煤层气开采地面工程设计方案

作品简介全国石油工程设计大赛National Mriliim EiidnrlBi Dul|i (impitltlii全国石油工程设计大赛方案设计类作品比赛类别地面工程单项组完成日期 2014 年4月13日全国石油工程设计大赛组织委员会制作品简介本参赛作品是根据大赛给出的沁端区块的基础数据设计的一套煤 层气田开发中的地面工程设计方案。主要由煤层气集输管网、集气增 压站、污水处理、SCADA系统、消防安全系统、供电系统、通信系统 等部分的设计以及各种用途站场整体优化布局设计等组成。本方案的总集输工艺流程的确定是根据本气田的综合情况，借鉴 其它煤层气地面集输工艺，分析各种低产低压煤层气田的总工艺流程， 经过反复论证、简化优化，最后确定采用“分片集输、多井低压集气、 单井简易计量、多井单管串接、集中增压、集中脱水处理和外输”的 煤层气集输工艺流程。管网部署部分根据气田气井位置的分布，提出了四种管网部署方 案，分别是环状管网部署方案、枝状管网部署方案、集气阀组管网部 署方案、多井单管串接管网部署方案。然后以管网系统费用最省为优 选目标（包括井场、采气管线、集气阀组、集气管线、增压站、中央 处理厂等投资费用和运行费用），对四种管网部署方案进行优选，最后 选择多井单管串接管网部署方案。为选取适合管材，对PE100聚乙烯管和无缝钢管投资情况进行了 详细的比较，主要比较了公称直径 50600 mm的PE100聚乙烯管和 无缝钢管的安装费、建筑费、主材费、预制费和总造价等，得出：当 采气、集气管道的公称直径不大于 250 mm时，采用PE100聚乙烯管 道投资低。当采气、集气管道的公称直径大于250 mm时，采用钢制管 道投资低。该示范工程施工中采用了PE100聚乙烯管道与钢管相结合的方案。用软件模拟不同工况下煤层气水合物生成温度，对比本气田集输系统工作条件以及当地气候条件，煤层气的输送选择低压不注醇工艺 在集输管道低点设置凝水缸，收集管道中的游离水。通过设备及工艺对比，集中处理站入口的过滤分离器选择高效旋 流过滤分离器；一级增压的压缩机选择螺杆式压缩机，二级增压的压 缩机选择活塞式压缩机；脱水工艺选择三甘醇脱水工艺；脱碳工艺选 择分子筛法。目录目录第1章总论 11.1 地理位置与自然地理概况 11.2 井网部署方案 11.3 产能规模及单井产量 21.4 井口压力 21.5 煤层气品质及外输 31.6 产出水特征 31.7 主要标准规范 3第2章管网部署 52.1 集输总工艺流程 52.1.1 煤层气集输工艺流程 52.1.2 本气田煤层气集输工艺流程 52.2 集中处理站位置选择 52.2.1 站址选才i原则 52.2.2 集中处理站位置选择 62.3 管网部署方案 72.3.1 环形管网 72.3.2 枝状管网 82.3.3 集气阀组管网 82.3.4 多井单管串接管网 92.4 管网部署方案优选 102.5 管材选取与管径确定 112.5.1 管材选择 112.5.2 管径确定 13第3章煤层气集输工艺 163.1 井口工艺流程 163.2 节流调压 163.3 管道敷设与保护工艺 173.3.1 管道敷设 173.3.2 弯头 173.3.3 管道连接 173.3.4 穿越 173.3.5 保护措施 173.3.6 抗震措施 183.3.7 防腐 183.3.8 氮气置换 183.3.9 管道警示带（含金属示踪线） 183.4 煤层气水合物防治工艺 183.4.1 低压输送不注酉I集气工艺 183.4.2 清除管线中凝析水工艺 193.5 集中处理站工艺流程 193.6 集中处理站中的主要设备及工艺 203.6.1 过滤分离器设备选型 203.6.2 压缩机选型 203.6.3 脱水工艺 213.6.4 脱碳工艺 223.7 主要仪表选型 223.7.1 温度仪表选型 223.7.2 压力测量仪表选型 233.7.3 流量计仪表选型 24第4章污水处理及辅助系统 264.1 污水处理 264.1.1 污水来源 264.1.2 污水处理 