【正文】 的干旱性大陸氣候，降雨量較少，冬季氣溫較低，年平均降雨量 400~900mm，年最大降雨量 891mm，最大積雪深度 。年平均氣溫 ℃，最高 ℃，最低 ℃，最大凍土層深度 。該區(qū)處于張性應(yīng)力區(qū)，地震發(fā)生的概率較低，其地震烈度為 6 度。區(qū)塊內(nèi)有沁河流過(guò)，省道和縣道貫穿其中，交通便利。區(qū)塊地形圖見(jiàn)圖。 圖 區(qū)塊地形圖 井網(wǎng)部署方案 本區(qū)共部署生產(chǎn)井 124 口，其中直井 120 口，分段壓裂水平井 2 口，單翼多第 1章 總論 2 分支水平井 2 口，井網(wǎng)部署見(jiàn)圖 。 圖 井網(wǎng)部署 產(chǎn)能規(guī)模及單井產(chǎn)量 本區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)能規(guī)模為 336000m3/d。其中 120 口直井開發(fā)年限為 25 年，見(jiàn)氣時(shí)間均為 6 個(gè)月，產(chǎn)氣量范圍均為 1900m3/d~2500m3/d，平均產(chǎn)氣量均為 2300m3/d，產(chǎn)水量范圍均為 ~6m3/d，平均產(chǎn)水量均為 1m3/d； 2 口分段壓裂水平井開發(fā)年限均為 8 年，見(jiàn)氣時(shí)間均為 2 個(gè)月，產(chǎn)氣量范圍均為 6000m3/d~15000m3/d，平均產(chǎn)氣量均為 10000m3/d，產(chǎn)水量范圍均為 1m3/d~8m3/d，平均產(chǎn)水量均為 2m3/d。2 口單翼多分支水平井開發(fā)年限均為 6 年，見(jiàn)氣時(shí)間均為 1 個(gè)月，產(chǎn)氣量范圍均為14000m3/d~25000m3/d，平均產(chǎn)氣量均為 20xx0m3/d，產(chǎn)水量范圍均為 2m3/d~18m3/d，平均產(chǎn)水量均為 5m3/d。 井口壓力 根據(jù) 本氣田現(xiàn)有煤層氣生產(chǎn)試驗(yàn)井的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本區(qū)井口套壓一般在~。 第 1章 總論 3 煤層氣品質(zhì)及外輸 本氣田產(chǎn)出煤層氣氣體組成見(jiàn)表 ， 本氣田生產(chǎn)的煤層氣全部外輸?shù)角咛芫€。沁太管線入口位置如圖 所示，管線工作壓力為 6MPa，其氣質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB178201999《天然氣》中 Ⅱ 類氣質(zhì)指標(biāo)要求 ，具體要求見(jiàn)表 。 表 煤層氣氣體組分 組分 C1 C2 C3+ CO2 H2S N2 濃度％ 表 我國(guó)天然氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 一類 二類 三類 項(xiàng)目 一類 二類 三類 高熱值 / (MJ/m3) ＞ 硫化氫 /( mg/m3) ≤ 6 ≤ 20 ≤ 460 總硫 /(mg/m3) ≤ 100 ≤ 200 ≤ 460 二氧化碳 /％ ≤ ≤ 水露點(diǎn) /℃ 在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，比最低環(huán)境溫度低 5℃ 。 產(chǎn)出水特征 本區(qū)直井和壓裂水平井生產(chǎn)初期煤層產(chǎn)出水型以 NaCl 為主，平均礦化度4000mg/L。生產(chǎn) 20~40 天之后產(chǎn)出水接近地層水的狀態(tài)，水型轉(zhuǎn)變?yōu)橐?NaHCO3型為主，平均礦化度 1200mg/L， PH 值為 8。單翼多分支水平井產(chǎn)出水水型為NaHCO3 型，平均礦化度 1200mg/L， PH 值為 8。 主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 本設(shè)計(jì)從使用性、安全性和先進(jìn)性出發(fā)，遵循中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 (1)《煤層氣田開發(fā)方案編制規(guī)范》 DZ/T 024920xx； (2)《煤層氣地面開采安全規(guī)程》 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第 46 號(hào) (20xx)； (3)《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?(PE)管道系統(tǒng)第一部分：管材》 GB ； (4)《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?(PE)管道系統(tǒng)第二部分：管件》 GB ； (5)《煤層氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》 Q/SY130120xx。 (6)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB5018320xx。 (7)《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50350； (8)《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》 CJJ63。 (9)《輸送流體用無(wú)縫鋼管》 GB/T8163； (10)《低壓流體輸送用焊接鋼管》 GB/； 第 1章 總論 4 (11)《石油天然氣輸送鋼管 交貨技術(shù)條件》 GB/T9711； (12)《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》 GB/T21447； (13)《埋地鋼質(zhì)管道陰極 保護(hù)技術(shù)規(guī)范》 GB/T21448； (14)《石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕技術(shù)規(guī)范》 SH3022； (15)《天然氣凈化廠設(shè)計(jì)規(guī)范》 SY/T0011； (16)《天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范》 SY/T0076； (17)《石油天然氣工程總圖設(shè)計(jì)規(guī)劃》 SY/T0048。 (18)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 GB5749； (19)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB 50050； (20)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50014； (21)《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB 50183； (22)《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50041； (23)《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》 GB1576； (24)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)》 GB50019； (25)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50016； (26)《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》； (27)《建設(shè)項(xiàng)目 (工程 )勞動(dòng)安全衛(wèi)生監(jiān)察規(guī)定》； (28)《建設(shè)項(xiàng)目職業(yè)危害分類管理辦法》； (29)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》； (30)《中華人民共和國(guó)水污染防治法》； (31)《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》； (32)《中華人民共和國(guó)固體污染物環(huán)境防治法》； (33)《中華人民共和國(guó)噪聲污染防 治法》； (34)《中華人民共和國(guó)清潔生產(chǎn)法》。 第 2章 管網(wǎng)部署 5 第 2 章 管網(wǎng)部署 集輸總工藝流程 煤層氣集輸工藝流程 煤層氣田具有井口壓力和初期產(chǎn)量低，單井產(chǎn)氣量低，井間間距小，甲烷含量高，基本上不含重?zé)N和硫份，開發(fā)周期長(zhǎng)以及開發(fā)后期井口壓力下降等特點(diǎn)。沁端區(qū)塊所在地區(qū)地貌屬于山區(qū)丘陵地貌，區(qū)塊內(nèi)井口最大高程差為 200 米，井口套壓為 ~， 氣田生產(chǎn)的煤層氣全部 都需增壓 外輸?shù)角咛芫€ 。根據(jù)以上煤層氣及本氣田的綜合情況，借鑒其它煤層氣地面集輸工藝，分析各種低產(chǎn)低壓煤層氣 田的總工藝流程，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證、簡(jiǎn)化優(yōu)化，最后確定了采用“分片集輸、多井低壓集氣、單井簡(jiǎn)易計(jì)量、多井單管串接、集中增壓、集中脫水處理和外輸”的煤層氣集輸工藝流程 [1]。 本氣田煤層氣集輸工藝流程 本區(qū)塊氣田面積較小，為簡(jiǎn)化集輸流程，節(jié)省工程造價(jià)，采用“分片集輸―一級(jí)增壓”工藝，具體工藝流程為“井場(chǎng)―采集氣管網(wǎng)―集中處理站―增壓外輸管線―沁太管線”，見(jiàn)圖 。 圖 煤層氣集輸總工藝流程 集中處理站位置選擇 站址選擇原則 戰(zhàn)場(chǎng)的位置應(yīng)選在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和居民區(qū)最小頻率風(fēng)向 的上風(fēng)側(cè)，并應(yīng)避開窩風(fēng)的地段。大型站場(chǎng)還應(yīng)靠近公路、水源、電源選擇，注意避開木材廠、彈藥庫(kù)等易燃易爆場(chǎng)所。 站場(chǎng)選址應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定，防止產(chǎn)生的廢氣、污水對(duì)大氣和水體的污染，產(chǎn)生高噪聲的站場(chǎng)應(yīng)遠(yuǎn)離居民區(qū)、醫(yī)療區(qū)和學(xué)校。無(wú)儲(chǔ)油罐的計(jì)量站、接轉(zhuǎn)站和其它獨(dú)立的中小型油氣站場(chǎng)，均按五級(jí)站庫(kù)的劃分要求進(jìn)行布置。