胡建国 郑 欣 薛 岗 闫晓峰 王彦良 彭 磊

(1.西安长庆科技工程有限责任公司,陕西 710018;2.长庆油田分公司第六采气厂,陕西 710021;3.长庆油田分公司第五采气厂,陕西 710021;4.长庆油田分公司第二采气厂,陕西 710200)

1 概述

1.1 国内煤层气资源及开发建设现状

我国煤层气资源十分丰富，是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大煤层气储量国，占世界排名前12位国家资源总量的13%。国土资源部、国家发改委2006年预测结果为36.81×1012m3，与陆上常规天然气资源量相当。目前，在国内已进行商业化开发的煤层气田主要有沁水盆地和鄂尔多斯东缘盆地等煤层气田，其中规模较大的典型煤层气工程统计详见表1。

表1 国内典型煤层气工程统计

1.2 沁水盆地煤层气田典型集输工艺

国内沁水盆地煤层气田主要采用了“井口-采气管网-集气站-中央处理厂-外输”的总工艺流程，采用了“排水采气、低压集气、井口计量、井间串接、复合材质、站场分离、两地增压、集中处理、无线传输、数字管理”的地面工艺。

集气站采用“采气干管来气→分离器(过滤分离)→压缩机(增压)→二次分离(过滤分离)→外输”的工艺流程。

中央处理厂内采用先增压后脱水的主体工艺流程。集气干线来气首先进入集配气系统清管接收，再进入过滤分离系统进行气液分离，然后进入增压装置，将压力由1.0MPa(绝压，下同)增压至6.0MPa后进入三甘醇脱水装置脱水，以确保外输气的水露点，最后经计量后输往西气东输一线管道。

1.3 煤层气田标准化设计的前提和必要性

随着煤层气田规模化开发以及近几年的开发建设和运行经验，集气工艺技术相对成熟，具备了标准化设计的基本条件。因此，煤层气田以“标准化设计、模块化建设”这一集成创新的设计理念和设计手段在煤层气领域正在掀开序幕。

标准化设计可以使设备和材料供应实现系列化、标准化、定型化，有效降低安全风险，提高生产运行安全保障能力，确保整个煤层气田安全高效的运行；可以从根本上解决地区地形复杂、征地困难所造成的气田场站选址晚、线路走向确定困难与建设周期短相矛盾的问题，节约设计时间，提高设计效率；使材料准备、施工图会审、产建组织更加规范化、完善化，明显降低工时，提高生产效率。同时，可以使建设过程中的监督更加规范，最终提高建设质量。

下面以沁水盆地煤层气田实践为基础，对煤层气标准化的设计思路和具体做法说明如下，并对沁南东-夏店橇装化设计进行简要概述。

2 沁水盆地煤层气标准化设计的思路

在煤层气集气工艺流程定型的前提下，通过标准化设计、模块化建设形成标准化、规范化、系列化的设计和施工方法。标准化设计按照“统一平面布局、统一工艺流程、统一设备选型、统一建设标准、统一单体安装”五统一的基础上，针对地面建设内容，以工艺技术优化简化和定型为核心，以模块设计为关键手段，对批量性、通用性、重复性的内容进行标准化设计。使设计在煤层气田的地面建设中趋于统一，具有科学性、合理性、通用性和先进性。

2.1 工艺流程通用化

通过优化、简化工艺流程，统一系统布局和生产工艺，使井场和集气站的工艺流程基本一致，为井场和集气站的标准化设计奠定基础。

2.2 井站平面标准化

在尽量减少占地和满足功能需要的基础上，对其布局进行统一规划，使井场、集气站的工艺装置区大小、方位统一，达到标准化设计的目的。

2.3 工艺设备定型化

对井场和集气站使用的设备统一标准、统一外形尺寸、统一技术参数；同时保证质量安全可靠、造价合理，为规模化采购提供依据。

井场主要设备为旋进流量计、数据采集与传输设施等；

集气站主要设备为一次过滤分离器、压缩机组、二次过滤分离器、清管器收发球筒、污水罐等。

中央处理厂主要设备为段塞流捕集器、过滤分离器、压缩机组、三甘醇脱水装置、清管器收发球筒、污水罐等。

2.4 设计安装模块化

对于井场，利用三维设计手段，根据功能、组成对井口模块划分，模块应具有较强的通用性、互换性，易于模块化组合。定型的单体模块通过组装、拼接就可以形成不同类型、不同规模井场的整体设计。

对于集气站和中央处理厂，利用三维设计手段，根据功能、组成对集气站进行模块划分，模块应具有较强的通用性、互换性，易于模块化组合。定型的单体模块通过组装、拼接就可以形成不同类型、不同规模站场的整体设计。