264.2 供电系统 264.2.1 电站 264.2.2 供电电源 274.2.3 供电负荷 274.2.4 爆炸危险场所电器线路及安装 274.3 通信系统 284.3.1 通信要求 284.3.2 通信方式 284.4 给排水及消防系统 284.4.1 给水系统 284.4.2 排水系统 294.4.3 消防系统 304.5 自动控制系统 314.5.1 自动控制系统设计原则 314.5.2 系统方案 314.6 供热、暖通设计 324.7 道路工程 324.8 建（构）筑物 324.9 健康、安全与环境 33参考文献 34附录 36III第1章总论3第1章总论1.1 地理位置与自然地理概况沁端区块位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县，矿区属于中联煤层气有 限责任公司。本区块属于丘陵山地地貌，以低山丘陵为主。本区为典型的干旱性 大陆气候，降雨量较少，冬季气温较低，年平均降雨量400900mm,年最大降雨量891mm,最大积雪深度212.5mm。年平均气温10.9C ,最高37.3C ,最低-16.3C , 最大冻土层深度0.41m。该区处于张性应力区，地震发生的概率较低，其地震烈度 为6度。区块内有沁河流过，省道和县道贯穿其中，交通便利。区块地形图见图 1.1。K 人 F 睢.| 回避凶r t襄人.u地而悻寓存H雌图1.1区块地形图1.2 井网部署方案本区共部署生产井124 口，其中直井120 口，分段压裂水平井2 口，单翼多分支水平井2 口，井网部署见图1.2吊用*丁端1$巾Tiu叫赳ffi II I -*卜Ml& xI刁 n 0 k 周 司恤 stE0图1.2井网部署1.3 产能规模及单井产量本区设计产能规模为336000m3/d。其中120 口直井开发年限为25年，见气时 间均为6个月，产气量范围均为1900m3/d2500m3/d,平均产气量均为2300m3/d, 产水量范围均为0.5m3/d6m3/d,平均产水量均为1m3/d; 2 口分段压裂水平井开发 年限均为8年，见气时间均为2个月，产气量范围均为6000m3/d15000m3/d,平 均产气量均为10000m3/d,产水量范围均为1m3/d8m3/d,平均产水量均为2m3/d。 2 口单翼多分支水平井开发年限均为 6年，见气时间均为1个月，产气量范围均为 14000m3/d25000m3/d,平均产气量均为 20000m3/d,产水量范围均为 2m3/d18m3/d, 平均产水量均为5m3/do1.4 井口压力根据本气田现有煤层气生产试验井的实测数据，本区井口套压一般在0.1MPa0.5MPa。1.5 煤层气品质及外输本气田产出煤层气气体组成见表1.1,本气田生产的煤层气全部外输到沁太管 线。沁太管线入口位置如图1.1所示，管线工作压力为6MPa,其气质符合国家标 准GB17820-1999天然气中II类气质指标要求，具体要求见表1.2。表1.1煤层气气体组分组分CiC2C3+CO2H2sN2浓度91.500.0300.03.120.05.35表1.2我国天然气国家标准项目一类三类项目一类三类高热值/ (MJ/m3)31.4硫化氢/( mg/m 3) 620460总硫 /(mg/m3)& 100200460二氧化碳/%3.04.012.3772150PE100聚乙烯管M60.0 9.115.6330无缝钢管768.3 X4.024.1139200PE100聚乙烯管磴25.0 12.825.4060无缝钢管也19,0 5.032.2631250PE100聚乙烯管磴50.0 14.230.0528螺旋钢管也73,0 5,033.4956300PE100聚乙烯管315.0 17.943.8520螺旋钢管323,9 5,041.3907350PE100聚乙烯管枳5.0 20.254.1532螺旋钢管355,6 6,047.4519400PE100聚乙烯管M00.0 22.867.6682螺旋钢管乂06,4 6,054.1213450PE100聚乙烯管M50.0 25.683.6284螺旋钢管乂57,2 6,060.3615将表2.2中数据绘制成管径与管线总投资关系曲线如图 2,7所示。