1、第第七七章章 煤层气集输煤层气集输第七章 煤层气集输1第第七七章章 煤层气集输煤层气集输第一节第一节 采气流程采气流程第二节第二节 煤层气的矿场集输煤层气的矿场集输第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺第第四四节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统主要内容：主要内容：2第一节第一节 采气流程采气流程 把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输送的合格煤层气的各种设备组合，称为输送的合格煤层气的各种设备组合，称为采气流程采气流程。用图例符号表。用图例符号表示采气全过程的图
2、称为示采气全过程的图称为采气流程图采气流程图。煤层气井的采气流程分为单煤层气井的采气流程分为单井常温采气流程和多井常温采气流井常温采气流程和多井常温采气流程程。1）单井常温采气流程）单井常温采气流程 在单井上安装一套包括调压、分离、计量和保温设备的流程，在单井上安装一套包括调压、分离、计量和保温设备的流程，称为单井采气流程。其工艺过程为：井里边出来的煤层气经阀减压称为单井采气流程。其工艺过程为：井里边出来的煤层气经阀减压后，进入加热炉，通过加热后再由节流阀进入分离器，在分离器中后，进入加热炉，通过加热后再由节流阀进入分离器，在分离器中除去液体和固体杂质后，从集气管线输出。除去液体和固体杂质后，
3、从集气管线输出。3第一节第一节 采气流程采气流程也可打开放空阀紧急放空泄压。单井采气可应用于边远气井、产水量大也可打开放空阀紧急放空泄压。单井采气可应用于边远气井、产水量大的气水同产井和低压气井采气。的气水同产井和低压气井采气。2）多井常温采气流程）多井常温采气流程 把几口井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和管理的把几口井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和管理的流程，称为流程，称为多井常温采气流程多井常温采气流程，一般把具有这样流程的站称为集气站。，一般把具有这样流程的站称为集气站。其其工艺过程一般依次包括加热、节流、分离、脱水、计量等几个部分。工艺过程一般依次包括加热、节流、
4、分离、脱水、计量等几个部分。其中加热部分是为了预防在节流降压过程中气体温度过低形成水合物。其中加热部分是为了预防在节流降压过程中气体温度过低形成水合物。若气体压力较低，节流后不会形成水合物，集气站的流程就可简化为：若气体压力较低，节流后不会形成水合物，集气站的流程就可简化为：节流节流-分离分离-脱水脱水-计量，然后输出。计量，然后输出。多井常温采气流程的优点是便于对气井进行集中调节和管理，减少多井常温采气流程的优点是便于对气井进行集中调节和管理，减少管理人员和工作人员。管理人员和工作人员。4第一节第一节 采气流程采气流程 井口采用抽油机将储层的水采出，分离器将水中带出的气井口采用抽油机将储层的
5、水采出，分离器将水中带出的气体分离后，污水排至井场水池中。煤层气解吸后由套管采出，体分离后，污水排至井场水池中。煤层气解吸后由套管采出，0.20.20.5Mpa0.5Mpa压力的煤层气经采气井口采出后，与气水分离器分压力的煤层气经采气井口采出后，与气水分离器分出的气体混合，通过分离、计量，经采气管道输至集气站。井口出的气体混合，通过分离、计量，经采气管道输至集气站。井口分离器及计量设施为橇体，可根据开采情况，将橇体移到其它井分离器及计量设施为橇体，可根据开采情况，将橇体移到其它井口继续使用。口继续使用。5第第七七章章 煤层气集输煤层气集输第一节第一节 采气流程采气流程第二节第二节 煤层气的矿场
6、集输煤层气的矿场集输第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺第第四四节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统6第二节 煤层气的矿场集输 把气井采出的煤层气经过加热、降压（或加压降温）、分离、脱把气井采出的煤层气经过加热、降压（或加压降温）、分离、脱水、计量后，集中起来输送到输气干线或脱硫、脱水厂的过程，称为水、计量后，集中起来输送到输气干线或脱硫、脱水厂的过程，称为煤层气的矿场集输煤层气的矿场集输。一、集输系统的类型一、集输系统的类型 目前常用的煤层气集输系统有三种类型：目前常用的煤层气集输系统有三种类型：第一类第一类是对每口井产出是对每口
