摘要：煤层气田开发是一种高投入、高风险、低产出的产业，因而“低成本、大规模开发”成为开发沁水盆地煤层气田的重要战略。为此，重点介绍了沁水盆地煤层气田樊庄区块煤层气水合物防治技术、低压输送不注醇集气工艺、多井单管串接技术、低压采气管网管径的确定、新型材料聚乙烯管(PE管)和柔性复合管的应用等采气管网优化技术。该配套技术的成功应用，优化简化了采气管网建设，有效控制了采气管网投资，为我国煤层气田的工业化开发和建设提供了借鉴。

关键词：沁水盆地；樊庄区块；集气工艺；采气管网；优化；多井单管串接；管线材质选择；煤层气水合物

    煤层气田单井产量少、井口套管压力低，初期油管产水较大，水型以NaHCO₃型为主，具有低渗、低压、低产、低饱和等特点，行业内称作“四低”气田。煤层气田开发是一种高投入、高风险、低产出的产业。因此，“低成本、大规模开发”就成为开发沁水盆地煤层气田的重要战略，而采取合理集气工艺技术、优化简化采气管网、有效控制采气管网投资成为实现沁水盆地煤层气田低成本、大规模开发的重要组成部分。为此，重点介绍沁水盆地煤层气田樊庄区块采气管网特有的煤层气水合物防治技术、多井单管串接技术、低压采气管网管径的确定及新型材料聚乙烯管(PE管)和柔性复合管的应用等，以期为我国煤层气田的工业化开发和建设提供借鉴。

   低压输送不注醇集气工艺是充分利用煤层气井口0.2～0.5MPa的压力能，将采气管线首末点压力损失控制在0.15MPa，采气过程不需加热或注入煤层气水合物抑制剂，采气管线埋设于最大冻土层以下(防止生成煤层气水合物)的低压采集气工艺^[1]。通过低压输送不注醇的集气工艺，可以降低管线运行压力，控制生产压差，节约能耗材耗、减少管网运行成本。

    采气管线工艺模型分两步建立。首先，采用气体管线稳态模拟计算软件《PIPELINE STUDIO FOR GAS TGNET》，取井口压力0.2～0.5MPa、进站压力不小于0.05～0.15MPa、直井产量0.2×10⁴m³/d建立采气管网低压输送计算模型^[2]，将采气干管流速控制在4～6m/s，采气支管流速控制在4～10m/s，计算采气管线长度，优化管线压降，简化采气管网。

    其次，根据煤层气组成，在不同工况条件下采用HYSYS软件模拟气井井口煤层气水合物生成温度，并以采气输送过程中煤层气水合物形成温度低于环境温度的压力作为设计压力，结果如表1所示，樊庄区块采气管网设计压力取1.0MPa。

    从表1可以看出，樊庄区块井口气在0.2～0.5MPa时，采气管线一年四季均不会形成煤层气水合物，故在整个采气输送过程中都不会形成煤层气水合物，不需加热或注入煤层气水合物抑制剂。

    随着采气管线输送距离的增加，煤层气温度逐步降低，在采气管线中产生一定量的游离水，并在管线的水平转角及纵向低点积聚，从而降低管线携液和输送能力，增加管输能耗，所以应根据地形条件及采气管线输送能力在每条采气管线的最低点处设置不同规格的线路分水器，并将线路分水器埋设在最大冻土层以下。由于煤层气不含H₂S和C₂⁺烃类，线路分水器定期排出的是凝结水，不含油，无污染，不经处理即可就地排放。因此，巡检人员可根据采气管线运行情况，定期排放凝结水，保证采气管线安全平稳运行。

    线路分水器及阀门井安装示意图如图1所示。

 

    多井单管串接技术是采气管网优化简化的关键技术。根据樊庄区块井数多、井距小等特点，通过采气支管把相邻的几口单井煤层气串接到采气干管，在采气干管中汇合后集中进入集气站，其管线连接示意图见图2。采用多井单管串接集气工艺，一般每条干管串接气井数为10～20口，每座集气站辖井数量不少于80口。

 

    此种串接方式优化了管网布置，缩短了采气管线长度，增加了集气站辖井数量，降低了管网投资，减少了对生态环境的破坏，适应低压、低产的煤层气田大规模开发。

3.1.1 采气干管

    采气干管管径选择宜综合考虑，既要考虑以后串接新井的可能性，又要考虑接入干管的单井在生产过程中压力和产气量下降的情况，尽量降低单井之间的相互影响，并将采气干管流速控制在4～6m/s范围内，一般采用DN100～150mm的管径。

3.1.2 采气支管

    根据GB 50350—2005《油气集输设计规范》中管径计算公式，按照单井井口压力0.2MPa，最小进站压力0.05MPa，直井平均配产0.2×10⁴m³/d的工作条件，确定采气支管管径。由于樊庄区块煤层气单井压力和产气量低，其在生产过程中的还有下降的情况，采气支管管径不宜考虑过大，一般应为DN50～100mm，以防止后期由于单井产量低、流速慢而导致单井采气管线内产生大量积液，降低管输能力。