由图2.7可 知，当采气、集气管道的公称直径不大于 250 mm时，采用PE100聚乙烯管道投 资低。当采气、集气管道的公称直径大于 250 mm时，采用钢制管道投资低。该示 范工程施工中采用了 PE100聚乙烯管道与钢管相结合的方案，采气管道和部分集 气管道采用了 PE100聚乙烯管道，明显降低了工程管道的投资。图2.7公称直径与管道总投资关系曲线2.5.2 管径确定2.5.2.1 压力级制本区块气田面积较小，为简化集输流程，节省工程造价，采用“分片集输一 一级增压”，井口压力为0.1MPa0.5MPa,井口产气依靠自身压力经采气管线与集 气管线进入集中处理站，根据采气管线的长度和经济压降，集中处理站进站压力 为0.05MPa。煤层气在集中处理站净化处理、增压到 6.2MPa输入外输管线，最后 输入沁太管线。2.5.2.2 管径确定集中处理站的位置及集输管网部署方案确定后，采、集气管线的长度也确定 卜来了。由已确定的压力级制和管网的长度，用已有的管径计算公式就可以确定 采、集气管线的管径。集输气管径计算公式2n-. 2 .乙Q i Li(2.1)i =1、0.188B2(P12 - P2n 1)式中5031STZ(2.2)式中：Q输气量，m3/d;L一管线长度，km；p一管线压力，MPa；d一管线内径，cm；T气体平均温度，K;Z气体压缩系数；S气体相对密度。对集输管网中的采、集气管线及集气节点标注，以便计算及叙述方便，具体 标注见图2.8。H 漳 $：吨I 唾y图贝陶迪-II. II I汨,.一例.固I|.而_一雷必/I因I 无濡气TfitAJI图2.8集输管道标注根据公式计算出管线内径，具体计算过程见附录。计算出集输管网的管径圆 整后数值见表2.3。表2.3集输管网管径管线油 / m3 d-1长度/m管径D/mm管材集气干线3360002750375 X6.0螺旋钢管集气支线L1460001350160 X9.1PE管L2460001350180X10.3PE管L3460001350180X10.3PE管L4460001350180X10.3PE管L5460001350180X10.3PE管L6600001650225X12.8PE管L7460001350160 X9.1PE管采气干线串接管9200120075 43PE管90 5.2110M0.0ac40000700140 8.0aic20000900110M0.0采气支线接串接管23001063 3.6PE管75 43接ab2000010140 8.0PE管接 aibi10000125 7.115第3章煤层气集输工艺第3章煤层气集输工艺3.1 井口工艺流程煤层气开发初期排采产水量不大，平均为1m3/d,水质符合国家规定排放标准, 井场不设气水分离器。煤层气产出水通过抽油机从油管中抽出，经流量计计量后 直接排放到井场附近的排污池，自然蒸发。煤层气从套管和抽油管的环形空间产 出，经截断阀、温度计、压力表、流量计进入采气管道，由采气管道输入用接管 道，在采气管道末端设置压力调节阀和止会阀，井口产出煤层气经压力调节阀后 压力调节为0.1MPa,在用接管道与集气管道连接处设置止回阀。采气管道前装有 安全阀，当采气管道压力过高时，安全阀跳起超压气体进入放空管放空，避免系 统超压而产生危险。当系统检修时，打开放空阀，通过放空管把井口里的煤层气 连续放到大气中。井口工艺流程如图 3.1所示1截断阀2压力计3流量计4水池5温度计6安全阀7调压阀8放空火炬9止回阀图3.1井口工艺流程图3.2 节流调压在煤层气进入用接管道前，对井口产出的煤层气进行节流调压，压力统一调 节到 0.1MPa。井场及低温常温气体节流调压的主要手段是使气体通过骤然缩小的孔道（孔板或针形阀孔眼），利用摩擦能耗使气体压力下降，常用的设备是针型阀、油嘴和 孔板。