集输管网结构形式-页岩气开发地面工程

页岩气地面集输管网布置形式的选择主要取决于页岩气田开发方案、气井井口压力、井间距、气体组分、地形地貌、井位布置、集气规模、产品流向、当地的环保法规、所处地区交通、环境等因素；按照安全可靠、技术适宜、经济合理、管理方便的原则，通过技术经济对比后确定；此外，其形式也随着气田开发时间的不同需要进行动态调整。常见的集气管网的结构形式通常有树枝状集气管网、放射状集气管网、环状集气管网、放射枝状组合式集气管网、放射环状组合式集气管网、枝状计量式集气管网、枝状站间单管串接集气管网等。美国Barnett和Marcellus等典型页岩气地面集输管网布置形式主要分为四类，包括枝状管网、放射（辐射）状管网、环状管网以及组合型管网。

1.枝状集输管网

枝状管网也称线型集气管网，有一条贯穿于整个页岩气田的集气干线，将分布在集气干线两侧的气井产气通过集气支线或采气管道就近接入集气干线，再由集气干线输至页岩气田中心处理站，页岩气在中心处理站经脱水、增压等工艺满足气质要求后外输。

1）适用范围：当气井在狭长的带状区域内分布且井网距离较大时宜采用这种结构。沿产气区长轴方向布置集气干管道后，两侧分支的集气支管道易于以距离最短的方式通向井组站（或单井站）和中心处理站，再通过采气管道与井组站所辖的各产气井相连接。枝状管网一般适用于不进行井口增压且井口热值为45 MJ/m3、气井间距分布均匀的页岩气田。美国Haynesville页岩盆地许多页岩气集输管网布置均采用枝状管网。

2）工艺流程：枝状集输管网通常和单井集气工艺流程相结合，天然气在井站内经加热、节流、分离、计量后外输进入集气干线。

3）集气管网布置：枝状集气管网形同树枝，集气干线沿构造长轴方向布置，将集气干线两侧各气井的天然气经集气支线纳入集气干线并输至目的地。管网布置形式如图4—1和图4—2所示。

图4—1　井组站内单井间树枝状管道网络结构示意图

2.放射（辐射）状集输管网

采气管线以井场为中心呈放射状散开，各气井产气通过采气管道直接汇入井场集气站，经初步增压、脱水等处理后，经集气干线输至中心处理站作进一步处理，该管网布置形式总体上有几条线型集气干线从一点（集气站或中心处理站）呈放射状散开。

（1）适用范围：适宜在气井面积较小、气井相对集中，气体净化可以在产气区的中心部位处设置时采用，尤其是对于井口压力保持在0.35 MPa左右，且开采出的页岩气中凝析油含量较高的页岩气田，如美国北达科他州的Bakken页岩气田集输管网布置均采用放射状管网。

图4—2　单井、井组站之间树枝状管道网络结构示意图

从井组站到产气井的采气管理多数都来用这样的结构，可以作为多井集气流程中的一个基本组成单元。该管网布置便于天然气的集中预处理和集中管理，能减少操作人员和节省费用。

（2）工艺流程：各气井所产的天然气在井场节流后，分别输至集气站，并在集气站完成加热、节流、分离、计量等工艺过程后进入下游。

（3）集气管网布置：放射状集气管网系统布置是以集气站或天然气处理厂为中心，每组井中选一口井设置集气站，其余各井到集气站的采气管线以放射状的形式与多个气井站相连。管网布置形式如图4—3和图4—4所示。

3.环状集输管网

环状管网是将集气干线布置成环状，周围井场通过采气管道就近接入集气干线，通常在环状管网上适当位置建立中心处理站。由于页岩气可以通过环网的任何一边流动到中心处理站，因此，对于同样的输送规模，环状管网与枝状管网相比水力可靠性更高，但环状管网的投资建设费用普遍高于枝状管网。

