陈士林-煤层气田地面集输低成本战略的探讨

国家科技重大专项项目支持，项目编号：2009ZX05039通信作者.Tel:[phone];E-mail:[e-mail]煤层气田地面集输低成本战略的探讨陈仕林11中联煤层气有限责任公司100011北京摘要：介绍了沁南煤层气田地面集输建设现状，分析了地面集输系统建设中降低成本的关键环节，结合中联煤层气有限责任公司“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程”，从工艺流程、管材选择和数据采集系统等方面对地面集输建设中低成本技术进行总结。最后对偏远地区煤层气井采用撬装液化的方式，并分析了液化的经济性。关键词：煤层气地面集输低成本1.前言煤层气其主要成分是CH4（甲烷),与煤炭伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效.据预测，2010年，我国煤层气产量将达到100亿立方米，2020年将达到300亿立方米，煤层气是有效弥补我国天然气供需缺口的最现实的非常规天然气资源。2.沁南地区煤层气田地面集输技术现状沁水盆地南部是中国煤层气地面开采最为集中的地区，该地区共划分了6个煤层气区块，从北到南分别为柿庄北区块、柿庄南区块、马壁区块、樊庄区块、成庄区块和潘庄区块。主要进行煤层气地面抽采的公司有中联煤层气有限责任公司晋城分公司、中石油华北油田煤层气勘探开发分公司、沁水蓝焰煤层气有限责任公司、萨摩亚美中能源有限公司、格瑞克能源（国际）公司。经过多年现场建设，煤层气地面抽采已初具规模，建成了多处煤层气地面集输增压站。中联煤层气有限责任公司建成了日处理能力50万立方米的煤层气增压站和日处理能力8万立方米的CNG加气站。中石油华北油田煤层气勘探开发分公司建成了年处理能力10亿立方米的煤层气中央处理厂，直接送向西气东输管线。地面集输增压站的建设同时也带动了煤层气液化站建设，晋城市嘉丰镇境内已建成煤层气液化处理站3座。3.煤层气地面集输低成本战略2009年10月，中联煤层气有限责任公司承担的“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程”成功完成了投产试运行工作。该示范工程是国家发展和改革委员会于2004年12月22日以发改办高技[2004]2395号文件正式批准中联煤层气有限责任公司实施的。项目共投资3.44亿元，建成一个年产能1亿立方米的煤层气示范基地。该示范工程的建成投产，是中国煤层气产业化发展的一个里程碑，项目实施过程中，形成一系列煤层气行业独特的技术，在煤层气地面集输方面，成功体现了煤层气低压、低产的特点，实现了煤层气田开发低成本战略。煤层气地面集输在工艺流程、管材选择和数据采集等方面均实现了低成本开发的目标。3.1“多点接入、柔性集输”工艺技术“多点接入、柔性集输”工艺技术是由中油辽河工程有限公司提出，在“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程”地面集输系统进行试验应用的重要技术。该工艺技术的提出，将国内外长期一成不变的、作为采气和集气转换环节的集气站由一个极其简单的阀组替代，从而大幅度地简化了工艺过程，这是国内外独一无二的新工艺。由于减少了大量中间环节，从而使采气半径大幅度增大，由规范长期界定的“不宜大于5km”，一下增加到了13km以上。其意义意味着同规模条件下，工艺流程大大简化，省去了传统流程中集气计量站中的计量分离器、生产分离器、供水、供电、值班用房等生产及辅助设施，在减低能耗的同时大大降低了工程投资。系统成功投产后，经过系统调试，系统日产气量为35万立方米时，压缩机入口压力稳定在0.05MPa左右，最远端集气阀组距离增压站约11km，阀组系统压力稳定在0.12～0.15MPa，集输压力和气井产气压力正常，满足整个系统产气量的要求。3.2PE管线的应用由于煤层气采气部分的管网压力一般在0.1～0.3MPa之间，结合煤层气气体性质和现场实际情况，采气管网的设计压力一般选在0.4MPa，这种条件下，金属管材耐腐蚀性差、成本高、运输安装不便等缺点逐渐显露出来。本示范工程首次采用了PE100聚乙烯管线作为集输系统采气管线材料，集气管线部分管材也采用PE100聚乙烯管线，新材料的引入，既能满足集输系统的要求，又大大降低了管线投资。针对当前常用的聚乙烯管（PE）、钢骨架塑料复合管（孔网状、钢丝网）、柔性复合管等非金属管材，通过对制造厂进行询价，得出各种材质管道的费用情况见表1。表1管材经济性对比表单位：万元/km管道规格DNPE钢骨架塑料复合管柔性复合管钢丝网孔网状503.6912.889.238808.7818.2416.3311.2510011.5320.8621.313.515020.3524.1823.471720033.9640.6747.6522从表1中可以看出，在管径小于等于DN100时PE管综合费用最低。管径为DN150和DN200时，柔性复合管综合费用最低。工程设计阶段，对PE管和无缝钢管投资情况进行了详细的比较。主要比较了DN50～DN600范围内PE管和无缝钢管在安装费、建筑费、主材费、预制费和总造价等方面进行了比较。由于穿越工程和水工保护随现场变化较大，在比较过程中未考虑穿越工程和水工保护费用。各规格PE管和无缝钢管计算形成数据见表2。