本气田选择汕嘴进行节流调压。3.3 管道敷设与保护工艺3.3.1 管道敷设1、敷设方式：管道接管网部署方案埋地敷设。2、埋设及开沟要求7：1）当采、集气管道需改变平面走向适应地形变化时可采用弹性弯曲冷弯管热煨 弯头在平面转角较小或地形起伏不大的情况下首先应采用弹性弯曲。2）不得采用虾米腰弯头或褶皱弯头管子的对接偏差不得大于30。3）埋地管道的埋设深度应根据管道所经地段的农田耕作深度冻土深度、地形和地质条件地下水深度、地面车辆所施加的荷载及管道稳定性的要求等因素，经综 合分析后确定。一般情况下管道埋深在冻土层以下，一般大于 1.2m。1.1.2 弯头PE管道利用柔性自然弯曲改变走向时其弯曲半径不应小于2.5倍的管材外径，一般弯头为90q 45q 22.5q 11.5o四种规格。1.1.3 管道连接PE管道与金属管道及其他材质的管道阀门、管路附件等必须采用钢塑过渡接 头或钢塑法兰连接，钢塑过渡接头钢管端与钢管焊接时，应采取降温措施，但不 能影响焊接接头的力学性能。直径在90以上的PE管材管件连接可采用热熔对接连接或电熔连接直径小于90的管材及管件宜使用电熔连接，为了施工方便统一采用电熔连接。施工前应进 行实验，判断实验连接质量合格后，方可进行电熔连接。1.1.4 穿越对于PE管穿越土路均采用钢筋混凝土套管保护，保护套管应采用钢筋混凝土 套管，并满足强度及稳定性要求（其他公路，铁路，河流冲沟等处钢管穿越不详 细说明）。1.1.5 保护措施有河流河谷区、中低山斜坡地带区、斜梁顶部区及山梁顶部区等为了保护管 线及原始地形地貌，进行水工保护做法以河流护岸、山地斜坡工程为主。如护坡，挡土墙，草袋素土堡坎等。1.1.6 抗震措施管道穿越河、沟时，必须为斜坡式敷设，其倾斜角不宜大于30 ;在管道穿墙或基础处应留出空隙，并用减振材料填塞；管道敷设时，宜避开滑坡地段。1.1.7 防腐PE管道不需要采用防腐处理，穿越部分及钢塑转换头，连接钢管段的热煨弯 头等金属部分防腐采用无溶剂环氧涂料，保护层采用聚乙烯热缩带缠绕。钢管内壁作HT515防腐，外防腐层采取三层 PE防腐。站内管道不作阴极保 护，只作防腐层保护。外输管道站内埋地部分采用国产聚乙烯胶粘带加强防腐绝 缘，露空部分采用普通的油漆防腐。管线外壁采用防腐涂层进行防腐，涂敷前的 钢管表面必须进行抛丸或喷砂处理，以达到标准要求的洁净度和锚纹深度，确保 底漆粘结牢固。1.1.8 氮气置换对于首次投运的装置为保证安全，先用氮气置换，用氮气将空气置换出去， 再以煤层气置换氮气，以彻底消除用煤层气置换可能因摩擦而产生的爆炸危险。 要保持氮气流速尽量低，以使氮气与空气尽可能少的混合，以提高氮气利用效率， 降低费用。1.1.9 管道警示带（含金属示踪线）管道埋设警示带，管线顶面以上 300mm的位置上增加埋设警示带，随管道走 向敷设示踪线并且示踪线的接头应有良好的导电性，能清楚判断管线位置8。3.4 煤层气水合物防治工艺3.4.1 低压输送不注醇集气工艺低压输送不注醇集气工艺是充分利用煤层气井口0. 1 0. 5 MPa的压力能，将采气管线首末点压力损失控制在 0. 05 MPa,采气过程不需加热或注入煤层气水合 物抑制剂，采气管线埋设于最大冻土层以下（防止生成煤层气水合物）的低压采集 气工艺。通过低压输送不注醇的集气工艺，可以降低管线运行压力，控制生产压 差，节约能耗材耗、减少管网运行成本。根据煤层气组成，在不同工况条件下采用 HYSYS软件模拟气井井口煤层气水合物生成温度 ，并以采气输送过程中煤层气水 合物形成温度低于环境温度的压力作为设计压力9,结果如表3.1所示。表3.1煤层气水合物形成温度预测表工作压力/MPa0.20.51.62.02.1形成温度/ c-54.2-38.5-10.5-4.3-2.83.4.2消除管线中凝析水工艺随着采、集气管线输送距离的增加，煤层气温度逐步降低，在采、集气管线中 产生一定量的游离水，由于管线沿途起伏较大，产生的游离水向管线的水平转角及 纵向低点积聚，从而降低管线携液和输送能力，增加管输能耗，所以应根据地形条 件及采气管线输送能力在每条采气管线的最低点处设置不同规格的凝水缸，以收集管线中产生的凝析液体，防止产生液体堵塞，并将凝水缸埋设在最大冻土层以 下10。