页岩气地面工程标准化设计

杨洲

摘  要：页岩气是贮藏在地层中的天然气，其储量丰富是现今各国油气开采的新领域。相对于一般的油气开采页岩气开采的技术难度与技术要求更高，页岩气藏的特殊物性决定了页岩气地面工程的设计、建设需要采用标准化的流程与标准。在我国现今的页岩气地面工程设计中面临着集输规模不确定性强、管网和站场布局适应性差、工业设备配套难度大等的难点，为做好页岩气地面工程设计工作需要以“标准化设计、模块化功能分区、撬装化设备选型、集约化场地设计、数字化生产管理”为目标完成页岩气地面工程的标准化设计。文章在分析页岩气地面工程设计难点和要点的基础上对页岩气地面工程标准化设计进行了分析阐述。

关键词：页岩气地面工程;标准化;设计

中图分类号：TE4       文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）32-0082-02

Abstract： Shale gas is natural gas stored in strata， and has rich reserves， and so it is a new field of oil and gas exploitation in many countries. Compared with the general shale gas production， the technical difficulty and technical requirements of shale gas exploitation are becoming higher. The special physical properties of shale gas reservoir determine that the design and composition of shale gas surface engineering need to be done in a standardized process and meet a certain standard. In the current shale gas ground engineering design in China， there are some difficulties， such as strong uncertainty of collection and transportation scale， poor adaptability of pipe network and station layout， difficult matching of industrial equipment and so on. In order to improve the design of shale gas surface engineering， it is necessary to complete the standardized design of shale gas surface engineering with the goal of "standardized design， modular functional zoning， prying equipment selection， intensive site design and digitized production management". Based on the analysis of the difficulties and key points in the design of shale gas surface engineering， this paper analyzes and expounds the standardized design of shale gas surface engineering.

Keywords： shale gas surface engineering; standardization; design

前言

頁岩气不同于油气田所产天然气，其多以游离和吸附状态存在，其所存储的条件导致其开采寿命和开采周期都较长，且页岩气的压力和产能衰减速率都较快，页岩气的这些特性导致了页岩气地面工程与常规气田的地面工程有着较大的不同。结合页岩气的开采特点在页岩气地面工程的设计中将以“标准化设计、模块化建设”作为页岩气地面工程的设计理念实现页岩气的规模化和高效化的开采，以较低的成本完成页岩气的开采。

1 页岩气地面工程设计所面临的难点

相对于传统的油气田开采页岩气开发仍是一个新的领域，现今应用于页岩气的开采技术多借鉴与传统天然气的开发流程与模式，而页岩气开采的特殊性使得其需要与之相配套的页岩气地面工程，由于缺乏可供借鉴的经验致使页岩气地面配套技术仍处于探索与经验总结阶段，待妥善解决好页岩气地面工程设计中所面临的一系列问题将确保页岩气地面工程满足页岩气开采所需。

1.1 集输规模未有明确界定。页岩气由于其分散的存储条件在页岩气开采过程中会出现开采前期产气量高但不持续，在一段时间后快速衰落，页岩气开采前后期产量剧烈变化。据美国页岩气开采数据显示，美国页岩气单井产量前期较高，其约占总量近8成的产量能够在不到10年的时间内快速开采完，而剩余的部分则需要长期、持续的开采。与常规油气田稳定、持续的模式大为不同。这就为界定页岩气地面工程集输规模带来了较大的难度。

1.2 管网和场站布局变动性较大。与常规油气田持续、稳定开采不同的是，页岩气开采具有较强的爆发性，其这一特想导致了为了获得较高的产量需要结合页岩气产能变化的特点适时的调整地面集输规模和场站布局，用以满足页岩气开采需求。由于管网和场站布局变动性较大，将会对页岩气地面工程设计带来较大的影响。

1.3 工程设备配套难度大。页岩气存储分散，为保障产量在页岩气的开采过程中将主要采用大面积、规模化的开采流程，通过连续化、高效化的“工厂”作业实现对于页岩气田的开采。由于开采前、后期页岩气产量变化较大，无法明确确定工业设备的配套标准，为满足页岩气开采需求，在页岩气地面工程设计中需要采用一种适应性较强的工艺设备。通过采用标准化、模块化且便于组合搬迁的撬装设备将能够有效的解决上述问题，增强页岩气开采工艺设备的适应性。

1.4 需要设计增压设备。页岩气开采前期处于“爆发期”，产量大、压力高，而在开采的后期页岩气的压力衰减较大并将长期处于低压生产状态，为满足开采所需需要对页岩气地面工程的集输系统和开采压力适当的进行调整，用以平衡各气站之间的气量。

2 页岩气地面工程设计标准化

页岩气地面工程标准化设计将有助于缩短页岩气地面工程建设周期、降低成本、提高页岩气开采效率。在页岩气地面工程标准化设计中将结合地面具体实际情况以统一标准、规范完成标准化、模块化设计，并形成相应的图样，以确保页岩气地面工程场站布局、工艺流程和装置设备选配更加合理、高效。页岩气地面工程标准化设计核心在于以“丛式场井-集气站-中心处理站-外输”流程为纲，并辅助以“高压采气、井丛来气进站、集中脱水、增压”等的技术、配套工艺及设备。

2.1 井场布局标准化。页岩气开采主要以“井工厂”作业模式为主，结合井场规模及地形特点设置2-6丛式水平井平台，在井场布局设计上在满足使用的基础上通过对井场布局进行标准化规划（集气站位置、规模、配套设备及场地标识等）。通过规范流程及工艺和设备，完成标准现场建设。

