国内外煤层气集输工艺技术现状

国内外煤层气集输工艺技术现状
檀国荣;杜庆贵;刘聪
【摘要】综述了国内外煤层气地面集输与处理工艺现状.目前,煤层气集气系统主要采用一级布站和二级布站方式.一级布站工艺流程适合单井产量较高、集气半径较短的煤层气田.二级布站工艺流程适合单井产量较低、集气半径较长的煤层气田.国内外煤层气脱水均采用三甘醇脱水工艺.采出水处理方式以地面排放和自然蒸发为主.%The present situation of CBM gathering,transportation and treatment at home and abroad is reviewed.At present,the CBM gathering system mainly uses the one stage mode and the two stages mode.The one stage mode is suitable for the CBM field with high single well production and short gas gathering radius.The two stages mode is suitable for the CBM with low single well production and long gas gathering radius.Dehydration of coalbed methane both at home and abroad adopts triethylene glycol dehydration process.The ground discharge and natural evaporation are the main treatment methods for produced water.
【期刊名称】《化学工程师》
【年(卷),期】2018(000)003
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】煤层气;地面工程;集输工艺;处理工艺;污水处理
【作者】檀国荣;杜庆贵;刘聪
【作者单位】中海油研究总院,北京 100028;中海油研究总院,北京 100028;中海油研究总院,北京 100028
【正文语种】中文
【中图分类】TD5
煤层气是赋存在煤层及煤系地层的烃类气体，是一种优质清洁能源。

我国的煤层气储量丰富，居世界第三位。

加快煤层气开发利用，对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应、减少温室气体排放具有重要意义。

“十二五”期间，煤层气地面开发利用步伐加快，2015年，煤层气产量44亿m3、利用量38亿m3，分别比2010年增长193.3%、216.7%[1]。

“十三五”时期，是煤层气产业发展的重要战略机遇期，机遇和挑战并存。

煤层气与常规天然气组分大体相同，热值相当，用途相同。

煤层气主要由95%以上的甲烷组成，另外5%主要是CO2和N2；天然气成分主要是甲烷，一般还含有乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的烃类及非烃类组分。

我国已开发煤层气田除在马必区块检测出微量硫化物以外，其他区块均未检出硫化物。

两种气体均是优质能源和化工原料，可以混输混用，两者具有互换性。

煤层气与常规天然气的异同见表1。

1 煤层气的特点（表1）
表1 煤层气与常规天然气的异同Tab.1 Similarities and differences between coalbed methane and conventional natural gas项目常规天然气煤层气气藏类型局部圈闭承压水封堵气藏、构造气藏、岩性气藏储存方式游离态为主吸附态为主组成以甲烷为主，C2～C4烃类含量较高 95%以上是甲烷，C2～C4烃类含量较低储层压力中压或高压低压产出机理气体在自然压力下向井筒渗流，井口压力大排水降压，低压解吸，在微孔中扩散，经裂隙渗流到井筒井口工艺注入抑
制剂，防止生成水合物分离游离水后去集气站，增压后去处理厂用途二者相同，均是优质、高效和洁净的能源和化工原料，可混输。

2 煤层气地面集输工艺概述
煤层气集输与处理过程和天然气类似，只是集气系统压力通常低于天然气，煤层气田的产量通常低于天然气田。

煤层气相对纯净，处理环节简单，其中过滤和增压是最主要的工艺环节。

目前，煤层气集气系统大多采用二级布站方式，即井场的煤层气先后进入集气站和处理厂，两级增压、两次脱水。

常见煤层气集输二级布站流程见图1。

图1 典型煤层气集输与处理流程图Fig.1 Flow chartof typical CBM gathering and transportationand treatment
3 国外煤层气地面工程现状
目前，国外煤层气开发已形成规模化的国家主要有美国、加拿大和澳大利亚等国。

