煤层气低成本开发途径研究—以优化集气场站和排采水处理站安全环保投入为例

戴祝生

摘要：集气场站是煤层气地面抽采的主要系统之一，具有高温、高压、易燃、易爆、有毒的特点，易发生各类事故，本文分析了煤层气集气场站安全风险控制和排采水处理站现状，提出了安全环保风险控制优化措施，在有效控制集气场站和排采水处理站安全环保风险的同时降低安全环保投入，为今后煤层气勘探开发提供低成本开发模式。

关键词：煤层气；集气场站；排采水处理站，安全环保风险管控优化措施；安全环保措施；低成本。

煤层气又称瓦斯，以甲烷为主，储藏在煤层中，在地面通过钻井抽采，既可降低煤炭开发安全风险，同时可以把抽出来的煤层气通过提纯、储藏，作为燃料使用。

1 优化集气场站和排采水处理站安全环保投入必要性

煤层气井井口压力大多在0.1-0.6Mpa之间，井口压力低，需增压输送，因此大多采用集气、调压、分离、计量，如果按照油气田的进行安全设计，势必造成标准高、投资高。

中石化在山西臨汾勘探开发了唯一煤层气田—延川南煤层气田。开发3年以来，与山西境内大多数煤层气田一样，从完全成本角度来讲，仍然处于亏损状态。

因此有必要进一步优化集气站和排采水处理站安全环保风险的防控措施，根据煤层气特点对各种安全环保设施进行优化，提出适合煤层气田的安全环保设施，从而减少场站建设的安全环保投入，实现煤层气低成本战略，使煤层气有可能做到效益开发。

2 集气站和排采水处理站安全环保风险管控措施现状

在尚无煤层气开发经验之前，延川南煤层气场站设计依据基本是常规油气田标准规范。针对防地质灾害风险，在临崖的场站四周安排了大量的浆砌石进行护坡，制定了较为完备的水保方案，场地内针对失陷性土层打了几千根灰桩。针对防火灾爆炸风险，在整个场站配备了完整的固定式可燃气体泄漏报警系统、固定式消防系统、埋地式防雷系统、大规格火炬放空系统。针对职业健康风险，在压缩机房四周布置了全封闭的防噪音系统，同时针对该密闭空间又配套配备了防煤层气泄漏风险控制系统。针对用电风险，则安排了烟雾系统和声光报警系统。在环保方面，建设了两座规模较大排采水处理站，分别是处理能力为1600方的万宝山水处理站和处理能力为500方的谭坪处理站。

3 集气站安全风险管控优化措施

3.1 消防风险管控措施优化

消防系统可以按照新规定进行进一步简化。延川南煤层气田在1号站和中心站建设了固定式消防系统，可这与现场实际情况不相符合，一是集气场站都建在山源顶部，现场没有充足的水源供应，给水系统根本发挥不了作用；二是固定式消防系统设置目的是为现场储罐隔离火源和对其他储罐降温防止着火爆炸，集气站内则无储罐需要这种处理，场站内基本都是工艺流程。国家能源局于2018年6月6日发布了NB/T10045-2018《煤层气地面工程设计防火规范》，将日处理能力在200万方以下的煤层气全部划为5级站，其中规定，只有三级站以上（日处理能力达500万方以上）才需要设置消防给水系统。按照此规定，延川南煤层气1号站和中心站的固定式消防给水系统可以取消。可选择其它有效的灭火方式予以替代：1）灭火剂灭火，可选择干粉、卤代烷、氮气及二氧化碳灭火剂，还可以利用水枪，切断和吹散火势；2）堵漏灭火，针对气压不大的的漏气火灾，可以先采取堵漏灭火措施，用湿棉被、湿麻袋、石棉毡或粘土封住漏气口，隔绝空气，使火熄灭。

3.2 地质灾害风险管控措施优化

地质灾害风险可以从源头得到控制。主要优化措施是选址，以防地质灾害风险少为导向，选一处较大面积苹果源地，面积尽量大，这样可使集气场站尽量远离崖边，空出足够安全距离从而使集气场站的建设尽量不破坏或少破坏原来自然的水保系统和防地质灾害系统。目前的集气场站都选在临崖位置，所以必须安排大量的浆砌石扶坡工作量和大量的水保工程，如果选址得到优化，可以节省大量工作量。

3.3 工艺流程风险管控措施优化

工艺流程可以根据煤层气与常规气的区别予以简化。第一，煤层气的组分以甲烷和乙烷为主，基本不含C4以上重组分，在集气站的操作温度和压力下不会产生液烃，因此可以取消火炬之前的放空分离器。第二，集气站的放空系统可不设火炬，，只设带有点火功能的放空管。第三，煤层气的特点是压力低，一旦关井，很难恢复生产，因此集气站可以不用设置远程关井的功能。