2.5 管阀配件规范化

管阀配件规范化就是针对目前国内管阀配件行业标准多、不统一的现状，规范工程中使用的各种类型的管阀配件，使材料、连接方式、执行标准等统一，方便规模化采购和生产维修。

2.6 建设标准统一化

对井站标识、环保措施、仪表、供电等配套标准进行统一，既反映企业整体形象又节约投资、讲求实效，达到企业与周围环境的和谐统一。

2.7 安全设计人性化

坚持“安全第一、环保优先、以人为本”的设计理念，井场和集气站安全措施全部满足规范要求。其中包括：①在井口设置紧急关断阀，防止安全事故发生；②在集气站和中央处理厂设置气动紧急关断阀，值班人员可以在值班室进行控制，发生事故时可以紧急切断气源；③在生产区设置紧急逃生门，方便紧急情况下逃生。

2.8 设备材料国产化

设计时采用符合需要的国产化材料，是降低建设投资的重要手段。

2.9 生产管理数字化

利用现代成熟的计算机网络通讯系统，借助现有油田网络资源，建立起全煤层气田的生产数据管理平台，进行数据源的自动采集、处理和分析。

3 沁水煤层气标准化设计的实施方法

3.1 井场标准化

(1)平面布置

井场无人值守，场地只作简单处理。平面布置根据生产性质和功能将井场分成两个区，即抽油机及采气树区和辅助生产区。两区相对独立，又相互联系，既减少相互影响，又满足生产要求。

生产区主要包括抽油机和采气树。

辅助区主要包括集气橇和燃气集气橇、储水池、燃气发电机和配电柜(电气、仪表和通信三合一)等。

(2)工艺流程

井口采用抽油机将储层的水采出，排至储水池，根据具体水质情况进行处理。

煤层气解吸后由套管采出，通过井场旋进流量计计量后，经采气管线输送至集气站。在井场预留排采放空接口，作为排采用。

3.2 集气站标准化

集气站主要功能为接收周边井场来气、过滤分离、增压、二次过滤分离、计量外输、清管等。设计规模划分为10×104m3/d、20×104m3/d、30×104m3/d、50×104m3/d四种规模，压力等级为1.6MPa。

(1)平面布置

总平面布置根据生产性质和功能将集气站内、外分成三个区，即：生产区、生活区、放空区。考虑到生产区内压缩机组噪音对住站人员影响较大，压缩机布置在集气站生活区最远端。各区相对独立，又相互联系，既减少相互影响，又满足生产要求。

生产区主要包括：进站区、分离区、增压区、污水罐区、二次分离器区、计量外输区及收发球筒区。

生活区主要包括：值班室、休息室、壁挂炉间、厨房、餐厅、工具间、空压机房、低压配电间及10kV开关室等。

放空区：放空区位于全站最小频率风向的上风侧。

(2)工艺流程

集气工艺流程：自气井输送来的煤层气经采气干管0.05～0.15MPa进站后，经分离器进行气液分离后，进入压缩机组增压，增压后的煤层气压力为1.2～1.4MPa，经空冷器冷却至50～54℃后二次分离，经计量后外输。流程示意图见图1。

(3)集气站标准化模块构成

集气站标准化模块设计共包括说明书、 设备表、进站区、分离区、增压区、二次分离区、计量区和清管器发送/接收区，采出水储罐区等装置区的工艺自控流程图和平面布置图等内容。

图1 集气站工艺流程示意图

3.3 中央处理厂标准化

处理厂主要采用增压脱水工艺，主要功能为接收周边集气站来气、预分离、增压、脱水、计量外输等。设计规模划分为100×104m3/d、150×104m3/d、300×104m3/d三种规模，压力等级为7.0MPa。

(1)平面布置

总平面布置划分为4个功能区：生产区、辅助生产区、公用工程区和生产办公区。

生产区：集配气区(清管区、分离区和外输计量区)、增压站、脱水装置区等。集配气区位于厂区南侧，便于集气干线进厂。

辅助生产区：放空分液区、火炬区、溶剂材料库等。

公用工程区：供水站、污水处理站、110kV变电站、10kV开关站、供热系统、燃气系统、空氮站等。

生产办公区：中控楼、食堂等。

(2)处理厂工艺流程

处理厂典型工艺流程见图2。各区块集气干线来气首先进入集配气装置，在清管作业时负责清管器的接收；再进入过滤分离器，负责对原料气进行气液分离；然后进入增压装置增压，压力由0.9MPa增压至6.0MPa；之后进入三甘醇脱水装置脱水，确保外输气的水露点；最后经计量后输往外输管道。

图2 处理厂典型工艺流程图

①增压流程

集配气装置来原料气进入增压装置，来气经计量装置进入往复式压缩机组增压，压力由0.9MPa增压至6.0MPa，之后进入脱水装置。每台压缩机入口设置紧急关断阀，并配置“8”字盲板，以便于检修时的关断。