由于煤层气不含 H2 s并且姓类含量非常少,凝水缸定期排出的是凝结水 不含油，无污染，不经处理即可就地排放。因此，巡检人员可根据采气管线运行情 况，定期排放凝结水，保证采气管线安全平稳运行。3.5 集中处理站工艺流程集中处理站设置过滤分离器 1台，压缩机8台（分为两个压缩机组，每个压 缩机组三用一备），脱水装置一套，脱碳装置一套。集中处理站的主要功能是将全 气田煤层气收集，分离、净化、增压后外输。本气田中煤层气经集气干线进入集 中处理站，经计量、过滤分离器（过滤分离煤层气中的固体杂质和游离水，分离 水通过集水管道进入储液装置，最后流入污水池）、压缩机机组（二级增压）、脱 水装置（脱离煤层气中水份，脱离水通过集水管道进入储液装置，最后流入污水 池）、脱碳装置（分离煤层气中的二氧化碳）、计量后，通过外输管线输入到沁太 管线。集中处理站工艺流程见图 3.2。1截断阀2流量计3安全阀4液气分离器5压缩机6控制阀7脱水塔8气体分离器9放空火炬图3.2集中处理站工艺流程3.6 集中处理站中的主要设备及工艺3.6.1 过滤分离器设备选型分离器可分为干式和湿式分离器，输气管道站内分离器从大类来分，只能选干 式分离器。在干式分离器范围内，根据管输天然气高流速、大流量、易燃、易爆，天 然气杂质粒径分布宽、成分复杂、多水的特点，遵循设备运行安全可靠、操作维修 方便、使用寿命长、运行费用低以及第一次投资省等原则，站内分离器最适宜选择 高效旋流过滤分离器。其结构形式为卧式双筒结构，上部负责过滤分离，下部具 有集液功能11。3.6.2 压缩机选型3.6.2.1 压缩机形式选择煤层气用的压缩机常用形式包括活塞式、离心式和螺杆式三种2,它们的使用 范围见图3.3。300100051 KH4liLn：i Shono进口凝例.m3/h图3.3压缩机使用范围集中处理站设置8台两组压缩机（每组三用一备），每台压缩机处理能力为12 X104 m3 /do综合考虑工艺适用性、造价、运行成本及国内制造工艺，并借鉴以往 工程项目经验，得出日处理量在15X104 m3 /d以上的压缩机，宜采用往复式；15X 104 m3 /d及以下的压缩机，宜采用螺杆式12。集中处理站的前一个压缩机组选择 螺杆式压缩机，后一个压缩机组选择活塞式压缩机。3.6.2.2 压缩机驱动设备选择压缩机有电机驱动、燃气轮机驱动两种方式。电机驱动方式需要配置相应的 输、配、变电系统，电动机的供电要求为一级负荷，受电网的制约较大，一般在 对环保要求高、外部电网供电可靠、电价较便宜及电力供应充足的地区选用。燃 气轮机驱动方式需配置相应的燃气系统、控制系统、启动系统和1套较小容量的输配电系统。燃气可直接取自附近的井口煤层气，对电网供电的需求量小，依赖 性小。因此，压缩机驱动设备选择燃气轮机驱动13。3.6.3 脱水工艺煤层气常用脱水方法有很多，最常用的主要有：冷凝分离法、固体吸附法及溶 剂吸收法等14。冷凝分离法可同时控制水露点及姓露点，但由于低温可能导致水合物生成， 在冷凝前需要注入水合物抑制剂。低温一般可通过节流或外加冷源来获得冷量， 由于煤层气进站压力低，通过增压节流或外加冷源不经济，因此煤层气脱水通常不考虑冷凝分离法。固体吸附法脱水是采用固体吸附剂脱水，利用气体与多孔的 固体颗粒表面接触，达到脱出气体中水分的目的，该方法脱水后的露点较低，一 般用于深冷装置中。由于本工程对煤层气露点要求不高，只要满足外输条件即可， 因此固体吸附法也不适合煤层气脱水。溶剂吸收法对于煤层气脱水主要为三甘醇 脱水工艺，该工艺在天然气脱水中应用最多，是一种成熟、可靠、先进的工艺， 与其它脱水工艺相比具有工艺流程简单、露点降大、易于再生、溶剂损失量小、 运行成本低等特点15 o综合比较三种脱水方法，本气田煤层气处理工艺采用三甘醇脱水工艺。3.6.4 脱碳工艺从煤层气中脱除酸性气体的方法很多，一般可分为干法和湿法两大类。