7、井产出的煤层气进行单独处理和压缩，然后用小口径、中等压力的管线将煤的煤层气进行单独处理和压缩，然后用小口径、中等压力的管线将煤层气输送至中心压缩站；层气输送至中心压缩站；第二类第二类是将并组的煤层气收集在一起，通过是将并组的煤层气收集在一起，通过低压集输管线输送到卫星增压站，经初步处理和压缩后，再输送至中低压集输管线输送到卫星增压站，经初步处理和压缩后，再输送至中心销售压缩站；心销售压缩站；第三类第三类是尽可能降低煤层气井的井口压力，选用大小是尽可能降低煤层气井的井口压力，选用大小合适的集输管线将煤层气直接输送到中心压缩站。合适的集输管线将煤层气直接输送到中心压缩站。7第二节 煤层气的矿场集输
8、二、矿场集输管网的类型二、矿场集输管网的类型 收集和输送煤层气的管网称为收集和输送煤层气的管网称为集气管网集气管网，包括采气管线、集气支，包括采气管线、集气支线和集气干线等。线和集气干线等。采气管线采气管线是气井到集气站的管线，一般直径较小是气井到集气站的管线，一般直径较小（73114mm）；）；集气支线集气支线是集气站到集气站或集气站到集气干线的是集气站到集气站或集气站到集气干线的管线，一般直径较大（管线，一般直径较大（159325mm）；）；集气干线集气干线是将各集气站或集气是将各集气站或集气支线的来气集中输送到集配气总站或加气站的管线，一般直径很大支线的来气集中输送到集配气总站或加气站的
9、管线，一般直径很大（219457mm）。）。目前采用的集气管网一般有目前采用的集气管网一般有枝状管网、环状管网和放射状管网枝状管网、环状管网和放射状管网三三种类型。种类型。8第二节 煤层气的矿场集输（1）枝状管网）枝状管网 枝状管网形同树枝状，它有一条贯穿于气田的主干线将分布在干线枝状管网形同树枝状，它有一条贯穿于气田的主干线将分布在干线两侧气井的煤层气通过支线纳入干线，由干线输至集气总站或加气站。两侧气井的煤层气通过支线纳入干线，由干线输至集气总站或加气站。该集气管网适于长条状煤层气田，煤层气田即采用这种管网布局。该集气管网适于长条状煤层气田，煤层气田即采用这种管网布局。（2）环状集气管网）
10、环状集气管网 环状集气管网是将集气干线布置成环状，承接沿线集气站的来气。环状集气管网是将集气干线布置成环状，承接沿线集气站的来气。在环网上适当的位置引出管线至集气总站。这种集气流程调度气量方便，在环网上适当的位置引出管线至集气总站。这种集气流程调度气量方便，气压稳定，局部发生事故时影响面小。一般用于构造面积较大的气田。气压稳定，局部发生事故时影响面小。一般用于构造面积较大的气田。（3）放射状集气管网）放射状集气管网 放射状集气管网适用于井位相对集中的气田。按集中程度将若干口放射状集气管网适用于井位相对集中的气田。按集中程度将若干口气井划为一组，每组中设置一个集气站，各井煤层气通过来气管线纳入气
11、井划为一组，每组中设置一个集气站，各井煤层气通过来气管线纳入集气站。该管网布局便于煤层气和污水的集中处理，也可减少操作人员。集气站。该管网布局便于煤层气和污水的集中处理，也可减少操作人员。9第一节第一节 采气流程采气流程 把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输送的合格煤层气的各种设备组合，称为送的合格煤层气的各种设备组合，称为采气流程采气流程。煤层气井的采气流程分为煤层气井的采气流程分为单井常温采气流程单井常温采气流程和和多井常温采气流程多井常温采气流程。1）单井常温采气流程）单井常温采气流程 在单井上安装一套包括调压、
12、分离、计量和保温设备的流程，称在单井上安装一套包括调压、分离、计量和保温设备的流程，称为单井采气流程。其工艺过程为：井里边出来的煤层气经阀减压后，为单井采气流程。其工艺过程为：井里边出来的煤层气经阀减压后，进入加热炉，通过加热后再由节流阀进入分离器，在分离器中除去液进入加热炉，通过加热后再由节流阀进入分离器，在分离器中除去液体和固体杂质后，从集气管线输出。体和固体杂质后，从集气管线输出。分离出的液体固体从分离器下部排放到污水罐中。为了安全采气，分离出的液体固体从分离器下部排放到污水罐中。为了安全采气，流程上装有安全阀和放空阀，一旦设备超压，安全阀便自动开启泄压，流程上装有安全阀和放空阀，一旦设
13、备超压，安全阀便自动开启泄压，10第二节 煤层气的矿场集输三、煤层气的增压输送三、煤层气的增压输送 在煤层气的开发和输送过程中，随着煤层气的不断采出，在煤层气的开发和输送过程中，随着煤层气的不断采出，气井压力逐渐降低，当气井的井口压力低于输气压力时，气井气井压力逐渐降低，当气井的井口压力低于输气压力时，气井难以维持正常生产，甚至造成被迫关井。因此，为了充分利用难以维持正常生产，甚至造成被迫关井。因此，为了充分利用能源，确保合理开发气田，提高煤层气采收率，当气田的地层能源，确保合理开发气田，提高煤层气采收率，当气田的地层压力降低后，应该在矿区建立增压设备，对煤层气增压，以降压力降低后，应该在矿区