②脱水流程

从增压系统来的5.8～6.0MPa湿煤层气进入过滤分离器，将水、润滑油等脱除到1μm以下，以保证脱水系统的正常运行。经过过滤分离器的煤层气由吸收塔下部进入吸收塔下部气液分离腔，通过规整填料床层，被三甘醇吸收掉水份，出塔后经过套管式换热器，计量调压后外输。

三甘醇吸收塔、三甘醇再生橇、煤层气过滤分离器的污水汇管后进污水处理系统进行处理。

③集配气装置

集气干线的原料气进入集配气装置，进站前设紧急截断阀，紧急截断阀完成在处理厂或集气干线出现紧急情况下的自功切断。在集气装置经旋风分离器、过滤分离器分离出携带的液体、粉尘及机械杂质，进干线计量后输往增压装置；脱水装置来的净化气计量后外输。

(3)处理厂标准化模块构成

处理厂标准化模块设计包括说明书、设备表、物料平衡图、清管区、分离区、增压区、脱水区、计量外输区和等装置区的工艺自控流程图和平面布置图等内容构成。

4 沁南东-夏店煤层气站场橇装化设计

4.1 沁南东-夏店煤层气概述

沁南东-夏店地区地处山西省东南部，隶属山西省长治地区。建设区域主要位于长治市所辖的襄垣县、屯留县和长子县境内。

集气站采用低压集气，压缩机前一级分离，两级增压，压缩机后二级分离，分子筛脱水后直接输往地方建成洪洞～长子支线分输阀室和临近供气用户，增压工艺选择两级增压，初期生产可由1级增压至1.2～1.4MPa外输供地方用户，后期可选择二级增压供气。两级增压更便于压缩机组橇装化，简化施工程序。

4.2 橇装化设备和规格

站内成橇设备主要是螺杆式压缩机，往复式压缩机，二级分离器和分子筛脱水装置。

(1)橇装螺杆式压缩机

装置主要外形尺寸(长×宽×高)为6.0m×2.5m×2.7m，单台处理量分别为为10～12×104m3/d。采用额定功率560kW电机带动，压缩机进口压力0.05～0.15MPa，压缩机出口压力 1.20～1.40MPa。

机组工艺气管路主要包括自动进气切断阀和自动排气切断阀，止回阀、自动旁通阀及管路安全阀、放空阀及排污管路。实现压缩气体的安全输送和机组的启动、停机、加载、卸载、空负荷及负荷运行。整个压缩机采用橇装，无基础安装。

(2)橇装往复式压缩机

装置主要外形尺寸(长×宽×高)为9.5m×3.0m×2.66m。单台处理量分别为为10～12×104m3/d。采用额定功率315kW电机带动，压缩机进口压力1.0～1.2MPa，压缩机出口压力4.0～4.2MPa。

机组工艺气管路主要包括自动进气切断阀和自动排气切断阀、止回阀、自动旁通阀及管路安全阀、放空阀及排污管路。实现压缩气体的安全输送和机组的启动、停机、加载、卸载、空负荷及负荷运行。

(3)橇装分离机组(压缩机后)

压缩机组后设置二级分离器2具，集成在一个橇体上。单具最大处理规模为10～20×104m3/d，橇体处理规模为20～40×104m3/d，设计压力5MPa。

(4)橇装分子筛脱水装置

在二次分离器后设置分子筛脱水装置2套。装置主要外形尺寸(长×宽×高)为4.77m×2.17m×3.22m，每套处理规模为10～20×104m3/d，设计压力5MPa，保证外输商品气的气质要求。整个装置将吸收塔和再生塔集成在一个橇体上。

[1] 王登海，郑欣，薛岗.煤层气地面工程技术[M].北京:石油工业出版社,2014.

[2] 王红霞.煤层气集输与处理[M].北京:中国石化出版社,2013.

[3] 王红霞，李娜，张璞，等.沁水盆地煤层气田樊庄区块集气站标准化设计.天然气工业，2010,30(6)：84-86.

[4] 许茜，薛岗，周玉英，等.沁水盆地煤层气气田集气站标准化设计的经验与体会.石油工程建设，2010,36(1)：104-105.

[5] 刘袆，杨光，王登海，等.苏里格气田地面系统标准化设计.天然气工业，2007，27(12)：124-125.

[6] 薛岗，许茜，王红霞，等.沁水盆地煤层气田樊庄区块地面集输工艺优化.天然气工业，2010,30(6)：87-90.

[7] 许茜,薛岗，王红霞，等.沁水盆地煤层气田樊庄区块采气管网的优化[J].天然气工业，2010，30(6)：91-93.

[8] 王红霞,刘祎,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.

[9] 刘烨,巴玺立,刘忠付,等.煤层气地面工程工艺技术和优化分析[J].石油规划设计,2008,19(4):34-37.

[10] 王红霞,李娜,张璞,等. 沁水盆地煤层气田樊庄区块集气站标准化设计[J].天然气工业,2010,30(6):84-86.