    采气管线主要采用聚乙烯管(PE管)和柔性复合管两种管材^[3]。这两种管材不仅是“经济、实用的钢材替代品”，而且很好地解决了金属管道耐压不耐腐蚀，非金属管道耐腐蚀不耐压的缺点，在燃气、给排水管道中得到了广泛的应用，并在樊庄区块产能建设中取得了良好的效果。其优良性能主要表现在：

    1) 采用此两种管材，不仅耗量少、费用低，而且还能保证管道的安全使用。沁水盆地多山体、夏季多雨水、岩石风化度高，气体输送中钢管、铸铁管在山体滑坡段与河流冲刷段易造成腐蚀和管道与弯头接头处泄露，而聚乙烯管和柔性复合管以其耐腐蚀、高柔性等优点圆满解决了传统管道的腐蚀和接头泄漏两大难题。

   2) 聚乙烯管和柔性复合管具有高挠性、重量轻等特点，极大地增强了材料对于管线工程的价值。沁水盆地山体多、植被多、征地困难等问题常造成线路改线，使用聚乙烯管和柔性复合管的管线走向较容易依照现场需要、施工要求进行调整，并可根据聚乙烯管和柔性复合管优良的挠性进行盘卷，以较长长度供应，减少各种连接管件，有效缩短工程周期，施工维修方便。

   3) 耐腐蚀。聚乙烯管和柔性复合管内壁光滑且不结垢，摩擦系数低，可降低摩擦阻力损失，节约压力能；外壁无需防腐层，避免了使用钢材等在山体施工时造成的外防腐层的刮伤，施工方便，节省材料，节约时间。

   在樊庄区块产能建设中，根据经济性能比选，对于公称直径DN50～100mm的采气支管，选择聚乙烯管；对于公称直径DN100～150mm的采气干管，采用柔性复合管。为保证接口处连接质量，管径不大于DN100mm的PE管应采用电热熔连接。

   对于管线穿越段，由于无缝钢管相对于有缝钢管和复合管有承受压力更高、不带焊缝、不存在螺旋缝钢管焊缝质量问题及高频焊管产生沟状腐蚀问题、延伸率较低、适用于口径较小的管线等特点，采气管线穿越段采用20#无缝钢管。聚乙烯管、柔性复合管与无缝钢管的连接处使用钢塑过渡接头连接。

    目前樊庄区块地面集输工程已建成。我们将不断在实践中总结经验教训，以便为今后我国煤层气田的开发建设提供一些借鉴。

   另一方面，结合我国煤层气田开发建设中的经验教训，认为还应该着重研究解决以下问题：

   1) 随着煤层气田的开发，井口压力不断下降，当关井压力不能达到采气干管系统的压力时，干管中煤层气反输至低压气井，在低压井形成“倒灌”现象，造成干管有效输气量大大减少^[4]。并且，井口压力的降低还将导致气体流速下降，造成管道内液态水增加，加大巡线工人工作力度。如何解决因井口压力下降而造成的这些问题，合理确定采气管线管径，提高采气管网在后期的适用性，值得进一步的研究思考。

    2) 采气干管一般只可串接10～20口气井。在气田开发末期，可能会有部分地区由于气井过于密集，而导致单井采气管线不能就近接入采气干管，造成采气管网连接杂乱，不便巡线维修^[5]，增加建设投资。应更好地将“地上与地下”相结合，预先考虑到后期建设情况。

    3) 聚乙烯管和柔性复合管管体为非金属复合物，抗冲击性能弱，抗紫外线性能弱，不宜长期在阳光下暴晒。在现场施工中，若管沟不能及时回填，势必造成管体变形。这就需要进一步寻找更加适合于沁水盆地煤层气这种多山体、低压、低腐蚀、易施工、少投资的优质管材。

    4) 柔性复合管是一个新的材料，虽然SY/T 6716—2008《石油天然气工业用高压柔性复合高压输送管》已经颁布，但不适用于压力较低的煤层气管线。由于目前还没有合适的国家或行业标准可以执行，为保证不影响工程的安全和质量，建议国家相关部门尽快出台相应的标准。

    综上所述，采气管网低压输送不注醇集气工艺、多井单管串接技术、低压采气管网管径的确定及新型材料聚乙烯管和柔性复合管的应用，对实现煤层气“低成本、大规模开发”战略具有很大意义。结合现场实践情况，提出一些问题建议，希望能对煤层气田的建设及与煤层气田类似的低压、低产、建井数多的气田开发提供借鉴。

[1] 王红霞，刘棉，王登海，等.沁水盆地煤层气地面工艺技术[J].天然气工业，2008，28(3)：109-110.

[2] 王红霞，刘神，王登海，等.山西沁水盆地煤层气地面集输工艺的实践与认识[C]∥2008年煤层气学术研讨会论文集.北京：地质出版社，2008.

[3] 王红霞，陶永.非金属管道在煤层气气田工程中的应用[J].中国煤层气，2009，6(2)：35～37.

[4] 杨光，刘棉，王登海，等.苏里格气田单井采气管网串接技术[J].天然气工业，2007，27(12)：128-129.

[5] 吕永杰，关丹庆，田景隆，等.苏里格气田低压集气工艺模式[J].天然气工业，2008，28(增刊B)：118-120.

 

(本文作者：许茜 薛岗 王红霞 王遇冬 李倩 西安长庆科技工程有限责任公司)