14、建立增压设备，对煤层气增压，以降低气井井口的回压，维持气井正常生产，保证煤层气正常输送。低气井井口的回压，维持气井正常生产，保证煤层气正常输送。11第第七七章章 煤层气集输煤层气集输第一节第一节 采气流程采气流程第二节第二节 煤层气的矿场集输煤层气的矿场集输第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺第第四四节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统节华北油田沁水盆地数字化煤层气田集输系统12第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 自地层中采出的煤层气中，一般有饱和的水蒸气和机械杂质，自地层中采出的煤层气中，一般有饱和的水蒸气和机械杂质，水蒸气和机械杂质是煤层气中有害无
15、益的组分。煤层气中水蒸气水蒸气和机械杂质是煤层气中有害无益的组分。煤层气中水蒸气和机械杂质的存在，减小了输气管道对其它有效组分的输送，降和机械杂质的存在，减小了输气管道对其它有效组分的输送，降低了煤层气的热值。低了煤层气的热值。当输气管道压力和环境温度变化时，可能引起水汽从煤层气当输气管道压力和环境温度变化时，可能引起水汽从煤层气中析出，形成液态水、冰或甲烷水合物，这些物质的存在会增加中析出，形成液态水、冰或甲烷水合物，这些物质的存在会增加输气压降，减小输气管线的通过能力，严重时还会堵塞阀门和管输气压降，减小输气管线的通过能力，严重时还会堵塞阀门和管线，影响平稳供气。因此，现场常采用线，影响平
16、稳供气。因此，现场常采用加热、节流、分离、脱水加热、节流、分离、脱水等工艺对煤层气进行处理，以保证安全平稳地输送合格的煤层气。等工艺对煤层气进行处理，以保证安全平稳地输送合格的煤层气。13第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺一、计量一、计量 为了改善气井管理，需要对每口井的产气量、产水量、压力、温为了改善气井管理，需要对每口井的产气量、产水量、压力、温度进行计量。对于多层位的产气井，还应对每一产层的产量进行估测。度进行计量。对于多层位的产气井，还应对每一产层的产量进行估测。1）水计量系统）水计量系统 常用的水计量方法有常用的水计量方法有3种：种：正排量流量计、涡轮流量计和计量
17、桶正排量流量计、涡轮流量计和计量桶。正排量水流量计容易被细小的煤粒、砂、粘土堵塞，造成计量误差。正排量水流量计容易被细小的煤粒、砂、粘土堵塞，造成计量误差。涡轮流量计通常安装在泵的出口处，其计量精度高于正排量流量计，涡轮流量计通常安装在泵的出口处，其计量精度高于正排量流量计，但在间隙流、气水两相流及水中有杂质的情况下，易受损坏，或产生但在间隙流、气水两相流及水中有杂质的情况下，易受损坏，或产生较大的计量误差。正排量流量计和涡轮流量计的计量精度随入口压力较大的计量误差。正排量流量计和涡轮流量计的计量精度随入口压力的提高而增加。在美国的黑勇士盆地，最常用的水计量方法是一种标的提高而增加。在美国的黑
18、勇士盆地，最常用的水计量方法是一种标定容器定容器，也称计量桶，也称计量桶。这种容器的容积一般为。这种容器的容积一般为18.925dm3(5加仑加仑)，用，用于井口收集产出水，并记录容器装满水所需的时间，由此换算成每日于井口收集产出水，并记录容器装满水所需的时间，由此换算成每日产水的桶数。产水的桶数。14第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺2）气计量系统）气计量系统 煤层气通常要进行单井计量和中央销售点计量。主要流量计有煤层气通常要进行单井计量和中央销售点计量。主要流量计有孔孔板流量计和涡轮流量计板流量计和涡轮流量计，也可使用，也可使用旋转式或膜片式流量计旋转式或膜片式流量计，
19、特别是在，特别是在计量压缩机的燃料用量时，差压式孔板流量计通过测量安装在管线中计量压缩机的燃料用量时，差压式孔板流量计通过测量安装在管线中的孔板流量计上下游的压力差来计量气体流量。的孔板流量计上下游的压力差来计量气体流量。孔板流量计孔板流量计的优点是机械故障少，维护工作量小，可将管线的的优点是机械故障少，维护工作量小，可将管线的压力、温度及压差连续地记录在圆形记录卡上，可永久保存气井的生压力、温度及压差连续地记录在圆形记录卡上，可永久保存气井的生产史记录资料。缺点是流量值需要人为解释，产量变化较大时，记录产史记录资料。缺点是流量值需要人为解释，产量变化较大时，记录卡片不容易解释准确。不过在记录
