衛(wèi)強強，陳文科

(1.山西西山藍焰煤層氣有限責任公司，山西 太原 030200； 2.山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048200)

煤層氣采空井是通過地面負壓抽采的方式，從已停采、封閉的煤礦工作面中，抽采殘留在采空區(qū)空間、巖層及保護煤柱內(nèi)煤層氣資源的一種新型生產(chǎn)井[1]，不但具有成本低，見效快等優(yōu)點，而且能減少殘留瓦斯對煤礦井下安全開采的威脅。采空井專門針對煤礦采空區(qū)布置，是三區(qū)聯(lián)動抽采理論，采煤采氣一體化理論重要實踐[2-5].

采空井與傳統(tǒng)煤層氣井在產(chǎn)氣機理和工藝流程上存在差異，需要在生產(chǎn)實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，形成與之相適應(yīng)的抽采規(guī)范。西山藍焰公司自2015年下半年著手在西山煤電古交區(qū)塊布置采空井，在較短時間內(nèi)對氣量形成有效補充，取得良好的抽采效果。在生產(chǎn)維護過程中發(fā)現(xiàn)采空井春夏秋三季運行穩(wěn)定，維護難點主要集中在冬季，極低的溫度條件給設(shè)備運行和管道維護帶來了極大的挑戰(zhàn)。

1 采空井管道集輸?shù)奶攸c

1.1 管道露天鋪設(shè)

目前對于影響采空井氣量的研究還相對滯后，在運行之前，難以對氣量和生產(chǎn)年限做出準確判斷。因此，普遍先采用試運行的方式，即采用柴油發(fā)電機或瓦斯發(fā)電機等臨時供電方式，和管道露天鋪設(shè)的臨時集輸方式，以便減少不必要的投入，降低成本。

管道露天鋪設(shè)是發(fā)生冰堵的客觀條件，古交冬季野外氣溫達到-30°以下，集輸管道內(nèi)的水份會結(jié)冰，降低管輸面積，甚至發(fā)生冰堵，極大地影響管道集輸安全。

1.2 產(chǎn)出的氣體中含水量高

生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)采空井氣體中攜帶的水量較傳統(tǒng)井大很多。極端天氣下，多數(shù)采空井一日甚至需放水3次，才可確保不發(fā)生嚴重冰堵。CK-02井在每日放水的前提下，次日凝水缸放出純水的時間仍會長達10～20 s.

水露點是反應(yīng)集輸氣體飽和水汽含量的指標，管輸氣水露點高，其水汽含量高，則易析出水合物，對設(shè)備、管道運行效率等造成不利影響[6-7]. 水露點與壓力呈正相關(guān)性，即在氣體含水量不變的情況下，隨著壓力的升高，水露點也隨之升高[8]. 而采空井采用的是負壓抽采、增壓輸送的生產(chǎn)方式，不但增加了氣體中水分含量，也提高了水露點,使得在冬季低溫條件下析出大量水合物。

水合物的形成是發(fā)生冰堵的物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)有技術(shù)條件下不可能完全消除，管道維護中需盡量降低管道內(nèi)水合物含量，避免發(fā)生積聚。

1.3 抽采設(shè)備維護難度高

采空井采用地面負壓抽采的方式進行生產(chǎn)。通過井口的增壓機，抽采采空區(qū)內(nèi)殘留的氣體，有時還需柴油發(fā)電機或者瓦斯發(fā)電機為增壓機提供動力。采空井生產(chǎn)雖不涉及排水降壓、儲層保護等煤層氣生產(chǎn)理論，但極其依賴設(shè)備。增壓機停機后，氣體失去運移動力，氣量隨之降為零，極端低溫天氣影響了發(fā)電機、增壓機等設(shè)備的穩(wěn)定運行。

管道內(nèi)積水或發(fā)生冰堵，都會造成增壓機因排氣壓力高而故障停機。停機后，管道內(nèi)積水失去運移動力，勢必會發(fā)生回流，在地勢較低處積聚，加劇冰堵。兩者相互影響，極易在低溫條件下發(fā)生惡性循環(huán)。

2 CK-02井管道維護經(jīng)驗

在不用空壓機進行吹掃的情況下，采空井管道維護的手段，主要有以下幾種：1) 加裝放水閥門和低進高出的凝水缸。2) 在管道和凝水缸下部纏保溫棉和錫箔膠帶，具備供電條件的，要在保溫棉內(nèi)加纏伴熱帶。

CK-02井于2015年10月30日投運，日均產(chǎn)氣量約6 000 m3. 管道全長約600 m，高差約70 m，管道走向示意圖見圖1.

圖1 2015年冬XSTCK-02井單井管道走向示意圖

氣體經(jīng)增壓機抽出后，經(jīng)d65 mm的PE管輸送至T-07井，再一起輸送至集輸站。為便于描述分析，對CK-02井和T-07井之間的管道進行分段，其中：

1—2—3段：該段管線基本位于井場平臺，地勢平緩，積水易積聚，管內(nèi)氣體攜帶水流動的聲音較大。出增壓機后布置一凝水缸。2—3段有一低點，積水易在此處匯集。

處理方法：1) 充分利用離井場近，具備供電條件的優(yōu)勢，全段纏伴熱帶、保溫棉和錫箔膠帶，避免發(fā)生結(jié)冰。2) 把2—3之間的低點用木架架起，避免發(fā)生回流時，積水在此匯集。3) 放水時先停機，打開凝水缸排污球閥，造成回流，從3開始往回抬管，通過人為制造高差，使水回流至凝水缸放出。