湿法 按溶液的吸收和再生方式，又分为化学吸收法、物理吸收法和直接氧化法三类。 干法有分子筛法和海绵铁法。根据工艺流程脱碳的煤层气为干气，所以只能选分子筛法和海绵铁法。并且 处理低含硫，高含二氧化碳的煤层气时，分子筛法接三甘醇脱水工艺的投资少， 因此脱碳工艺选择分子筛法15 o3.7 主要仪表选型3.7.1 温度仪表选型温度仪表应根据测温范围、精确度、安装显示地点、介质特点等要求以及经 济性选择。常用的温度测量仪表有工业用玻璃温度计、压力式温度计、双金属温 度计、热电阻、热电偶集气配套的仪表。工业用玻璃温度计是利用感温液体热胀冷缩原理工作的。常用的有棒式水银 温度计、棒式工业玻璃有机液体温度计两类。最高使用温度一般为满刻度的90% 压力式温度计时利用温包感温，其原理是系统内介质压力随温度而变化。双金属 温度计是由两种不同膨胀系数、彼此牢固结合的双金属作为感温原件的温度计。 它具有示值醒目、机械强度好、结构简单、使用方便等优点。热电阻、热电偶作 为温度检测和控制装置的感温原件，可与动圈式仪表、记录仪等显示仪表配套使 用，或与温度变送器配套输出标准信号，达到信号远传、指示、控制的目的。在 油田上广泛应用16。综上所述，为满足自动控制系统的要求，温度仪表选用热电阻集气配套的仪 表，热电阻均为铠装型，按不同的区域配置保护管。3.7.2 压力测量仪表选型3.7.2.1 压力测量仪表选型原则油气集输常用的压力仪表有就地和远传两类压力仪表。就地压力仪表常用弹 簧式压力表；远传压力仪表多选用远传压力表和压力变送器。压力仪表选用应考 虑：1、量程范围测稳定压力时，常用压力在量程的1/3至2/3范围内；测脉动压力时，常用压 力不超过量程的1/2。2、精确度要求油气田一般用15 2.5级。外输计量配套用压力仪表根据要求选用相应精确 度的压力仪表3、实用环境和介质性能对于腐蚀、粘稠、易燃的介质和振动、爆炸场所，以及环境温度湿度等。应 选用相适应的仪表或采用必要的措施。3.7.2.2 常用压力测量仪表常用的压力测量仪表有弹簧压力表、电接点压力表、远传压力表、传感式压 力表、压力（差压）变送器。弹簧压力表结构简单、价格低、应用广。适于环境温度 -40+60C,相对湿度 不大于80%,对于钢或铜合金不腐蚀的液、气体的压力测量；电接点压力表适用 于测量对钢和铜及其合金不起腐蚀作用的非凝固和结晶的液体、气体的压力或真 空，但不适于振动场所，避免触电烧坏。它可与继电器等配套使用，实现自动控 制盒报警；远传压力表适用于测量对钢和铜集气合金不起腐蚀作用的液、气体压 力和真空。有些耐振产品带上阻尼器可测脉动压力，带上隔膜部分可测粘度大， 有腐蚀介质的压力。该类仪表除就地指示外，还可远传，与动圈式仪表、调节仪 表配套使用；压力（差压）变送器是气动、电动单元组合仪表的变送单元，可连 续测量液、气体的压力（差压）、流量、液位。对各种压力、粘度、有腐蚀、易燃， 易爆的介质亦有相应的变送器可供选择。3.7.2.3 压力测量仪表选型综合常用几种压力测量仪表的特点，压力测量仪表现场指示选用不锈钢防腐 型弹簧管压力表，远传指示选用本安型压力变送器。3.7.3 流量计仪表选型煤层气的物理性质与常规天然气类似，但由于煤层气抽采工艺特殊，湿气、 气质赃等特点，有些流量计使用一段时间后不能正常准确计量。所以在煤层气流 量计的选型上有其特殊性，下面分别介绍几种常用流量计，并对本煤层气的流量 计进行选型。3.7.3.1 孔板流量计孔板流量计的主要特点为结构易于复制、简单牢固、性能稳定可靠、使用期 限长、价格低廉等，整套流量计由节流装置、差压变送器和流量显示仪（或流量计 算机）组成。但是孔板流量计亦有一些重大缺点：范围度窄，压损大，且需要进行 微差压测量，重复性不高，对整套流量计的精确度影响因素多且错综复杂，因此 精确度提高的难度很大，且对现场安装条件要求高等。而且在长时间计量对孔板 锐角的磨损，影响计量的准确性。昼夜温差大，冬季未做保温处理的计量阀组在 夜间结冰，过流面积减少，计量准确度大大降低。