20、卡片取下来以后，可用光学扫描仪卡片不容易解释准确。不过在记录卡片取下来以后，可用光学扫描仪对气井产量进行比较准确的估测。对气井产量进行比较准确的估测。涡轮流量计涡轮流量计常用于计量单井流量和总产量，优点是计量流量范围常用于计量单井流量和总产量，优点是计量流量范围较大。缺点是运动部件较多，维护费用高。较大。缺点是运动部件较多，维护费用高。15图图7-2 V7-2 V型流量计节流装置示意图型流量计节流装置示意图第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 近年来近年来差压式差压式 V V 锥流量计锥流量计（图（图7-27-2）独特的结构使其具有较强的独特的结构使其具有较强的流动调整能力流
21、动调整能力，可测湿气体可测湿气体，能在能在低差压下测量煤层气低差压下测量煤层气等显著优点等显著优点，已在美国的煤层气工业开采中得到了大量的应用已在美国的煤层气工业开采中得到了大量的应用。管径逐步递增的配管设计方案不仅为煤层气生产带来巨大效益管径逐步递增的配管设计方案不仅为煤层气生产带来巨大效益，而且可以而且可以防止各井之间的交叉影响或者通常因某个单向间有故障造成防止各井之间的交叉影响或者通常因某个单向间有故障造成气体反注到附近的气井中气体反注到附近的气井中。16第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺3)单层产量计量单层产量计量 许多煤层气井有多个产气层位，为了改善生产管理，不仅
22、要测许多煤层气井有多个产气层位，为了改善生产管理，不仅要测量每口井的产气量、产水量和井口压力，在可能的情况下，还应该量每口井的产气量、产水量和井口压力，在可能的情况下，还应该计量每一产层的产气量和产水量。计量每一产层的产气量和产水量。单层产气量计量的方法单层产气量计量的方法之一是，之一是，当气井所有产层的产气量达到比较稳定时，用桥塞堵住下一个产层，当气井所有产层的产气量达到比较稳定时，用桥塞堵住下一个产层，当产量再次达到稳定值时，两者之差即为该产层的产量。这种方法当产量再次达到稳定值时，两者之差即为该产层的产量。这种方法适用于评价井或观察井，一般不适用于大规模开发的气田。适用于评价井或观察井，
23、一般不适用于大规模开发的气田。美国研究了根据产出气或产出水的成分的变化来估算不同产层美国研究了根据产出气或产出水的成分的变化来估算不同产层产量的方法。在黑勇士盆地的试验表明，根据产出气成分的变化来产量的方法。在黑勇士盆地的试验表明，根据产出气成分的变化来估算产层产气量是不成功的，但根据产出水的化学成分的变化，测估算产层产气量是不成功的，但根据产出水的化学成分的变化，测算产层的产量有一定的可行性。算产层的产量有一定的可行性。17第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 例如，例如，黑勇士盆地的黑勇士盆地的Black Creek产层产出水的溶解固相总产层产出水的溶解固相总含盐比含盐比
24、Mary Lee产层高一个数量级。通过对单产层完井的气井产层高一个数量级。通过对单产层完井的气井数据与同时对两个产层完井的气井的数据的比较，可在溶解固相数据与同时对两个产层完井的气井的数据的比较，可在溶解固相总含量与每个产层的产水百分率之间建立相关方程。这种方法是总含量与每个产层的产水百分率之间建立相关方程。这种方法是评价水力压裂，确定是否要进行修井作业的有效工具。评价水力压裂，确定是否要进行修井作业的有效工具。单层产气量计量的另一种方法是利用美国天然气研究所开发单层产气量计量的另一种方法是利用美国天然气研究所开发的产层隔离封隔器。它是一种充气膨胀式封隔器，安装时作为油的产层隔离封隔器。它是一
25、种充气膨胀式封隔器，安装时作为油管性的一部分安装在气井两产层之间。计量时，隔离封隔器充气管性的一部分安装在气井两产层之间。计量时，隔离封隔器充气膨胀，将产层完全隔离。亚拉巴马州的现场试验证明这种工具对膨胀，将产层完全隔离。亚拉巴马州的现场试验证明这种工具对储层管理十分有利。储层管理十分有利。18第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 美国是煤层气商业化美国是煤层气商业化开发最成功的国家，其开发最成功的国家，其90%90%以上的煤层气产量是从圣以上的煤层气产量是从圣胡安和黑勇士这两个煤田胡安和黑勇士这两个煤田生产的，这两个煤田采用生产的，这两个煤田采用的地面钻井技术和煤层气的地面