2.2 工艺流程标准化。页岩气开采以“井工厂”作业模式，场区内布置标准化丛式井场，为实现高效集输的目标对各场井的集输设备将采用标准化的工艺和工艺流程，确保井场和集气站具有统一的工艺流程和建设规模，通过标准化的流程、设备、工艺方便后期规划、调配。

2.3 功能分区模块化。在采用标准化工艺、流程及配套设备的基础上，对场站各功能分区进行模块化设计，以丛井式平台和集气站的功能为主将其划分为独立、小规模的功能模块，各模块在最大限度保留功能性的同时完成标准化、模块化的组合，通过不同模块的组合可以快速、高效的完成功能分区的组合、搭建。

2.4 撬装化设备选型标准化、模块化。撬装化设备能够方便快速的进行组合、移动，具有较为良好的适应性。结合页岩气开采特点，页岩气地面工程需要具有良好的适应性，通过选用撬装设备将能够实现工艺设备的高效利用。撬装化设备选型时需要规范化、标准化，选用外形尺寸、功能及技术参数都一样的管阀配件，方便快速拆卸、组装。

2.5 系列化的装置组合。由于无法明确页岩气地面集输规模，在页岩气地面工程设计时可以设计系列化的工艺装置，通过标准化、模块化结构方便不同系列之间的快速组装与拆卸，用以满足页岩气生产工艺的快速配置。

3 某页岩气地面工程项目的标准化设计

以某一页岩气地面工程项目为例对页岩气地面工程标准化设计进行说明。在页岩气地面工程设计中采用分期滚动建设的模式，遵循“满足一期、照顾后期、分期建设、上下游科学合理规划”的设计原则，通过标准化流程、选用通用化撬装化设备、功能分区模块化，提高页岩气地面工程的采集功效。

3.1 页岩气地面工程集输标准化。在页岩气地面工程设计中所采用的集输流程如下：集气站→两级加热→两级节流→出站→集气干线→中心处理站（分离、加热、TEG脱水）→输送。页岩气输送时采用湿气输送工艺，并在集气站对页岩气进行加热除湿，避免生成天然气水合物，并在集气站预设注醇接口。页岩气丛井井口使用除砂工艺并使用轮换式计量。对于集气站脱水所形成的污水将回收至二次泵站进行重复利用。集输管网中所使用的各种工艺设备将采用模块化和撬装式设计，方便快速拆卸和组装。页岩气地面建设设计时为提高页岩气的开采效率，适应页岩气压力变化所带来的不确定性，在设计时可以采用“辐射+环形”的管网布局方式，采用这一管网布局方式适应性较好，灵活度较高能够满足页岩气气压大幅度变化所带来的问题。尤其是这一管网布局方式能够使得脱水站之前的气量分布更加均衡，符合“一次建设、长远布局”的設计思想。

3.2 集输场站模块化设计。井场设计可以采用模块化和撬装化模式，通过标准化模块和方便撬装提高集输场站的适应性。设计时将井口、集气站中功能相同的区域划分为功能模块，并尽可能的集中化和小型化，并在各模块之间的连接阀口采用标准化的接口（形式、尺寸），用以连接相互独立的功能模块，以便于页岩气地面工程建设时根据设计要求进行功能模块的定制。

3.3 系列化脱水装置的设计。由于采用湿气输送模式，在集气站需要对页岩气进行脱水，将进入集气站的页岩气导入脱水站后对其进行脱水，使用TEG脱水装置完成对于页岩气的脱水作业。脱水时页岩气首先进入净化器，滤去页岩气中所含有的液体、砂石或是其他类的杂质，而后将干净的页岩气通过加热炉加热到脱水所需要的20摄氏度而后导入到TEG脱水装置中完成对于页岩气的脱水净化。结合脱水净化气量的不同将脱水功能化设计成相应量的功能块，并在需要时将单体功能块组合拼装成所需要的脱水装置。结合某页岩气地面工程所需将页岩气脱水装置设计成脱水总量达40×10m/a的脱水站，在设计时可以采用配置10×10m/a3列，预留1列10×10m/a脱水装置的形式。

3.4 场地集约化设计。场地集约化设计将有助于减少占地，提高设备的集中度。结合某页岩气井井位平面图根据页岩气井的钻井和试气运行要求，在满足使用要求的前提下采用“辐射+环形”的井网布局方式，由于井站分布较为分散，利用环网连接方式将有助于减少占地面积，提高井场和集气站的管理效率。在设计时需要注意的是页岩气田属于五级场站，根据相关防火规范预留页岩气处理工艺装置的防火间距，确保页岩气工艺装置的安全运行。此外，在设计时还需要注意页岩气生产工艺特点、火灾危害等级、场站功能要求等因素，通过综合考虑各方因素完成页岩气集气场站的综合化、最优化设计。

4 结束语

不同于传统油气田开发有着丰富的经验，页岩气开采由于属于新兴开采模式仍处于探索阶段，由于缺乏相应的建设和管理经验致使页岩气地面工程的设计、建设存在一定的缺陷，本文在分析页岩气地面工程设计、建设所面临问题的基础上如何做好页岩气地面工程的标准化设计进行了分析介绍。并结合某一页岩气地面工程对页岩气地面工程标准化设计流程及关键点进行了分析介绍。通过对页岩气地面工程进行标准化设计和建设将能够有效提升页岩气地面工程的适应性和规范性，结合页岩气场站的气压变化方便的对页岩气地面工程的建设和调整，提高页岩气开采的效率和质量。

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