段塞流液体产生冲涌，在集气管道末端常需设置段塞流捕集设施。,二、集输工艺,2、输送工艺 气液混输集气工艺适用于以下几种情况：A.井间距较小，采气、集气管道较短的集输管网；B.凝析气田天然气中含有凝析油、气田水，对井、站上分离的液体处理、输送困难，因此宜采用气液混输；C.井场至集气站采用气液混输，适用于高含硫气田，解决了井场含硫污水难以处理、维护费用高、污染环
12、境等问题。,二、集输工艺,2、输送工艺（3）增压输送 如气藏压力低，集输压力不能满足煤层气处理工艺或外输商品气压力要求时，气田集输必须增压输送。气田开发中后期，气井压力降低，不能满足集输管网对输送压力的要求时，也将进人增压开采阶段。气田增压按照增压地点位置的不同分为集中增压和分散增压。当气田内生产井井口压力、产量的衰减幅度、衰减时间基本相同时，为方便运行管理，应优先考虑集中增压，将增压点选择在集气站或集气总站。,二、集输工艺,2、输送工艺 当气田内生产井井口压力、产量的衰减幅度、衰减时间相差较大时，应考虑分散增压，以充分利用高压井剩余压力，达到节能目的。优化增压输送方案的最终目标是降低增压设施
13、的工程建设投资额和增压生产过程的运行费用，并使之有利于生产管理；优化工作的重点是增压站的分散或集中设置，增压点的位置，总压比、压缩机的级数和各级间的压比分配，压缩机的机型和动力配置等。,二、集输工艺,3、分离工艺（1）分离目的 从井场开采的煤层气一般都含有许多液体（水）、固体（煤粉、泥沙、石颗粒等），由于以下原因，这些杂质需从煤层气中除掉：A.保障集输管网的输送效率和其他工艺设备正常工作；B.降低腐蚀和腐蚀产物的影响；C.满足净化厂对原料质量的需求；D.获取气井气、水产量动态数据；E.降低集气站自身的能耗（如水合物防止时的防冻剂量和加热时的热量）。,二、集输工艺,分离工艺通常分为常温分离工艺和
14、低温分离工艺。（2）常温分离 煤层气在水合物形成温度以上进行气液分离的工艺过程称为常温分离。常温分离工艺一般只需在集输站场内进行节流降压和分离计量等操作就以了。由于不需要注醇降低水合物形成温度，常温分离具有配套设施少、操作简单等优点，气田集输通常采用常温分离工艺。,二、集输工艺,（3）低温分离 煤层气在水合物形成温度以下进行气液分离的工艺过程称为低温分离。对于压力高、凝析油含量大的气井，采用低温分离可以分离和回收气中的水和凝析油，使管输气的烃露点达到管输标准要求，防止凝液析影响管输能力。低温分离应在一定压力下降低操作温度而进行。采用低温离工艺控制外输商品气的水、烃露点，根据气体组分及水、烃露点
15、要求的，低温分离温度一般在-20 以上。,二、集输工艺,（4）常温和低温集气工艺的选择 集气过程中煤层气的气液分离一般应在常温下进行，只有当煤层气中重烃组分含量高，回收利用重烃确有经济效益时才采用低温分离工艺。采用低温气液分离工艺时，要对制冷方法、制冷中的主要工艺参数、产流程、制冷设备选用等做多方案对比。根据工程建设投资和生产运行用这两项主要指标来选择最佳方案。,二、集输工艺,4、计量工艺 为了掌握各气井生产动态，需对气井生产的煤层气、进行计量。集输系统计量工艺可采取单井连续计量、多井轮换计量和移动计量三种方式，视气田开发不同情况和要求选取。（1）单井连续计量 计量设施直接设于单井，对单井气液