3—4段：該段上坡路鋪設(shè)，積水不會發(fā)生匯集。

4—5段：該段為上坡后的一截平路，地勢較平，水的流動性差，管內(nèi)氣體推動水的聲音很大。在“5”處上坡前，有一截管道淺埋于路下。

處理方法：1) 因無供電條件，全段纏保溫棉和錫箔膠帶。2) 停機后往回抬管，通過人為制造高差，使積水回流。3) 淺埋于路下的管道曾因冰堵而完全堵死，切斷后，用熱熔機焊接上新管后恢復(fù)運行。

5—6—7段：該段為上坡、下坡路段，積水難以匯集，去年冬季未發(fā)生故障。

總結(jié)屯蘭工區(qū)在冬天對CK-02井集輸管道維護的經(jīng)驗，主要有以下幾點：

1) 盡量依照地勢，將管道布置的有坡度，使水不易積聚。

2) 在管道上坡前加裝凝水缸，使氣體上行時析出的水份，或停機放壓后遠處的積水，能自然回流至凝水缸儲存并排出。

3) 在較為平緩的路段前加裝凝水缸。水在平緩的路段動力性差，易于積聚和冰堵，在平緩路段前加裝凝水缸能最大程度上減少該段積水量。

4) 平緩路段最易發(fā)生冰堵，盡量纏保溫棉和錫箔膠帶，有供電條件的，加纏伴熱帶。

5) 凝水缸保溫只做中下部，以確保排污管及排污球閥不凍為宜。

6) 管道應(yīng)盡量避免鋪設(shè)在背陰處和風口處，部分極易冰堵路段可嘗試將管道墊離地面，因為黃土的比熱容較空氣高，降低同樣溫度的情況下，會吸收更多的熱量。

7) 根據(jù)氣量大小和氣體成分的不同，所產(chǎn)生水量也不盡相同，但絕大部分水會在離井口較近的范圍內(nèi)析出，攜帶到遠端的量較少。

8) 如果不能確保將管道埋于凍土層以下，消除積水結(jié)冰的可能性，采空井管道還是應(yīng)露天鋪設(shè)，便于發(fā)生故障后采取措施，以免管道在極低溫度下發(fā)生冰堵后，凍土層難以開挖。

3 對新管道鋪設(shè)的建議

CK-02井管道于2016年入冬前進行了大幅度改道，之前4—5段d65 mm的PE管不再向“6”處高點延伸，而是繼續(xù)沿路平緩地延伸約300 m至新投運的CK-09井，與同為d65 mmPE管的CK-09井管道一起向北西方向延伸至閥門組后，改為用d100 mm的PE管向集輸站輸送。根據(jù)去年冬季采空井管道維護經(jīng)驗，對新改道的CK-02井和新投運的CK-09井的管道，提出合理化建議：

3.1 改道的CK-02井管道

雖然延長了管輸距離，但由于管輸獨立性增加，管道末端管徑增大，因此CK-02井增壓機排氣壓力由340 kPa降至230 kPa，下降明顯。

新改道的管線將水平段從4—5段延伸至4—CK-09，大大延長了水平段距離，增大了管道內(nèi)積水冰堵的風險。對管道實行如下改造：

1) 在“4”處加裝凝水缸，并利用附近有低壓電桿的優(yōu)勢，對凝水缸中下部做保溫，最大限度地減少下游管道含水量。

2) 對4—CK-09段全線纏保溫棉和錫箔膠帶。改造后，“4”處凝水缸能放出大量水，且原本4—5段管內(nèi)明顯的流水聲消失，說明該凝水缸效果明顯。但4-CK-09管道平緩，距離過長，且部分背陰，雖未發(fā)生冰堵，但每天都需擊打管道外壁，防止冰于內(nèi)壁附著集聚。

3.2 新投運的CK-09井

CK-09井管道從井場至采空井閥門組走向示意圖見圖2.

圖2 XSTCK-09井單井管道走向示意圖

該段管線全長700多米，高差約40 m，其中“3”和“4”處高差變化較大。根據(jù)起伏情況對其進行分段：

1—2段：該段管線平緩，缺乏流動性，易積水，利用離井場近，具備供電條件，加裝伴熱帶、保溫棉，防止冰堵。

2—3—4—5段：該段管線起伏較大。1—2段加裝伴熱帶后，水被趕至該段，應(yīng)在“3”和“4”處加裝凝水缸，借助地勢使積水儲存于其內(nèi)。但因不具備供電條件，只能在凝水缸中下部纏保溫棉和錫箔膠帶，于氣溫較高時打開排污放水。該段原有截管道淺埋于路下，建議改為懸空放置。

5—6段：該段為緩上坡或較平路段，布置保溫設(shè)施成本高，建議加裝放水閥門，便于發(fā)生問題后及時判斷解決。

4 總 結(jié)

1) 采空井是實踐采煤采氣一體化理論的新井型，具有投入少、見效快的特點，在西山煤田古交區(qū)塊取得了良好的抽采效果。但對于采空井的研究還只處于起步階段，需要在加強理論研究的同時，不斷總結(jié)生產(chǎn)實踐中的經(jīng)驗教訓(xùn)。

2) 和傳統(tǒng)煤層氣井相比，采空井在管道維護方面具有：a) 管道露天鋪設(shè)。b) 產(chǎn)出氣體含水量高。c) 抽采設(shè)備維護難度大等特點。

3) 冬季管道維護是采空井生產(chǎn)中的難點，極端天氣不但增加了放水作業(yè)頻次，也增加了處理問題的難度，對維護工作提出了很高的要求。

4) 管道布設(shè)應(yīng)充分利用地形，合理安排走向，增大上坡、下坡等單斜型路段的比例，減少平緩路段的比例。

5) 在地形變化的地方安裝凝水缸、放水球閥或法蘭，提高放水效果和作業(yè)效率。

6) 在易冰堵處加裝保溫棉、錫箔膠帶，有供電條件的加纏伴熱帶。

參 考 文 獻

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