敬軍淇　何志君

摘 要：我國(guó)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(wèn)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(jì)，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(jì)，可顯著提高煤層氣的氣體純度，滿足長(zhǎng)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(hào)：TE155 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

作者簡(jiǎn)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(wàn)億方，約為常規(guī)天然氣資源量的50%，我國(guó)煤層氣資源豐富資源量約為36.81萬(wàn)億方。近年來(lái)，我國(guó)在山西的沁水和寧武等區(qū)塊，開(kāi)展了大規(guī)模的煤層氣勘探和開(kāi)發(fā)，取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步。但由于煤層氣儲(chǔ)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(shí)，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(duì)煤層氣的集氣站工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(jí)。

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(jiǎn)介

煤層氣甲烷含量（體積分?jǐn)?shù)）超過(guò)98%，但其與水一起從煤層流出來(lái)，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(jì)

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(duì)分離器就行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)選用FLUENT對(duì)分離器的流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，通過(guò)仿真計(jì)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(jí)旋流腔體中完成氣、液、固的初步分離，再進(jìn)入二級(jí)旋流腔中進(jìn)行二次分離；固體經(jīng)過(guò)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(cāng)室水從倉(cāng)室開(kāi)孔中逸出外排；從二級(jí)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(jì)壓力為3MPa設(shè)計(jì)溫度為100℃長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)根據(jù)集氣干線的經(jīng)濟(jì)壓降（集氣管線最長(zhǎng)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(duì)集輸管網(wǎng)管徑的影響較大，對(duì)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(jì)算模型，確定流程的壓力與工藝計(jì)算，并對(duì)比了不同方案下的技術(shù)參數(shù)和地面投資對(duì)比。計(jì)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(duì)比，方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)最合理，比方案1低2300萬(wàn)元，比方案3低3550萬(wàn)元；同時(shí)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(jiàn)表1。

3 結(jié)語(yǔ)

（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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)區(qū)塊的煤層氣井生產(chǎn)特征，重點(diǎn)對(duì)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)

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