26、钻井技术和煤层气集输技术已相当成熟集输技术已相当成熟(图图7-7-3)3)。为此，着重对美国圣。为此，着重对美国圣胡安盆地的煤层气集输系胡安盆地的煤层气集输系统进行了介绍统进行了介绍。图7-3 美国黑勇士盆地煤层气开采地面工艺流程图1.泵支架；2.针形阀；3.水流管线；4.阀；5.滤网；6.气体流动管线；7.滴水器；8.气体分离箱；9.过滤器；10.气体流量计；11.出水管；12.火焰消除器；13.火炬装置；14.绷绳支架；15.输气管19图7-4 圣胡安盆地典型的煤层气井场工艺示意图第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 每个井场都装备有每个井场都装备有分离器、水处理设施和分
27、离器、水处理设施和计量设施计量设施(图图7-4)7-4)。产出的流体通过。产出的流体通过100m100m长的管长的管线从井口输送至立式分离器，气流沿切线方向从线从井口输送至立式分离器，气流沿切线方向从进口管进入分离器内。气相回转向上进入顶部腔进口管进入分离器内。气相回转向上进入顶部腔室，在此过程中，速度不断减小，使得气流均匀室，在此过程中，速度不断减小，使得气流均匀通过除雾器，分离器顶部出来的气体管输至计量通过除雾器，分离器顶部出来的气体管输至计量设施；水通过液位控制阀从分离器底部排出至储设施；水通过液位控制阀从分离器底部排出至储水罐，煤粉等杂质随着水一起向下运动，降至分水罐，煤粉等杂质随着水
28、一起向下运动，降至分离器的圆锥形底部，由排污口排出。分离器外部离器的圆锥形底部，由排污口排出。分离器外部装备有一个气体加热的水套，用自然通风燃烧器装备有一个气体加热的水套，用自然通风燃烧器加热以免冬天水结冰。分离器入口还设置有一个加热以免冬天水结冰。分离器入口还设置有一个控制阀，当运行压力超过分离器的名义操作压力控制阀，当运行压力超过分离器的名义操作压力时关闭气源。时关闭气源。20第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 水接收装置包括水接收装置包括2 2个容量为个容量为300300桶的加热的、衬套钢罐，相邻桶的加热的、衬套钢罐，相邻的是一个容量为的是一个容量为100100桶的玻
29、璃纤维污水坑，它作应急用且可接收从桶的玻璃纤维污水坑，它作应急用且可接收从两个钢罐底部脱除的煤粉等杂质。两个钢罐底部脱除的煤粉等杂质。流程流程是：分离器底部出来的水是：分离器底部出来的水首先流入第一个钢罐，和第二个钢罐平衡，煤粉等杂质发生沉降。首先流入第一个钢罐，和第二个钢罐平衡，煤粉等杂质发生沉降。当水处理系当水处理系 统发生紊乱时，统发生紊乱时，2 2个钢罐还可提供就地储存功能，以个钢罐还可提供就地储存功能，以便继续生产。从第二个钢罐出来的水管输至一个气体驱动的输水便继续生产。从第二个钢罐出来的水管输至一个气体驱动的输水泵，以提供足够的动力，往北输送至水处理系统。泵，以提供足够的动力，往北
30、输送至水处理系统。两个钢罐装备有气体覆盖系统，以阻止氧气进入。在罐和污两个钢罐装备有气体覆盖系统，以阻止氧气进入。在罐和污水坑周围还设有土制的排水道。另外，因为井场没有可以利用的水坑周围还设有土制的排水道。另外，因为井场没有可以利用的电，气体被压缩到电，气体被压缩到100psi100psi作为输水泵的天然气驱动，泵排出的气作为输水泵的天然气驱动，泵排出的气体被放空；调整到体被放空；调整到30psi30psi的气体用作仪表用气、罐的燃料、分离器的气体用作仪表用气、罐的燃料、分离器的热源以及储水罐的覆盖气等。的热源以及储水罐的覆盖气等。21第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺二、
31、分离二、分离 煤层气井井身一般采用生产套管中下入油管的结构，这种结构煤层气井井身一般采用生产套管中下入油管的结构，这种结构使气水在井下得到初步分离。不管是从油管产出的水，还是从套管使气水在井下得到初步分离。不管是从油管产出的水，还是从套管产出的气都需要在井口作进一步分离，然后再分别输送到气水处理产出的气都需要在井口作进一步分离，然后再分别输送到气水处理点和销售点。点和销售点。在地面气水分离系统中，固相杂质的处理是十分重要的一个环在地面气水分离系统中，固相杂质的处理是十分重要的一个环节。固相杂质可能包括微小煤颗粒、碎石及来自压裂作业的砂，在节。固相杂质可能包括微小煤颗粒、碎石及来自压裂作业的砂，