美国是世界上煤层气开发最早和最成功的国家，大部分煤层气是黑勇士盆地和圣胡安盆地所生产。

美国整装开发的煤层气田大都采用中心压缩系统，即中心站一级处理。

3.1 国外煤层气集气与处理工艺技术
3.1.1 美国圣胡安盆地煤层气田
（1）井场工艺井口同时采出煤层气和水，通过气液分离后，煤层气和水分别通过管线输送至处理站。

在山区，采气管线沿线低点设置线路分水器，收集液态水。

每个井场都装备有分离器、水处理设施和计量设施。

产出的流体通过管线从井口输送至立式分离器。

工艺流程见图2。

图2 圣胡安盆地煤层气田井场工艺流程图Fig.2 Process chartofwell site of CBM field in SanJuan Basin
（2）煤层气处理工艺圣胡安盆地煤层气田采用集中增压工艺，利用井口压力能力，
将煤层气集中增压处理后外输，这种集输工艺在其他一些气田中得到成功应用。

每个处理站至少要安装2台煤层气发动机驱动的橇装式往复式压缩机，采用3级压缩的工艺。

脱水装置采用注三甘醇工艺，吸收塔采用板式塔[2，3]。

工艺流程见图3。

图3 圣胡安盆地集气站工艺示意图Fig.3 Schematic diagram of gas gathering station in SanJuan Basin
3.1.2 澳大利亚煤层气田位于澳大利亚昆士兰州东北部的 Surat盆地 Daandine、Kogan North、Stratheden和TiptonWest等4个煤层气田和Bowen盆地Moranbah煤层气田分别开发于2006年和2003年。

这5个煤层气田均位于地势开阔平坦的草原牧场、丛林和农田之中。

Surat盆地Daandine等4个煤层气田区块相对集中，采用了一级布站方式，即，井场单井串接后，煤层气直接进中心处理厂，经增压脱水后外输至下游用户。

一级布站工艺流程适合单井产量高、集气半径短的煤层气田。

Bowen盆地Moranbah煤层气田地理形状为42.5km×20km的长条形，采用二级布站方式，即，煤层气经过集气站和中心处理厂，两级增压脱水后外输至下游用户。