3.4 噪音风险管控措施优化

现场防噪音装置可以通过对围墙进行简单工艺处理降噪来替代。现有防噪音装置设计依据是GB3096-2008《声环境质量标准》和GBJ87-85《工业企业噪声控制设计规范》，这些都是针对噪音敏感点设计的，目前几个集气站都处于较为偏避地带，至少300米外才有零星村民居住，岗位员工生产生活场所噪音检测都合格，厂界外在未安装防噪音棚情况下检测也就超标5分贝左右，完全可以通过对围墙进行简单工艺处理降噪来达到合格标准。具体措施：一是用小砖砌墙，然后用水泥粉刷墙面；二是用纱网订在墙面，然后用水泥在墙面贴砖；三是在墙体内加一层泡沫板，然后处理墙面，将泡沫板订严实；四是在墙体内加一层隔音布。

3.5 中心站放空风险管控措施优化

通过减少中心站设计放空量来降低放空火炬的级别，进而实现措施优化。集气站的放空主要包括设备维修放空，进出站管线截断放空，节流失效安全阀的安全泄放，出站阀门或下游站场关闭产生的安全阀的安全泄放，火灾事故站场紧急关闭后紧急放空。目前场站放空系统是执行常规油气田《石油天然气工程设计防火规范（GB50183-2004）》、《石油化工企业燃料系统和可燃气体排放系统设计规范（SH3009-2001）》。实际上煤层气的放空可以根据实际情况按照以下原则来设计：第一，煤层气田大多采用串联工艺，集气干线往往不止一条，在计算站外放空时不应考虑条干线同时发生事故的情况；第二，站内外事故工况分析计算后，最大放空量不叠加，取放空规模的大量作为集气站放空系统的设计量。

3.6 排采水处理站风险管控措施优化

目前两排采水处理能力共达到2100方，而目前真实的排采水稳定出水量大概在400方左右，再加上现场能通过自然挥发消化200方左右，实际需要处理量大概在200方左右，而且，随着排采时间越来越长，产水量还会进一步下降。处理能力远大于实际出水量，这就形成了极大浪费。主要原因是在环评阶段，所选取出水量依据是初可研，这个出水量仅是根据煤层气井初生产时的最大量来测算的，未能反映真实情况和综合情况，造成两座排采水处理站的建设仅仅是为环保验收而建设，而不是以真正处理现场排采水出水量来建设，造成极大浪费，包括征地等建设费用达6000万元，日后运行费用也同时增加。

优化措施可以有两条，一是可委托第三方处理，二是可以减少处理能力，简化处理工艺。

委托第三方就是将排采废水直接委托地方有资质的工业废水处理厂进行达标处理，按市场价一方水50元算，一年下来也就300多万元，同时还可节省诸如人工、电费、药剂、设备维护、交通运输等其他各项费用200多万元。

简化工艺主要是通过增大废水与空气的接触面积来实现。具体思路是建设一种煤层气排采水处理反应池，反应池内设有布水装置和加热装置，布水池装置包括两个呈层状设置的外径逐渐变小的布水环，每层布水环内低外高，相邻两个布水环的下层外径大于上层内径，下層内径小于上层内径，最上层的布水环的外侧与反应池的内壁固接，相邻两层布水环通过吊杆连接，加热装置包括加热罐和换热罐，二者之间通过交换管道连通，这样，排采水在流动过程中由于上下层布水环之间的高度差，下一层布水环会对排采水形成一定的冲击效应，并由此散开呈细小的水珠状，增大排采水与空气的接触面积，空气中的氧会溶解在排采水中，有效增大了排采水的含氧量，从而有利于提高排采水处理效率。通过这种工艺简化也可处理200多方排采水。

4 结论

通过以上分析和研究，在提出集气场站各种风险管控优化措施的基础上削减部分

安全措施。

第一，可以用其他简易灭火措施来替代1号站和中心站的固定式消防系统；第二，通过优选地址方式从源头上消除地质灾害风险，充分利用原有水保系统来减少目前水保工程量；第三，煤层气生产特点可以取消远程关井的功能和火炬之前的放空分离器；第四，的放空系统可以不设火炬，只设具有手动点火功能的放空管；第五，中心站可按照前文所述原则通过减少设计放空量来降低火炬级别；第六，集气站可通过其他简单降噪措施来替代噪音棚装置；第七，委托第三方有资质的工业废水处理厂或简化排采水处理工艺来替代大型排采水处理站。