表2PE管、钢管管道投资对比表单位：元/km公称直径类型管道规格总造价DN50PE管75×4.371656无缝钢管76.1×4.0123772DN65PE管160×9.1156360无缝钢管168.3×4.0241139DN150PE管225×12.8254060无缝钢管219.1×5.0322631DN200PE管250×14.20300528螺旋钢管273×5.0334956DN250PE管315×17.9438520螺旋钢管323.9×5.0413907DN300PE管355×20.20541532螺旋钢管355.6×6.0474519DN350PE管400×22.80676682螺旋钢管406.4×6.0541213DN400PE管450×25.60836284螺旋钢管457.2×6.0603615根据表2中的计算数据分析可得，随着管径的增大，PE管和无缝钢管的所有费用都有所增加，将表中数据绘制成总造价与管径的变化关系曲线可得图1。图1管径与管线总投资关系曲线由管径与管线总投资关联曲线看出，当采气、集气管道的公称直径≤DN200时，采用PE管道投资低。当采气、集气管道的公称直径＞DN200时，采用钢制管道投资低。煤层气气田地形复杂，常常敷设于山地及河谷地带，非金属管道不需要防腐、连接方便、施工速度快，施工质量可得到保证。经过两年多的实际运行，聚乙烯管和柔性复合管在煤层气气田中的优势逐步显现出来。随着时间的推移，非金属管道在煤层气气田的应用将更加广泛。但是，在实际应用工程中应注意以下问题：（1）因抗紫外线性能弱，非金属管道必须埋地敷设。（2）为保证接口处的连接质量，PE管应采用电热熔连接。（3）PE管是一个新的材料，没有国家的标准可以参照执行,具体使用效果有待于考证，建议国家相关部门尽快出台相应的标准规范。（4）考虑到非金属管的抗冲击能力较弱，建议穿越处尽量不要采用。施工过程中管道采用埋地敷设，管道管顶距地表深度必须保证在冻土层以下，管道通过石方地段管沟开挖时比管底设计标高超挖0.2m，在管子下沟前用细土回填超挖部分，管顶回填细土0.3m，细土最大颗粒直径不应大于10mm，后回填原土石方，但石头的最大颗粒直径不应大于250mm。管道穿越井区内4级道路均加保护钢套管，确保管道安全运行。3.3GPRS无线数据采集技术单井采气管线汇集到阀组后，改变阀组流程可对单井温度、压力、流量等参数进行测量，同时可测得阀组总产气量，测得参数通过RTU利用无线传输系统传输至增压站中控室。本工程首次将移动GPRS无线数据通讯技术应用于煤层气生产现场，现场数据通过RTU将仪表模拟信号转换为数字信号，然后在每个RUT上安装移动公司SIM卡，经过设置后将转换的数字信号通过移动手机网络发送至增压站固定IP数据接收系统。整个数据传输过程依靠移动公司建设好的管径与管线总投资关联曲线020000040000060000080000010000001200000DN50DN65DN80DN100DN150DN200DN250DN300DN350DN400DN450管径管线总投资PE管钢管网络，不需要重新敷设光缆，降低了工程投资成本。数据传输过程中由于仅传输阀组的流量、压力、温度数据，数据传输量很小，经过现场设置每6秒种发送一次数据，每月产生的GPRS流量也在50MB之内，通过办理移动套餐，通信费用不到10元。4．煤层气撬装液化技术煤层气的特点是气源压力低，单井产量小，一些偏远地方的井由于压力低不能进入系统。同时由于产气规模小，单独建站的经济效益回收很慢。低温液化是一种方便的储运方式，通过LNG的输运，可扩展煤层气资源利用的地域辐射范围，增强煤层气资源的有效利用率，提高经济效益。国家科技重大专项“煤层气田地面集输工艺及监测技术”（编号2009ZX05039）“十一五”期间研制了日处理能力10000立方米的煤层气撬装液化装置，采用燃气内燃机驱动，实现燃烧25%气体实现剩余75%气体液化的水平，旨在实现井口液化集输。该技术对于边际气田、偏散井气源的煤层气资源采收具有重要意义。项目预计通过“十二五”的继续深入研究，形成日处理能力最大20000立方米的煤层气撬装液化设备，以多套撬装式液化装置在区域内集群应用，拓展和完善煤层气地面集输技术的效能，成为地面管道集输体系的一个重要补充和完善方案。从经济角度来看，以日处理能力20000立方米装置为例，经简单测算，年纯收益在600万以上，3～5年可完成投资回收，具有非常好的经济效益和非常广明的市场前景。5．结论地面集输系统是煤层气开发的重要环节，是煤层气开发从大规模投入向产出的转折点，地面集输系统的好坏对后期生产运行过程起着十分重要的作用。煤层气地面集输工艺技术还必须在低成本的方向继续努力，根据煤层气特点简化集输工艺，优化集输参数，降低煤层气开发建设投资，推进煤层气开采低成本战略。参考文献：[1]中联煤层气有限责任公司.2010.潘河项目技术总结报告.[2]裴红刘文伟,煤层气集输工程设计思想及在潘河项目中的实践.2008年煤层气学术研讨会论文集:418～425.[3]秦万成陈仕林,沁南煤层气田地面工程建设.2008年煤层气学术研讨会论文集:434～439.DiscussionontheLow-CostStrategyofCBMSurfaceGatheringandTransportationCHENShi-linChinaUnitedCoalbedMethaneCorp.,Ltd.100011BeijingAbstract:IntroductionthestatusquooftheCBMsurfacegatheringandtransportationinsouthofQinshuibasin,andanalyzethekeysectionofcostreductionintheconstructionofCBMsurfacegatheringandtransportation.Combinewiththe“hightechnologyandindustrializationdemonstrationprojectofCBMexploitinsouthofQinshuiBasin”ofCUCBM,andsumupthelow-costtechnologyinthecons