32、在某些气田地面管线中也会出现盐的沉积。水计量系统入口处最易出某些气田地面管线中也会出现盐的沉积。水计量系统入口处最易出现固相杂质的聚积，但处理较方便，只要在分离器的下游，在水流现固相杂质的聚积，但处理较方便，只要在分离器的下游，在水流量计之前安装过滤器即可解决。对于较大的固相杂质，可在井下泵量计之前安装过滤器即可解决。对于较大的固相杂质，可在井下泵的入口安装滤网以及减小气井作业过程中的井口压力的波动予以控的入口安装滤网以及减小气井作业过程中的井口压力的波动予以控制。制。分离气液（固）的分离器，按其原理可分为分离气液（固）的分离器，按其原理可分为重力式分离器、重力式分离器、旋风式分离器、混合式分
33、离器旋风式分离器、混合式分离器三种。前两种应用最多。三种。前两种应用最多。22第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺1）重力式分离器）重力式分离器 重力式分离器主要是利用液（固）体和气体之间的重度差分离重力式分离器主要是利用液（固）体和气体之间的重度差分离液（固）体。气液混合物进入分离器后，液（固）体被气体携带一起液（固）体。气液混合物进入分离器后，液（固）体被气体携带一起向上运动，但是，由于液（固）体的重度比气体大得多（如在向上运动，但是，由于液（固）体的重度比气体大得多（如在5Mpa时，水的重度是甲烷重度的时，水的重度是甲烷重度的28倍），同时液（固）体还受到向下的倍），同
34、时液（固）体还受到向下的重力作用向下沉降，如果液滴足够大，以致其沉降速度大于被气体携重力作用向下沉降，如果液滴足够大，以致其沉降速度大于被气体携带的速度，液滴就会向下沉降被分离出来。带的速度，液滴就会向下沉降被分离出来。重力式分离器根据安装形式和内部附件的不同可分为：重力式分离器根据安装形式和内部附件的不同可分为：立式、卧立式、卧式及三相重力式分离器式及三相重力式分离器三种。前两种可分离气液（固）两相，第三种三种。前两种可分离气液（固）两相，第三种是把液体再分开。是把液体再分开。23第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺图7-5 卧式重力分离器图7-6 立式重力式分离器24图7
35、-7 旋风式分离器第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺2）旋风式分离器）旋风式分离器 旋风式分离器又叫离心分离器，由筒体、锥形旋风式分离器又叫离心分离器，由筒体、锥形管、螺纹叶片、中心管和集液包等组成。管、螺纹叶片、中心管和集液包等组成。煤层气沿切线方向从进口管进入分离器的筒煤层气沿切线方向从进口管进入分离器的筒体中，在螺旋叶片的引导下做向下回旋运动，由于体中，在螺旋叶片的引导下做向下回旋运动，由于气体和液固体杂质颗粒的质量不同所产生的离心力气体和液固体杂质颗粒的质量不同所产生的离心力也不同，于是质量大的杂质颗粒被甩到外圈，质量也不同，于是质量大的杂质颗粒被甩到外圈，质量小的
36、气体处于内圈，从而使两者分离。杂质颗粒在小的气体处于内圈，从而使两者分离。杂质颗粒在其重力及气流的带动下，沿锥形管壁进入集液罐，其重力及气流的带动下，沿锥形管壁进入集液罐，经排污管排出，气体在锥形管尾部开始作向上回旋经排污管排出，气体在锥形管尾部开始作向上回旋运动，最后经中心管进入下一级设备。运动，最后经中心管进入下一级设备。25第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺3 3）混合式分离器）混合式分离器 混合式分离器是利用多种分离原理进行气液（固）分离的，结构混合式分离器是利用多种分离原理进行气液（固）分离的，结构比较复杂，类型也很多，如螺道分离器、串联离心式分离器、扩散式比较复
37、杂，类型也很多，如螺道分离器、串联离心式分离器、扩散式分离器等。分离器等。三、集气站工艺三、集气站工艺 来自各井口的煤层气进入站场，经气液分离后，气体进入压缩机来自各井口的煤层气进入站场，经气液分离后，气体进入压缩机组增压，经冷却分离后，计量外输。分离出的污水进入排污池，排污组增压，经冷却分离后，计量外输。分离出的污水进入排污池，排污池设有放空管，污水中残留的气体经放空管引至安全处放空。一般煤池设有放空管，污水中残留的气体经放空管引至安全处放空。一般煤层气进入站场的压力很低，常常低于层气进入站场的压力很低，常常低于0.1MPa0.1MPa，在集气站需进行几级压，在集气站需进行几级压缩，出口压力
38、为多少，需根据最终的外输压力综合考虑而定。工艺流缩，出口压力为多少，需根据最终的外输压力综合考虑而定。工艺流程示意图详见图程示意图详见图7-87-8。26图7-8 集气站工艺流程图示意图第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺27第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺四、处理厂工艺四、处理厂工艺 煤层气从各集气站经集气干线进入处理厂，经增压脱水处理后，达煤层气从各集气站经集气干线进入处理厂，经增压脱水处理后，达到天然气国家标准的气质要求后外输。之所以进行脱水处理是因为输送到天然气国家标准的气质要求后外输。之所以进行脱水处理是因为输送的煤层气有时会含有酸性组份，液态