16、产量进行连续计量。由于单井产气量、压力及温度差别较大，为了达到气藏开发对资料录取要求，对每口单井采取一对一的单井连续计量。,二、集输工艺,（2）多井轮换计量 在多井集气站或计量站，设置计量分离器，各单井来气定期轮换进入分离器进行周期性计量。采用轮换计量的气井，其计量周期一般为510d，每次计量的持续时间不低于24h。中联煤公司在沁水煤层气田采用了多井间歇轮换计量的方式。（3）移动计量 若对单井测试频率要求较低，为简化井口固定计量设施，可采用移动分离计量工艺，配置车载式移动计量分离器橇定期对单井的气、液分别计量。单井产量差别不大，为节省投资，设移动式计量橇（车）定期精确测试单井气水产量，对井口计
17、量工艺进行了简化，仅在集气总站设置总计量。,二、集输工艺,气井,集气站,煤层气处理厂,首站,采气管线,集气管线,1、集输系统的组成（2）煤层气气集输系统,三、集输系统概述,采气管线 采气管线是指气井与集气站之间的连接管道，其作用是将相互邻近的一组气井产出的煤层气汇集至集气站。集气管线 A.集气支线 集气支线是指集气站到集气干线入口的管道。其作用是将在集气站经过预处理的煤层气输送到集气干线管道中去。B.集气干线 集气干线的作用是接纳各集气支线管线的来气，将它们最终汇集到煤层气处理厂作原料。,二、集输系统概述,井场 设于井场附近，从气井出来的煤层气，经过计量后送入采气管线。集气站 将2口以上的气井
18、来气从井口输送到集气站，在集气站内对气井来煤层气进行分离、计量后集中输入集气站。煤层气处理厂 当煤层气原料气中的固体颗粒、硫化氢等含量和含水量超过管输标准时，需要设置煤层气处理厂进行脱硫、脱水等，使气体质量达到管输标准。,二、集输系统概述,2、集输系统的作用收集煤层气；增压、计量、分离；主要产品：净化煤层气。,二、集输系统概述,系统总流程示意图,二、集输系统概述,煤层气从气井采出，经由采气管线汇至集气站，经过分离除尘除液处理之后，再增压由集气支线、集气干线输送至煤层气处理厂，然后输至长输管道首站。气田集输系统的工作是：收集煤气气，并经过增压、分离、净化使煤层气达到符合管输要求的条件，然后输往长
19、输管道。,三、煤层气田集输系统的工作范围和工作内容,煤层气田矿场集输流程分为：气田集输管网流程气田集输站场工艺流程,三、煤层气田集输系统的工作范围和工作内容,在井场里，最主要的装置是采气树，它是由闸阀、四通（或三通）等部件构成的一套管汇。还有节流阀，压力、温度检测仪表及加热或注醇设备等。井场装置具有三种功能：(1)调控气井的产量；(2)调控煤层气的输送压力；(3)防止煤层气生成水合物。,四、煤层气田井场流程,比较典型的井场装置流程，也是目前现场通常采用的有两种类型。一种是加热煤层气防止生成水合物的流程；另一种是向煤层气中注入抑制剂防止生成水合物的流程，如 图41 和42 所示。,四、煤层气田井
20、场流程,图 41 加热防冻的井场装置原理流程图,1气井；2采气树针形阀；3加热炉；4气井产量调控节流阀；5加热炉；6气体输压调控节流阀,四、煤层气田井场流程,图41 所示，煤层气从针形阀出来后进入井场装置，首先通过加热炉3进行加热升温，然后经过第一级节流阀(气井产量调控节流阀)4进行气量调控和降压，煤层气再次通过加热器5进行加热升温，和第二级节流阀(气体输压调控节流阀)6进行降压以满足采气管线起点压力的要求。,图 42 注抑制剂防冻的井场装置原理流程图,四、煤层气田井场流程,1抑制剂注入器；,图42 所示，流程图中的抑制剂注入器1替换了 图41 中的加热炉 3 和 5，流经注入器的煤层气与抑制
21、剂相混合，一部分饱和水汽被吸收下来，煤层气的水露点随之降低。经过第一级节流阀(气井产量调控阀)进行气量控制和降压。再经第二级节流阀(气体输压调控阀)进行降压以满足采气管线起点压力的要求。,煤层气井口工艺 由于煤层气低压集输的特点，且气质相对天然气更为纯净，所以煤层气气井井口工艺更为简易。,四、煤层气田井场流程,1、气田管网流程布局 气田管网类型主要取决于气田的形状、井位布置、所在地区的地形和地貌以及集输工艺技术水平、地层储量等因素。因此，气田集输管网的布局是一个复杂的系统工程。2、管网压力等级 集气管网的压力等级分为高压、中压和低压三种：高压集气：压力在10MPa以上；中压集气：压力在1.6M
