集输管网页岩气开发地面工程成果

1.优化的目标和影响集输管网优化的主要因素

1）目标

在满足使用功能和安全生产要求的前提下，将地面集输管网建设投资额和地面集输生产运行费用对页岩气地面集输及处理生产总成本的影响尽可能降到最低限度。

2）影响集输管网优化的主要因素

地面集输工艺技术的选择、地面集输站场布局、地面集输管网的管道钢材用量等都是影响地面集输管网优化的主要因素。由于地面集输网经常性的生产运行费用不高，工程建设投资成为影响地面集输生产成本的决定性因素。缩短管网管道的总长度和使不同直径管道的管径组合比例优化以降低管网的钢材用量是实现管网优化的中心环节。因为管网的钢材用量大，且各项工程建设费用都随钢材用量的增加而加大。

2.集气工艺技术的选择和组合优化应用

1）集气方式的选择

以分散的方式（单井站）或以相对集中的方式（井组站）对页岩气作站场预处理，会影响到集气站的数量、设备总量和建设费用，而管网优化需要与站场设置的费用作统一的考虑。当气井分布比较集中时，设置集气站对与其邻近的一组气井产出的页岩气作相对集中的站场预处理是适宜的。可以减少地面集输站场和站场处理设备的数量，使每台设备都能达到一定的生产能力，从而充分发挥其作用，也为某些处理过程（如计量）进行多井轮换提供了条件。以分散方式进行站场预处理的井站集气方式只适用于气井高度分散、单井产量高或处在气田边远区域的气井。实际应用中常常根据气田内不同产气区域的具体情况，将集气站和井站这两种集气方式在同一地面集输系统中组合应用。列出多种单井站和集气站相结合的站场设置方案作比较，按站场设置费用最低的原则确定各种站场的数目，并结合当地的地形、公路交通和工程地质条件选定站场的站址，为管网设置提供依据。

2）常温和低温集气工艺的选择

集气过程中页岩气的气液分离一般应在常温下进行，只有当页岩气中重烃组分含量高，回收利用重烃确有经济效益时才采用低温分离工艺。

采用低温气液分离工艺时，要对制冷方法、制冷中的主要工艺参数、生产流程、制冷设备选用等做多方案对比。根据工程建设投资和生产运行费用这两项主要指标选择最佳方案。

3）增压和不增压输送工艺的选择

页岩气站场输送应尽可能依靠页岩气在地层中自身已具有的压力能来实现，只有当产出页岩气的压力低于页岩气净化厂对原料气压力的要求或某一低压产气区的页岩气压力低于地面集输管网的运行压力时才需要对页岩气增压。优化增压输送方案的最终目标是降低增压设施的工程建设投资额和增压生产过程的运行费用，并使之有利于生产管理。优化工作的重点是增压站的分散或集中设置，增压点的位置，总压比、压缩机的级数和各级间的压比分配，压缩机的机型和动力配置等。

4）防止页岩气水合物生成方法的选择

向页岩气中注入水合物抑制剂，把页岩气加热到水合物生成温度以上，脱除页岩气中的一部分气相水或在隔绝液相水的情况下加热页岩气使其进入不被水饱和的干燥状态，是可供选择的三种方法，但前两种最为常用。

适宜的水合物防止方法应根据气田的实际情况，结合拟采用的其他集气工艺作法来选择，以费用低、效果可靠和不影响环境保护作为评选的主要原则。集气站和地面集输管网运行中都存在防止水合物生成的需要，可以在这两种不同的场合来用不同的水合物防止方法。(www.xing528.com)

5）腐蚀防护技术的选择

地面集输管网设置中对腐蚀防护技术的选择，首先表现在对干气输送工艺和湿气输送工艺的选择。即使页岩气中含有一定量的酸性气体，站场的页岩气输送仍然大多以湿气输送方式进行，即页岩气在输送中保持被水饱和的状态，输送中需要为减缓管道内壁电化学腐蚀和防止水合物生成花费经常性的费用。

采用湿气输送时，要求对缓蚀剂的种类、注入方式、注入量等做多方案的比较，从中选择电化学腐蚀防护可靠、费用最低的缓蚀剂应用方案。从缓蚀剂应用的需要出发，规定地面集输管网中的页岩气流速。

3.地面集输管网结构的优化

1）选择合适的地面集输压力

地面集输管网的适宜工作压力主要取决于页岩气净化厂对入厂原料气压力的要求，地面集输管网运行中的合理压降，已选定的各种站场预处理工艺对页岩气压力值的要求和气井的井口压力等因素。集气工作压力的高低是影响地面集输管网和地面集输工艺设备钢材用量的主要因素之一。当气井的井口压力高，尤其是需要对页岩气做凝液回收处理或借助节流降压的冷效应使页岩气在降温分离和再升温的过程中进入干燥状态时，提高采气管道和整个地面集输管网的工作压力是适宜的。这将有助于缩小各类管道、设备的尺寸和钢材耗量，减少地面生产装置的占地面积，充分利用页岩气自然具有的压力能。应对集气过程中的工作压力做多方案对比、选择。

2）管道材质和对制管方式的选择

钢管材质根据页岩气的气质条件、已选定的腐蚀防护作法对管材的要求和管道在当地最低气温时可能达到的金属最低工作温度对不同材质做比较后选定。管材的强度要求由管道的计算壁厚与钢管制作工艺所决定的最小管壁厚度之间的关系来确定。当计算壁厚远大于最小壁厚时，提高强度水平以降低计算壁厚；当计算壁厚与最小壁厚相近时，以最小壁厚值为依据来确定管道金属材料要求达到的强度值。

管径不大的地面集输管道宜选用无缝钢管，大直径地面集输管道可以采用焊接钢管。

3）优化管网的网络结构，使管道总长度最短

根据气井分布状况、产气区域与页岩气净化厂的相对位置关系和管网所在地的自然、地理环境和公路交通条件，对地面集输管网结构做多方案比选，从中找到管网管道总长度最小的方案。目前有多种可用来计算平面网络诸边总长度最小值的方法，现代计算机的应用更为这类计算的迅速完成和做多方面的对比提供了条件。但受地形条件、居民和其他生产设施的分布，现有公路的走向，不同地区、不同工程地质条件和管道行进中会受到的各种自然障碍作用的限制，管网布局和结构的优化只能是对理想优化状态的接近，即将管网中的管道总长度限定在实际可以达到的最低限度值以内。

4）调整管网中不同管径管道在长度上的比例关系，实现管网的最佳管径组合

除管道总长度以外，不同直径管道的长度在管网总长度中的比例是影响管网钢材用量的另一个重要因素。管网的最佳管径组合是指管网中各管段的直径在满足流体输送要求的情况下最小，各管段的直径相互匹配，在管道总长度不变或变化不大的情况下大直径管道的长度在管道总长度中的比例尽可能小。

在管道总长度已实现优化的情况下，准确规定各管道的直径值；通过适度增加小直径管道的长度来缩短大直径管道；将沿途有进气点、轴向流量变化大的集气干管道设置成变流动截面的结构，这是优化管径组合的主要着眼点。