图4—3　井组站（WPB）内单井间放射状管道网络结构示意图

图4—4　井组站（WPB）间放射状管道网络结构示意图(www.xing528.com)

（1）特点：集气干管道在产气区域内首尾相连呈环状，环内和环外的井组站、单井站以距离最短的方式通过集气支线与环状集气干管连接，这种集气干线设置方式的特殊优点是各进气点的进气压力差值不大，而且环管内各点的流动可以在正、反两个方向进行。管网布置形式如图4—5所示。

图4—5　环状管道网络结构示意图

（2）适用场合：当产气区域的面积大，但长轴和短轴方向的尺寸差异小，且产气井大多沿产气区域周边分布时，采用环状结构管网常常是有利的。它使环状干管上各进气点的压力差值降低，并提高了地面集输生产过程中向页岩气净化厂连续供应原料气的可靠性。通常在井场基础设施安装初期，井场布局和各页岩气井压力变化特性不清楚时推荐采用环状集气管网。同时，适用于面积较大且呈圆形或椭圆形的页岩气田，不适用于地形复杂的页岩气田，如美国的Barnett页岩气田和Marcellus页岩气田等均采用环状管网布置形式。

4.组合式集输管网

放射枝状组合式管网和放射环状组合式管网统称为组合管网，是在多井集气基础上发展起来的管网形式。组合型管网是以多井集气站作为天然气预处理的中心，将其周边所辖各气井的天然气以放射形式通过采气管线输至集气站，并在此进行降压、分离、计量等预处理。在多井集气站内，按采气工艺要求，各气井可单独设置分离、计量装置，也可设轮换分离计量装置和总（生产）分离计量装置，对每口气井轮换计量达到分离目的并取得所需数据。这种集气管网形式能充分发挥设备效率，提高自动化程度，减少辅助生产设施和操作人员，从而节省建设投资，降低运行费用。

1）放射枝状组合式集输管网

（1）适用范围：放射枝状组合式集输管网适用于建设两座或两座以上集气站的各类气田，其适用性较广。

（2）工艺流程：放射枝状组合式集输管网是以多井集气站作为天然气预处理中心，将其周边所辖各气井的天然气以放射状形式通过采气管线输至集气站，并在此进行节流、分离、计量等预处理。

在多井集气站内，按采气工艺要求，各气井可单独设置分离、计量装置，也可设轮换分离计量装置和总（生产）分离装置。这种集气管网形式能充分发挥设备效率，提高自动化程度，减少辅助生产设施和操作人员。

（3）集气管网布置：当气田区域面积较大，单井数量较多，管网布置较复杂时，可采用两条或多条放射枝状组合式管网集输布置。管网布置形式如图4—6所示。

图4—6　放射状和枝状组合的管道网络结构示意图

2）放射环状组合式集输管网

（1）适用范围：放射环状组合式集输管网适用于面积较大的方形、圆形或椭圆形气田。具备上述条件的气田，如果地形条件复杂，气田处于深山区，则不宜采用，而以采用放射枝状组合式管网集输管网布置为宜。

（2）工艺流程：放射环状组合式集输管网是以多井集气站作为天然气预处理中心，将其周边所辖各气井的天然气以放射状形式通过采气管线输至集气站，并在此进行节流、分离、计量等预处理。环状干线若发生事故，不会造成干线全部停输。

（3）集气管网布置：放射环状组合式集输管网是在多井集气基础上发展起来的管网形式，集气干线与处理厂相连形成环状。管网布置形式如图4—7所示。

放射环状组合式集输管网的优点：气田内各集气站汇集周边气井来气后可就近通过集气干线与天然气净化厂或外输首站相连通，便于调度气量，具有一定的灵活性，即使干线局部发生事故也不影响整个集输管网的正常生产。

放射环状组合式集输管网的缺点：工程总投资较大，只适用于区域面积大、气井分布较分散的大型气田开发。

图4—7　放射状和环状组合的管道网络结构示意图