22、Pa10MPa；低压集气：压力在1.6MPa以下。,五、煤层气田集输管网流程,3、煤层气单井进站方式串接进站阀组进站阀组串接进站,五、煤层气田集输管网流程,（一）集气站 煤层气集气站站内工艺流程。经采气干管进入集气站后，经分离器进行气液分离后，进入橇装式压缩机组分两级进行增压压缩，增压后的煤层气压力为1.4 MPa，经空冷器冷却至温度54后，经过计量外输。集气站集气工艺如下：采气干管来气分离器（分离）压缩机（增压）外输,六、煤层气田集输站场工艺流程,（二）煤层气处理厂 处理厂采用先增压后脱水的总工艺流程。各集气干线来气首先进入集配气装置，在清管作业时负责清管器的接收；再进入过滤分离器，负责对原
23、料气进行气液分离；然后进入增压装置增压，压力由0.9MPa增压至6.0MPa；之后进入三甘醇脱水装置脱水，确保外输气的水露点；最后经计量后输往西气东输管道。,五、煤层气田集输站场工艺流程,五、煤层气田集输站场工艺流程,1制定集输流程的技术依据 技术依据主要来源于两方面的资料数据：(1)气田开发方案；(2)近期收集的有代表性的气井动态资料。,六、气田集输流程的制定,上述两方面的资料中，以下各种资料和数据对于制订气田集输流程有重要关系：(1)气井产物。井口条件下天然气取样分析资料，油的分析和评价资料，水分析资料等。(2)构造储层特征，气田可采储量、开采速度、开采年限，逐年生产规模，各生产区单井平均
24、产量、生产井井网布置图、生产井数等。(3)气层压力和温度，生产条件下的井口压力和温度，气田压力递减率。,六、气田集输流程的制定,2制定集输流程应遵循的技术准则(1)国家各种技术政策和安全法规；(2)各种技术标准和产品标准，各种规程、规范和规定；(3)环保、卫生规范和规定。,六、气田集输流程的制定,3集输系统(包括管网和站场)的布局集输系统的布局可参考以下原则：(1)在气田开发方案和井网布置的基础上，集输管网和站场应统一考虑综合规划分步实施，应做到既满足工艺技术要求又符合生产管理集中简化和方便生活；(2)产品应符合销售流向要求；(3)三废处理和流向应符合环保要求；(4)集输系统的通过能力应协调平
25、衡；(5)集输系统的压力应根据气田压能和商品气外输首站的压力要求综合平衡确定。,六、气田集输流程的制定,（一）集输管线1、公称直径 管线的公称直径是一种规定的标准直径。公称走私既不是管线的内径，也不是管线的外径，而是取定的与管线内、外径相接近的整数。公称直径用符号 DN 表示，其单位是mm。例如，公称直径100mm，用DN100表示。2、公称压力 管线的公称压力是一种规定的标准压力，用符号 PN 表示，其单位是MPa。例如，公称压力10MPa，用PN10表示。,附：集输常用的管线、管件和阀门,3、管线规格 集输管线常用的钢管主要是无缝钢管和焊接钢管，其规格均以外径管壁厚表示，例如604。（二）集输管件 常用的集输管件有法兰、垫片、弯头、三通、盲板、丝堵、大小头等。,附：集输常用的管线、管件和阀门,（三）阀门 阀门按用途分截断阀、调节阀、止回阀、分流阀和安全阀。1、阀门的公称通径 阀门的公称通径是指阀门与管道连接处通道的名义直径，用 DN 表示。2、阀门的公称压力 阀门的公称压力是指在基准温度下允许的最大工作压力，用 PN 表示。,附：集输常用的管线、管件和阀门,
