煤层气管网运行现状与监测技术研究

邹红刚 沈安迪 王 旭 李志彬 杨 超 熊建平

(中国石油华北油田分公司山西煤层气勘探开发分公司, 山西 046000)

据统计，中国的煤层气储量居世界第3位，与天然气储量相当。随着世界各国对环保的重视和能源需求的增大，煤层气开采受到重视，集输管道系统的建设也进入快速发展时期，煤层气生产采用“排水采气”工艺，煤层气的采输系统属于低压系统，采输系统的效率和稳定性在开发后期直接影响煤层气单井的产能释放，煤层气排采井管网即采气管网，采用的多形式连接方式，形式上的差异，出现了管控上的差异，在管控上不断的摸索、实践中，逐步增强其适应性，保障煤层气井排采持续稳定。

1 管网联入方式差异性认识

煤层气井管网由单井、多井采气管线多采用枝状、阀组管汇的交汇成采气支线、干线，由各采气干线并入集气站站场，沿线各支线、干线名称按约定俗称；环状管网在地热供暖管网中广泛应用，在煤层气管网应用不多。

枝状管网是最经济的一种联入方式，按单井搭接、多井并入、管容渐增的思路，各采气管线分枝汇成采气管线的主干，形成了枝状管网。枝状管网在应急处置、后续调改、管线积液治理方面，逐渐显现出其短板，虽在支、干线节点的增加了分段控制，但控制节点截断影响面大，且控制节点的分散，增加调控难度。

阀组管汇融合枝状管网联入形式，各枝状管线形成阀组管汇各支线，在由阀组管汇至集气站场形成采气干线。阀组管汇相比枝状管网虽增加了阀组管汇的建设投入，但其集中调控的优势明显，利于生产管理，且截断影响面小。

环状管网也融合了枝状管网联入形式，采用环状为主干框架，各枝状管线搭接，环状管网相比枝状管网增加了采气管线建设投入，也面临着枝状管网的节点控制困扰，但采出气的双向流能使其管容增加一倍，管线水堵的机率会降低一倍，环状管网的枝状控制、环状控制也可减少管线截断的影响。

2 运行方式与故障判定

2.1 管网台帐建立与运行监测

采气管网台帐是指导煤层气井管线泄漏、水堵的应急处置，管线调改的依据，对关键节点阀门、管线规格、煤层气井前后左右联入方位顺序、凝液缸位置等进行了标注，如图1阀组管线示意图所示，融合了枝状管网、阀组管汇两种联入形式。

图1 阀组管线示意图

2.2 故障识别

煤层气开采过程中，由于煤层井壁失稳、基质破裂等原因而产生煤粉，井底的水和煤粉在排水采气过程中到达地面，大部分煤粉悬浮于水中在井口排出，但仍然有部分水和煤粉随气体进入采气管道。除此之外，饱和气体在采气管道中流动，随着温度和压力变化，其中的饱和水将会析出。煤层气开发井具有单产量低，井数多，运营成本低等特点，一般单井井场、阀组集输设备简单，井口无脱水工艺，低压集气管网，压降相对小，那么压降产生的温降小；煤层气在管网运移过程中依然要克服位差、沿程摩阻，必然产生能量损耗。

煤层气生产地处山区，早晚温差较大，冬季冻土层达50cm左右，煤层气生产过程中出现的温差、压差(位差、节流)，改变了煤层气单位气体饱和含水量，运移过程状态的变化产生气液分离，凝结的水滞流在煤层气管道内直接影响采气、输气效率。

2.2.1 数据对比法

按图1阀组管线示意图将阀组各单井左右远近、各支线、干线依次排列见表1煤层井管线预警表，采用EXCEL表格中的引用公式、条件格式，将昨日气量、管压与当日气量、管压进行对比，一是筛查煤层气单井水堵、管线泄漏点；二是单井扫线效果不明显，从扫线方式单一、积液点定位不准确，需要从单井(点)到多井(线)的认识，来判断积液点。

表1 煤层气井管线预警

2.2.2 图表法

按图1阀组管线示意图将煤层气集输管线关键节点进行描述刻画，通过昨日管压Pz(MPa)，当日管压Pd(MPa)，昨日累产气Qz(Nm3)和当日累进气Qd(Nm3)的变化趋势，快速定位识别管线泄漏、积水、冻堵等故障，提高煤层气井管线管理的时效性， 气量止损效率， 如支线积液： Pd>Pz，ΔQz>ΔQd。

实例：按图1左边支线三口单井Pz≈0.035MPa，对比当日同时刻数据，三口单井管压ΔP≈0.003MPa，ΔQz=1602Nm3>1320Nm3=ΔQd，可判定H1-2这段支线有积液。

通过以上案例管压与气量进行逻辑关系推导，可对采气管线的数据比对进行快速定位，制定对应的预防或应急措施，阀组示意图、数据对比方法将故障识别流程化、简单化，可操作性大大增强，解决了以往发现异常后排查时间长，治理手段无针对性的问题，提高了煤层气集输系统故障识别处理的效率和准确性。

2.2.3 现场识别

(1)单井识别

套压、管压上升或波动明显(除去站场回压、仪表冻堵漂移、地质因素影响)，需关联判断；瞬时(工况)波动大于等于4m3/h(瞬时波动、流量计进口旋涡发生器内有杂物、单流阀阀芯等因素)；需扫线的井满足一个条件或多个条件，存在多重因素影响。

(2)站场识别

采出气由各采气干线组成的管汇进入集气站场，除环状管网，集气站站场回压，集气站站场作为煤层气井管网重要的枢纽，进站压力、外输量的波动作为管网预警的主要监测点。进站压力与外输量相互关联，外输量不一定随着进站压力的升高而增加，单井产能增大，进站压力升高，外输量也会增加；进站管汇压力与各支线压力相互关联，进站压力降低，各支线压力降低，降幅对比不明显，可采取逐条关断支线的办法，在泄漏查找、破损查漏上都可适用。

3 结论

煤层气管网采用的三种联入方式，各有其经济性、适用性，后期的把控管理好才是重中之重，煤层气井管网运行要以制度管理夯实基础，以数据分析强化状态监测，以措施、预防检验管控效果，遵循预警(诊断)、预防(措施)、治理(缓解)的原则，结合煤层气总控平台的优势资源，不断创新管理方法，形成一项长效的机制延续下去，保障煤层气井管网运行管理高效、平稳。