，并对本煤层气的流量计进行选 型。3.7.3.2 涡轮流量计涡轮流量计是一种速度式流量计，利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流 体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的流体体积流量，是 目前流量仪表中比较成熟的高准确度仪表之一。 主要优点是：测量准确度高，复现 性和稳定性均好；量程范围宽，量程比可达（1020）： 1,线性好；耐高压，压力损 失小；对流量变化反应迅速，可测脉动流；抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连。涡轮流量计的特性易受介质物性和流体流动特性的影响，愈是高精 确度，其影响愈敏感，例如介质脏污、结垢使叶片及通道发生变化，流量计特性 亦随之改变；轴承磨损使特性偏移等。流体流动特性有来流速度分布和流体脉动等 的影响，要保持仪表校验时的参比流动条件，具仪表系数才保持不变，否则需进 行相应的修正或实行在线校准，以获得现场实际的流量计特性。3.7.3.3 旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计是速度式流量计的一种，在国内的研制始于上世纪70年代末，经过近几年的发展，目前该类产品已从单探头结构改进为双探头（压电传感器） 差动式结构。由于采用了双探头差动式结构，且配合相位识别电路，可有效地克 服单探头结构抗脉动和机械振动能力差的缺点。近年来，有些流量计还采用了自 适应功率谱FFT算法技术，使产品的小流量检测能力和抗干扰能力得到有效提 高，且随着单片机技术和信息技术的不断发展，仪表实现了智能化、网络化，真 正使该产品的计量性能和质量水平实现质的飞跃。由于它具有体积小、无可动部 件、介质适应性好、可靠性高、稳定性好等优点，已被广泛用于石油、化工、冶 金、电力和燃气等领域的计量，尤其在煤层气计量领域，更是理想的计量用表。3.7.3.4 超声流量计气体超声流量计的应用始于20世纪90年代，由于它的一些突出优点一一测 量准确度高、量程比宽、无压损、无可动部件等，受到用户的欢迎。它适用于高 压、大口径、洁净的天然气流量计量。在现场应用中，超声流量计安装条件要求 高。在煤层气测量时，由于经过滤后的小粒径煤粉会附在探头上，影响计量的准 确性。对时差式气体超声流量计，小粒径煤粉会影响超声波的正常传输，无法实 现时差的准确测量。因此，在煤层气计量中，一般不宜选用。3.7.3.5 流量计选型煤层气计量是近年来才发展起来的新领域，由于煤层气的介质条件和使用条 件较为恶劣，因此，从流量计的特点而言，只有旋进旋涡因无可动部件，比较适 合煤层气计量。但是，旋进旋涡流量计因是一种旋涡振荡型流量计，且检测传感 器为压敏元件，尽管采用了差动式结构等技术手段，但尚难于克服现场的“憋压” 和强烈的振动，因此，在设计时要尽量避免“憋压”现象及强烈振动现象的存在, 有了这种现象存在就要采取有效的措施17025第4章污水处理及辅助系统第4章污水处理及辅助系统4.1 污水处理4.1.1 污水来源煤层气的开发，需从煤层中排出地层水，在煤层中产生压降、要求达到最大 半径的压降漏斗，以便最大限度地让天然气从煤中解析，排采过程中始终伴随着 排水，称为气井采出水，气井采出水是一种淡盐水，其矿化度 19.9731.46g/L,它 除了含大量氯离子外，还可能会含有硫化物，cd, Pb、Zn、Ba、As等有害物质。气井采出水不仅水质复杂，而且随着时间的推移水量也会逐渐增大。这是气田开 发中污水的主要来源。气田开发中的污水还包括集中处理站中的过滤分离水、脱水设施脱除的水及 为提高采气速度，保护井下管柱对生产井定期洗井的洗井水。4.1.2 污水处理本区直井平均产水量为1m3/d, 2 口分段压裂水平井平均产水量为2 m3/d,2口单 翼多分支水平井平均产水量为5 m3/do直井和压裂水平井生产初期煤层产出水型以 NaCl为主，平均矿化度4000mg/L。