39、水的存在会加速酸性组份的煤层气有时会含有酸性组份，液态水的存在会加速酸性组份(H(H2 2S S、COCO2 2等等)对管壁阀件的腐蚀，减少管线的使用寿命。对管壁阀件的腐蚀，减少管线的使用寿命。目前各国对管输煤层气中含水汽量指标要求不一，有目前各国对管输煤层气中含水汽量指标要求不一，有“绝对含水汽绝对含水汽量量”及及“露点温度露点温度”两种表示方法。两种表示方法。绝对含水汽量绝对含水汽量是指单位体积煤层气是指单位体积煤层气中含有的水汽的重量，单位为中含有的水汽的重量，单位为mg/nmmg/nm3 3或或mg/mmg/m3 3。煤层气的露点温度煤层气的露点温度是指是指在一定的压力下煤层气中水蒸气
40、开始冷凝结出第一滴水时的温度，用在一定的压力下煤层气中水蒸气开始冷凝结出第一滴水时的温度，用表示。为了表示在煤层气管输过程中，由于温度降低而从煤层气中凝析表示。为了表示在煤层气管输过程中，由于温度降低而从煤层气中凝析出水的倾向，用露点温度表示煤层气的含水汽量更为方便。一般情况下出水的倾向，用露点温度表示煤层气的含水汽量更为方便。一般情况下管输煤层气的露点温度应该比输气管沿线最低环境温度低管输煤层气的露点温度应该比输气管沿线最低环境温度低5 51515。28第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 可用于煤层气脱水的方法有多种，如可用于煤层气脱水的方法有多种，如溶剂吸收法、固体吸附
41、法、溶剂吸收法、固体吸附法、化学反应法和低温冷却法化学反应法和低温冷却法。煤层气集中处理规模较大时，脱水工艺。煤层气集中处理规模较大时，脱水工艺可考虑采用三甘醇脱水方案。三甘醇是目前国内外普遍使用的天然可考虑采用三甘醇脱水方案。三甘醇是目前国内外普遍使用的天然气吸收脱水的溶剂，三甘醇露点降通常降低气吸收脱水的溶剂，三甘醇露点降通常降低33335050，甚至更高；，甚至更高；三甘醇的蒸气压低，携带的损失小，热力学性质稳定，脱水操作费三甘醇的蒸气压低，携带的损失小，热力学性质稳定，脱水操作费用低。因此，可选用三甘醇作为吸收剂进行脱水处理。用低。因此，可选用三甘醇作为吸收剂进行脱水处理。由于进入处理
42、厂的压力较低，可采用先增压后脱水工艺，以降由于进入处理厂的压力较低，可采用先增压后脱水工艺，以降低脱水装置规模和运行成本，降低处理厂的建设投资。处理厂的工低脱水装置规模和运行成本，降低处理厂的建设投资。处理厂的工艺流程见图艺流程见图7-97-9。29第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺图7-9 处理厂工艺流程图示意图30第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 沁水盆地中央处理厂的主要工艺过程为沁水盆地中央处理厂的主要工艺过程为增压和脱水增压和脱水。在脱水装置。在脱水装置前进行增压还是在脱水装置后进行增压对中央处理厂工艺参数选取、前进行增压还是在脱水装置后进行增
43、压对中央处理厂工艺参数选取、运行费用及投资影响较大，必须进行对比分析和优选。不同压力下脱运行费用及投资影响较大，必须进行对比分析和优选。不同压力下脱水后的含水量都应满足外输压力下的水露点要求。水后的含水量都应满足外输压力下的水露点要求。先脱水后增压工艺的脱水装置一次投资高，脱水再生负荷大，运先脱水后增压工艺的脱水装置一次投资高，脱水再生负荷大，运行费用高；设备体积大，占地面积大，工艺管线管径大。而先增压后行费用高；设备体积大，占地面积大，工艺管线管径大。而先增压后脱水工艺的一次投资低，脱水再生负荷较小；脱水装置的操作压力较脱水工艺的一次投资低，脱水再生负荷较小；脱水装置的操作压力较高，设备体积
44、小，占地面积小，工艺管线管径小。故在节约投资、降高，设备体积小，占地面积小，工艺管线管径小。故在节约投资、降低能耗的原则下，采用先增压后脱水（三甘醇脱水）的工艺。低能耗的原则下，采用先增压后脱水（三甘醇脱水）的工艺。31第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺五、实例五、实例（1 1）沁南煤层气潘河示范工程沁南煤层气潘河示范工程 沁南潘河煤层气示范工程是我国第一个国家级煤层气产业化示范工沁南潘河煤层气示范工程是我国第一个国家级煤层气产业化示范工程。该项目的实施加速和推动了我国煤层气产业的形成与发展，对推动程。该项目的实施加速和推动了我国煤层气产业的形成与发展，对推动我国煤层气资源
