煤層氣集輸管線管徑配比最優(yōu)化方案
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作者：鄭曉蒙
煤層氣集輸管徑的選擇內(nèi)容簡介：
我國煤層氣資源豐富，居世界第三。中國工程院編制的《我國煤層氣開發(fā)利用戰(zhàn)略研究》顯示，到2030年，我國煤層氣產(chǎn)量有望達(dá)到900億m3。隨著國家能源局《煤層氣產(chǎn)業(yè)政策》的下發(fā)，各集團(tuán)進(jìn)一步加大了對煤層氣的開發(fā)力度，特別是我國沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣煤層氣區(qū)塊的開采開發(fā)。
隨著煤層氣開發(fā)力度的加大，應(yīng)合理地選擇集輸管線的管徑，有效利用井口壓力能，以控制煤層氣開發(fā)投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。
1 煤層氣產(chǎn)氣特點(diǎn)及集輸工藝
煤層氣氣田地質(zhì)情況復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，具有低壓、低產(chǎn)、低滲、低飽和的“四低”特點(diǎn)。一般井口套壓在0.1 -0.5 MPa，產(chǎn)氣量直井在2 000 m3/d左右，水平井每天幾千方至幾萬方不等。由于煤層氣產(chǎn)出時必須穿越水柱才能到達(dá)井口，因此煤層氣中監(jiān)測不到H2S。
煤氣層目前常用的集輸工藝為枝狀式管網(wǎng)集輸工藝中的常規(guī)枝狀式集輸工藝和枝上枝閥組管網(wǎng)集輸工藝。2種工藝煤層氣集輸工藝情況分別見圖1和圖2。2種集輸工藝具有以下特點(diǎn)：①利用井口壓力能將煤層氣集輸至集氣站，中間無其他增壓設(shè)施；②距離集氣站越近，管線流量越大。
2管線壓降模擬計(jì)算
受壓縮機(jī)選型影響，一般集氣站進(jìn)站壓力控制在0. 08 MPa左右，集輸管線部分壓降為井口壓力與集氣站進(jìn)站壓力之差。因此，有效地降低集輸管線單位長度的壓降，合理配置不同管段管徑，是控制集輸管線部分投資的主要手段。
下面以某工程為例。井口起點(diǎn)壓力取0.2 MPa，分別取不同的管道起點(diǎn)氣速，對不同流量下進(jìn)行了1 km管線的壓降計(jì)算。工藝計(jì)算公式選用《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB 50350-2005)公式，并選用ESI公司的PIPELINE STUDIO FOR GAS 3.1版對整個集輸系統(tǒng)進(jìn)行核算。計(jì)算結(jié)果見圖3。圖中模擬以5 m/s的階梯遞增流速，各流量下末點(diǎn)流速為最大流速，若遞增5 m/s后，l km管線壓降將超過0.2 MPa，如氣量為2 000 m3/d，若流速為15 m/s
時，1 km管線壓降將超過0.2 MPa，因此圖中體現(xiàn)最大氣速為10 m/s。
由圖3可以看出，相同流速下，流量越大，單位管線長度壓降越小。換言之，當(dāng)單位管線長度允許壓降相同時，流量越大，管線允許氣速越大。如當(dāng)1 km管線允許壓降為20 kPa時，不同流量下的流速見表1。
由圖3和表1可以看出，為了有效利用井口壓力能，減少采氣管線投資，在選擇管徑時，氣量小應(yīng)控制氣速較低，而臨近集氣站匯管氣量增大時，應(yīng)適當(dāng)提高流速來降低管徑，進(jìn)而降低管線投資�？紤]到煤層氣采氣管線中含飽和水，雖煤層氣中不含硫，但仍有部分CO2，為降低氣體對管線的腐蝕，建議煤層氣采氣管線流速不宜超過20 m/s。
3舉例
下面以2 000 m3/d和500 000 m3/d相同流速控制下的單位長度管線投資及壓降對比進(jìn)行說明。不同氣量不同流速下管線投資對比情況見表2。
由表2可以看出，當(dāng)流量為2 000 m3/d時，流速由5 m/s提高至10 m/s時，單位管線長度壓降增加了近70 kPa，而管線重量差僅減少了1.55 t/km，而氣量為500 000 m3/d時，氣速增加5 m/s時，壓降僅增加了2 kPa，而管線重量差卻減少了近51 t/km。因此，設(shè)計(jì)過程中通過采用低流量低流速、高流量高流速的方式來選擇采氣管徑進(jìn)而降低投資是非常有效的。
4結(jié)語
在煤層氣采氣管線設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)合理選擇采氣管線管徑，通過采用“低流量低氣速，高流量高氣速”的方式，合理配置不同管段管徑，有效利用井口壓力能，降低管線投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。
5評述：
集輸過程中，通過對比不同流量時不同流速下單位管線長度的壓降，發(fā)現(xiàn)應(yīng)采用“低流量低氣速，高流量高氣速”的方式，來合理選擇不同管段流速和管徑，有效利用井口壓力能，使集輸管線管徑配比方案達(dá)到最優(yōu)化，進(jìn)而控制集輸管線投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。