二级布站工艺流程适合单井产量较低、采气管道长、需在集气站增压的煤层气田。

Surat盆地和Bowen盆地煤层气田的中心处理厂均采用三甘醇脱水工艺。

3.2 国外煤层气采出水处理工艺技术
在煤层气排水采气过程中，初期产水量很大，随着开采过程的延续，产气量增大，产水量降低。

煤层气采出水与油田采出水、化工污水有很大不同，其不含烃类、苯酚，不含酸，含盐较高，与煤矿抽排水无本质不同。

目前，采出水处理工艺有蒸发池蒸发、地面排放、再利用以及深井注入等4种方法。

这4种方法技术上都是可行的，但都有其局限性。

（1）地面蒸发法利用地面蒸发池处理采出水，尤其适用于水质很差的采出水。

在澳大利亚，Surat和Bowen盆地煤层气田建有多个用土围成的圆形或长方形的采
出水收集大池，采用聚乙烯防渗膜作为防水材料。

美国圣胡安盆地的一部分采出水用此方法处理。

蒸发池法占地面积比较大，对地形有较高要求，且其蒸发率受季节影响。

因此，近年国外已不推荐使用此法。

（2）地面排放法排入地面水体，这种方法适合于矿化度较低的采出水。

美国黑勇士盆地的煤层气采出水总矿化度低于2000mg·L-1，有近95%排入地表水体中。

监测资料表明，只要经过必要的处理，采出水的排放对河水质量和生物体没有明显影响。

地面排放法要满足当地排放标准，需增加水处理费用。

但是该方法仍优越于蒸发池。

（3）再利用法处理后用于农业或畜牧业，此方法也只适用于矿化度较低的采出水。

黑勇士盆地的采出水水质均较好，通过管道引到植物区作灌溉、喷洒用水，对植物无影响。

澳大利亚Surat和Bowen盆地煤层气田部分处理站采用RO反渗透处理方法对采出水进行处理，达到合格水质后作为农田浇灌用水或销售给周边厂矿使用。

（4）深井注入法简单处理后回注地下。

这是在蒸发、排放、利用几种方法均行不通时采取的一种选择，适用于矿化度较高的采出水的处理。

在回注地下前，应确保采出水与地层接纳水体的兼容性，以避免地层过早堵塞或对设备造成损害。

美国圣胡安盆地煤层气部分采出水采用回注地下的处理方法。

这种方法所需费用一般是地面排放法的15倍以上[2-5]。

总体上，在国外地面排放和自然蒸发是主要的处理方式，工厂处理有增多的趋势。

4 国内煤层气地面工程现状
4.1 国内煤层气集气与处理工艺技术
我国煤层气田多处于低山丘陵和黄土高原，大多具有低压、低渗、低产的“三低”特点，和国外的中压、中产煤层气田相比地面集输有很大区别。

目前，在国内已进
行商业化开发的煤层气田有沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘等煤层气田。

基本采用“低压集气、二级增压、集中处理”的二级布站工艺模式，处理流程为“井口－采气管网－集气站－处理厂”，与澳大利亚Bowen盆地Moranbah煤层气田大体
相同。

4.1.1 沁水盆地樊庄区块目前，山西沁水盆地煤层气田樊庄区块集气站集气规模一般为20×104～50×104m3·d-1。

地面集输工艺采用“井场-采气支线-阀组-采气
干线-集气站-中央处理厂-外输(或LNG工厂)”的总流程。

井场来气压力为0.15～0.3MPa，在集气站增压至1.2～1.65MPa，在中央处理厂增压至6.0MPa后进入
三甘醇脱水装置脱水 [6-9]。

樊庄区块工程地面集输流程见图4。

图4 樊庄区块煤层气集输系统示意图Fig.4 Sketchmap of coalbedmethane gathering andtransportation system in Fan Zhuang block
4.1.2 鄂东煤层气田韩城区块鄂尔多斯盆地东缘韩城区块是中国石油煤层气公司“十一五”重点开发区块。

根据韩城地区煤层气开发特点采用“单井计量、多井串接、两地增压、集中处理”的地面集输工艺。

单井煤层气靠自身压力输送到集气站，在集气站进行分离、增压、计量，然后输送至中央处理厂进行增压、脱水等处理。

韩城区块工程地面集输流程见图5。

图5 韩城区块煤层气集输工艺Fig.5 Coalbedmethane gathering and transportationtechnology in Hancheng block
4.2 国内煤层气采出水处理工艺技术
我国煤层气水处理方法主要参考煤矿矿井水处理方法及工艺，以直排为主，兼有自然蒸发。

采用深度处理达到灌溉标准的较少。

例如，韩城区块的单井采出水首先车运至集气站，进行统一处理后外排。

我国煤层气采出水处理应借鉴国外的经验分步实施，先建水池收集、弄清楚产水量，后根据需要来建设相应的深度处理的办法。

5 结论与建议
过滤和增压是煤层气处理最主要的工艺环节。

目前，煤层气集气系统主要采用一级布站和二级布站方式。

一级布站工艺流程适合于单井产量较高、集气半径较短的煤层气田。

二级布站工艺流程适合于单井产量较低、集气半径较长的煤层气田。

美国整装开发的煤层气田大都采用一级布站方式。

澳大利亚Surat盆地煤层气田采用
了一级布站方式，Bowen盆地煤层气田因地理形状狭长，采用二级布站方式。

我
国煤层气田大多具有“低压、低产、山丘”的特点，基本采用二级布站模式。

国内外煤层气脱水均采用三甘醇脱水工艺。

国内外采出水处理方式以地面排放和自然蒸发为主。

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