45、的大规模商业化利用起到积极的示范作用。我国煤层气资源的大规模商业化利用起到积极的示范作用。该工程该工程共建采气井场共建采气井场150150座，采气管线座，采气管线45.3545.35公里、集气管线公里、集气管线21.4121.41公里、输配阀组公里、输配阀组1515个、集气增压站个、集气增压站3 3座、座、CNGCNG站站1 1座。建成后实现年产煤座。建成后实现年产煤层气层气1 110108 8m m3 3的示范商业生产规模。一期工程于的示范商业生产规模。一期工程于20052005年年1 1月投产。月投产。地面工艺采用地面工艺采用“井口输气阀组轮换计量集气站外输井口输气阀组轮换计量集气站外输”
46、的湿的湿气集输总流程，总集输能力气集输总流程，总集输能力1.01.010108 8m m3 3/a/a。单井产气经过分离器进行气。单井产气经过分离器进行气液分离后经输气管线进入阀组，通过井场液分离后经输气管线进入阀组，通过井场RTURTU，实现单井套压、温度和，实现单井套压、温度和32第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺产水量向阀组的传输；水管线经过计量后进入污水池。阀组来气经过产水量向阀组的传输；水管线经过计量后进入污水池。阀组来气经过调压后汇集输往集气站，对单井产量实行轮换计量；通过阀组调压后汇集输往集气站，对单井产量实行轮换计量；通过阀组RTURTU向向集气站控制室传输
47、单井及阀组信号。在集气站汇集和集气阀组来气，集气站控制室传输单井及阀组信号。在集气站汇集和集气阀组来气，经过过滤、调压、计量和缓冲，进入压缩机，将来气增压后外输和进经过过滤、调压、计量和缓冲，进入压缩机，将来气增压后外输和进入入CNGCNG站。主要工艺流程见图站。主要工艺流程见图7-107-10。图7-10 沁南煤层气潘河示范工程工艺流程示意图33第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺（2 2）沁水盆地樊庄区块煤层气沁水盆地樊庄区块煤层气6 6亿方亿方产能建设工程产能建设工程 樊庄区块煤层气樊庄区块煤层气6 6亿方地面工程是亿方地面工程是我国首个数字化规模化煤层气田，它标我国首
48、个数字化规模化煤层气田，它标志着我国煤层气工业化大规模开发的开志着我国煤层气工业化大规模开发的开始。气田建设规模始。气田建设规模6 610108 8m m3 3/a/a，共建成，共建成直井直井437437口，水平井口，水平井4545口中，集气站口中，集气站6 6座，座，采集气管线采集气管线370km370km（集气半径（集气半径5km5km）,中中央处理厂央处理厂1 1座，年处理能力座，年处理能力303010108 8m m3 3，其中一期工程其中一期工程101010108 8m m3 3。20092009年年9 9月实月实现煤层气管输。樊庄区块煤层气现煤层气管输。樊庄区块煤层气6 6亿方亿方
49、产能建设地面工程总体布局见图产能建设地面工程总体布局见图7-117-11。图7-11 樊庄区块煤层气6亿方产能建设地面工程总体布局图34第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 地面工程采用地面工程采用“单井并联阀组集气、单井计量、两地增压、集单井并联阀组集气、单井计量、两地增压、集中处理、无线传输、数字管理中处理、无线传输、数字管理”的总工艺流程。的总工艺流程。单井并联阀组采气工艺为井口至阀组的采气管线采用辐射状与单井并联阀组采气工艺为井口至阀组的采气管线采用辐射状与枝状相结合的方式接入，各气井采气支线并入阀组，再通过采气干枝状相结合的方式接入，各气井采气支线并入阀组，再通过采
50、气干线引接入集气站。采气阀组设放空流程，当采气支线发生故障，在线引接入集气站。采气阀组设放空流程，当采气支线发生故障，在采气阀组处对该采气支线放空、维护，可以保证其它支线正常生产。采气阀组处对该采气支线放空、维护，可以保证其它支线正常生产。中央处理厂采用先增压后脱水工艺，脱水采用三甘醇吸收法脱中央处理厂采用先增压后脱水工艺，脱水采用三甘醇吸收法脱水工艺。一期设往复式压缩机水工艺。一期设往复式压缩机4 4套，脱水装置套，脱水装置2 2套，处理规模为套，处理规模为101010108 8m m3 3/a/a。35第三节第三节 煤层气的矿场集输工艺煤层气的矿场集输工艺 整个气田采用整个气田采用SCAD