生产2040K之后产出水接近地层水的状态， 水 型转变为以Na-HCO3型为主，平均矿化度1200mg/L, PH值为8。单翼多分支水平 井产出水水型为Na-HCO3型，平均矿化度1200mg/L, PH值为8。符合我国工业污 水排放标准，可以不用处理直接排放。由于煤层气中不含硫和含有少量氢，井口产出水经产水管道排进井口附近的 污水池，自然蒸发。集中处理站产生的污水和洗井污水同样排进附近污水池，或 者排放，或者自然蒸发。4.2 供电系统4.2.1 电站电站建立发电机，电站选用燃气发电机组以充分利用气田的煤层气资源，供 电系统采用10KV电压等级供电，较6KV电压级输送距离远，电网损耗低。选用JJ2B 系列可变电压启动控制柜，具有启动转矩大、所需启动容量小的优点，可少供电 网络的电压波动和冲击电流，使电机启动平稳。分离器、压缩机等机泵设备采用 变频调速装置，既能解决机泵启动时对网的冲击，又可节电约30%40%。供电系统设置了 10KV高压电容补偿及0.4KV低压电容自动补偿装置，可使电网功因数达0.95以上，供配电网的网损低于8%。4.2.2 供电电源从工区15公里外发电厂新建1条35KV专线至变电站，转换为10KV电压，再转 接至供电专线，导线规格为LGJ-117,架设至各场站支线，各井场设置变电站，集 中处理站自建变电所。4.2.3 供电负荷1、井口用电负荷井口用电负荷主要是抽油机，本区共建124口气井，抽油机数量为124。2、集中处理站用电负荷集中处理站中的用电负荷主要是1台过滤分离器及8台（两组，每组中3台工作 1台备用）和脱水、脱碳设备。3、照明场区设路灯照亮，采用时控+光控控制，室内设节能照明工具。4、防雷、防静电在变电所附近设置避雷针以防雷击，变压器及配电柜、配电箱接地，接地电 阻不大于4Q,其它电气设备非载流金属部分及场区所有金属管道等均做防雷、防 静电接地，接地电阻不大于10Q。4.2.4 爆炸危险场所电器线路及安装1、电缆线路除了按爆炸危险场所的的危险程度和防爆电器设备的额定电压、 电流选用电缆，还应根据使用环境的情况，选用具有相应的耐热性能、绝缘性能 和耐腐蚀性能的电缆。2、爆炸危险场所使用的低压电缆和绝缘导线，其额定电压不应低压线路的额 定电压，且不得低与500V。3、电缆和绝缘导线的线芯截面须较非爆炸危险场所所用的留有适当的余量。4、有剧烈震动地方的用电设备的线路，应采用铜芯绝缘软导线或铜芯多股电 缆。5、在钢管配线工程中，钢管之间、钢管与钢管附近、钢管与电气设备引入装 置的连接，应采用螺纹连接，具有效啮合数应不小于 6扣。为防止腐蚀性气体、粉 尘或潮气的侵入锈蚀，在螺纹部分并涂以不干性防锈油。6、电缆暗敷时，如电缆敷设在混凝土地下或设备的混凝土基础中，必须采用钢管保护。保护管的内径应不小于电缆外径的 1.5倍。7、本安电路的配线，必须做到与非本安电路的配线间不应发生混触、静电感 应及电磁感应。本安关联电路与一般电路的配线间也必须做到不会发生上述危险。4.3 通信系统通信工程设计应为气田集输工程的生产管理、应急抢修等提供多种通信服务。 同时为自控系统的数据传输、图像传输、远程监控等提供可靠的通信通道。通信 可采用有线通信和无线通信两种方式。有线通信方式宜采用电缆线路接入气田专 业通信网或当地的公用电信网，线路敷设方式应根据气田的实际情况选用埋地管 道、直埋或架空方式。4.3.1 通信要求本区块位于沁水盆地南部，隶属于山西省沁水县，该地区已建成了技术先进、 功能完善、安全性高、大容量、多接入、广覆盖的现代通信网络，本工程各部门 需要语音、数据和视频监控系统。为满足各站的行政管理和生产调度语音通信的 需要，保证与上级调度中心连接，且数据传输及时准确、安全可靠，事故维修现 场的指挥调度反应迅速，需各向电信部门报装至少 2个与公司上级调度中心局域网 连接的以太网接口，其中一个接口用于本站与调度中心站控数据传输，另一个接 口用于向上级调度中心上传视频数据。除此外，为便于站内工作人员日常办公，各站还需向当地运营商单独申报1个