煤岩气藏井口集气站工艺优化设计

敬军淇　何志君

摘 要：我国的煤层气资源异常丰富，但煤层气井的地面技术工艺仍面临着单井产量低，井漏压力低，气体组分复杂和投资成本高等经济技术问题。本文以山西某煤层气区块为例，利用FLUENT和HYSYS软件辅助设计，重点优化了煤层气集气站的气液固三相分离器和气体出站压力及相关参数。根据方案设计，可显著提高煤层气的气体纯度，满足长距离输运要求，并显著节约地面投资成本。

关键词：煤层气，集气站，气液固三相分离器，出站压力

中图分类号：TE155 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

作者简介：敬军淇（1988-），男（汉族），四川成都人，石油工程专业本科生，主要从事煤层气相关工艺技术研究。

引言

全球煤层气资源量为256.3万亿方，约为常规天然气资源量的50%，我国煤层气资源丰富资源量约为36.81万亿方。近年来，我国在山西的沁水和宁武等区块，开展了大规模的煤层气勘探和开发，取得了显著的技术进步。但由于煤层气储层特征以及排水采气的生产方式，导致从井口产出的煤层气含有大量的水和和煤渣等固体杂质，给后期的集输工艺造成很大困难[1-3]。同时，鉴于煤层气井具有气井压力低，单井产量低的特点，本文对煤层气的集气站工艺进行了优化设计。重点优化了集气站的气液固三相分离器设备和气体输出压力等级。

1 研究区块概况

本文研究以山西某煤层气藏为例，区块目前生产井60余口，产量500～3000方/天，套压介于0.1MPa～0.5MPa。产气气体成分以甲烷为主，还有少量的CO2与N2。产出水型以NaHCO3型为主，平均矿化度1200mg/L，pH值为8。此外还伴有少量的煤粉产出。

2 集气站工艺优化

2.1集气站工艺流程简介

煤层气甲烷含量（体积分数）超过98%，但其与水一起从煤层流出来，未经脱水之前煤层气皆处于饱和含水状态，属于湿气。气体、水、煤颗粒在低压条件下，进入集气站首先进入分离器进行三相分离，再利用压缩机进行加压至1.1～1.4MPa，然后进入复热脱水橇再进入空冷器使温度降低。

2.2新型分离器撬装装置的设计

为了高效地分离气体中的水和煤渣等固体杂质，并考虑煤层气的集输特点对分离器就行了改进设计。本设计选用FLUENT对分离器的流场进行仿真分析，通过仿真计算确定的分离器结构如图1所示。

气液固进入分离脱水橇，在一级旋流腔体中完成气、液、固的初步分离，再进入二级旋流腔中进行二次分离；固体经过气液旋流腔后，再进入固体旋流腔脱出的固体沉积，在固体仓室水从仓室开孔中逸出外排；从二级旋流腔脱水后的气体，进入气液分离加强室，气体在迷宫分离室中进一步完成气液固的分离。该分离撬装装置具有高效性，能很好的完成气、液、固三相的分离。其设计压力为3MPa设计温度为100℃长度为4.8m高度为1.6m。

2.3集气站出站压力优化

区块煤层气井口的正常生产压力为0.1～0.5MPa，而根据西气东输协议的相关规定，交气地点为中央处理厂出口压力为6MPa。根据采气管线的长度及经济压降，确定采气管线的进站压力不低于0.08MPa。增压工艺采用集气站和处理厂两地增压。因此区块内需要确定的是集气站的出站压力，同时根据集气干线的经济压降（集气管线最长20km流速8～10m/s确定经济压降为0.2～ 0.4MPa），确定中央处理厂的进厂压力。

集气站的出站压力直接关系到集气站和中央处理厂“两地”增压的压比分配，“两地”压缩机组的投资及运行费，用对集输管网管径的影响较大，对降低地面工程投资起着重要作用[4-5]。根基前述要求，利用HYSYS建立计算模型，确定流程的压力与工艺计算，并对比了不同方案下的技术参数和地面投资对比。计算结果如表1所示。

根据表1可知，考虑到压缩机组运行参数、管网投资及综合对比，方案技术经济最合理，比方案1低2300万元，比方案3低3550万元；同时在技术参数现有常规设备能够很好的满足技术要求。因此推荐采用方案2，具体参数见表1。

3 结语

（1）煤层气井具有低产、低压的特点，井口产出流体呈固液气三相流特征，为满足生产要求，节约集输成本，必须对集气站工艺流程和设备进行优化和改进。（2）本文针对设计区块的煤层气井生产特征，重点对集气站中的固液气三相分离器和出站压力进行了技术改进和参数优化，并结合经济和技术参数给出了相应的优先方案。

参考文献

[1] 薛岗，许茜，王红霞，等.国内煤层气地面集输系统现状及简析[J].中国煤层气，2011，8（5）： 40-43.

[2] 葛涛，许茜，陈平，等. 山西沁水盆地煤层气田地面工艺技术研究[J].石油化工运用，2012， 31（9）： 14-15.

[3] 孟荣章， 李书文， 汤林. 大型气田集输管网布局优化[J].石油规划设计， 1998， 18（2）： 16-18.

[4] 姚麟昱，骆彬，孟庆华. 川西高压高产气田集输管网规划设计[J]. 石油规划设计， 2010， 21（6）： 21-24.

[5] 田炜，陈洪明，梅永贵，等.沁水盆地南部樊庄区块地面集输工艺优化与思考.天然气工业，2011，31（11）：30-33.