有水路裝船外運(yùn)方式的站庫(kù)及距離通航河道岸邊小于 200m 的站場(chǎng)，均要有嚴(yán)密可靠的防油溝。選擇站庫(kù)址時(shí)，應(yīng)注意與周圍相鄰企業(yè)和建構(gòu)筑物的關(guān)系，其相鄰距離井場(chǎng) 沁太管線 集中處理站 第 2章 管網(wǎng)部署 6 應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定 占地面積較大的大型站庫(kù)，不宜選在坡度小 于 ％ 平坦的場(chǎng)地上，宜選在易于排水具有明顯坡度的高包上或斜坡上，也不應(yīng)選在低凹易積水或背陽(yáng)的山坡上，在局部高差較大的地段，必行坡度宜小于 ％ ，應(yīng)避開挖填土方過(guò)大的復(fù)雜地段，應(yīng)合理利用地形自然條件，減少土地占用量 [2]。 除此之外，還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)、水文地質(zhì)等條件。最重要的是場(chǎng)站連接著集輸管網(wǎng)，氣田采、集氣管網(wǎng)覆蓋面廣、管材用量大、施工費(fèi)用高，其工程建設(shè)投資在地面工程建設(shè)總投資中所占的比例較大，是影響氣田地面工程建設(shè)投資的主要因素之一，所以所選場(chǎng)站位置應(yīng)該盡可能減少采、集氣管網(wǎng)長(zhǎng)度。 集中處理站位置選擇 本氣田集輸總工藝流程為“井場(chǎng)―采集氣管網(wǎng)―集中處理站―增壓外輸管線―沁太管線”，采用一級(jí)增壓方式，井場(chǎng)來(lái)氣經(jīng)采、集氣管網(wǎng)直接到達(dá)集中處理站經(jīng)增壓、處理后外輸?shù)角咛芫€。本氣田所給井網(wǎng)密度大，占地面積較小，相應(yīng)的管線長(zhǎng)度不長(zhǎng)，其中煤層氣壓降較低?？紤]外輸管線造價(jià)高，盡可能縮短外輸管線長(zhǎng)度，集中處理站位置應(yīng)選擇在距離沁太管線入口接近的地方，同時(shí)考慮管網(wǎng)部署方便，集中處理站位置見(jiàn)圖 。 圖 集中處理站位置 第 2章 管網(wǎng)部署 7 管網(wǎng)部署方案 沁端區(qū)塊位于沁水盆地南部，所處地區(qū)屬于山區(qū)丘陵地貌 ，相對(duì)高差為 200米，地勢(shì)東北高西南低，外輸管道在氣田東北部。 本區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)能規(guī)模為 336000m3/d。轄井 124 口， 其中 120 口直井，平均產(chǎn)氣量均為 2300m3/d， 2 口分段壓裂水平井，平均產(chǎn)氣量均為 10000m3/d， 2 口單翼多分支水平井，平均產(chǎn)氣量均為 20xx0m3/d。根據(jù)沁端區(qū)塊的地形、周邊環(huán)境、井口位置及集中處理站位置對(duì)本氣田的集輸管網(wǎng)部署提出了四種管網(wǎng)部署方案。 環(huán)形管網(wǎng) 把氣田中 120 口直井分成四部分，每部分轄 30 口井并布置環(huán)狀管網(wǎng)，單井就近接入環(huán)狀管網(wǎng)。 2 口分段壓裂水平井及 2 口 單翼多分支水平井產(chǎn)量大，開發(fā)年限及見(jiàn)氣時(shí)間短，不接入環(huán)形管網(wǎng)，單獨(dú)鋪設(shè)集氣支管集氣。四個(gè)環(huán)狀管網(wǎng)及四口水平井接入集氣干管進(jìn)入集中處理站，經(jīng)集中處理站處理及增壓后通過(guò)外輸管線輸入沁太管線。管網(wǎng)布局見(jiàn)圖 。 圖 環(huán)狀管網(wǎng)管網(wǎng)部署 第 2章 管網(wǎng)部署 8 枝狀管網(wǎng) 井口產(chǎn)氣通過(guò)采氣支管和采氣干管匯入到集氣支管中，通過(guò)集氣支管進(jìn)入集氣干管，最后進(jìn)入集中處理站， 2 口分段壓裂水平井及 2 口單翼多分支水平井產(chǎn)量大，開發(fā)年限及見(jiàn)氣時(shí)間短，不接入枝狀管網(wǎng)，單獨(dú)鋪設(shè)集氣支管集氣。煤層氣經(jīng)集中處理站處理、增壓后進(jìn)入外輸管線，最終 輸入到沁太管線。管網(wǎng)布局見(jiàn)圖。 圖 枝狀管網(wǎng)管網(wǎng)部署 集氣閥組管網(wǎng) 每 15 口直井設(shè)置一集氣閥組，單井產(chǎn)氣通過(guò)采氣管道進(jìn)入集氣閥組，在閥組中進(jìn)行單井計(jì)量和集中計(jì)量后輸入集氣支線。 2 口分段壓裂水平井及 2 口單翼多分支水平井產(chǎn)量大，開發(fā)年限及見(jiàn)氣時(shí)間短，單獨(dú)設(shè)置集氣閥組和集氣支管集氣。煤層氣經(jīng)集氣支管與集氣干管進(jìn)入集中處理站，在集中處理站中處理、增壓后外輸。管網(wǎng)布局見(jiàn)圖 。 第 2章 管網(wǎng)部署 9 圖 集氣閥組管網(wǎng)管網(wǎng)部署 多井單管串接管網(wǎng) 每 4 口直井通過(guò)采氣支管串接到集氣支管，在 集氣支管中匯合后進(jìn)入集氣干管，每條集氣支管串接 20 口井。 2 口分段壓裂水平井及 2 口單翼多分支水平井產(chǎn)量大，開發(fā)年限及見(jiàn)氣時(shí)間短，單獨(dú)串接并通過(guò)單獨(dú)鋪設(shè)的集氣支管集氣。煤層氣經(jīng)集氣支管與集氣干管進(jìn)入集中處理站，在集中處理站中處理、增壓后外輸。管網(wǎng)布局見(jiàn)圖 。 第 2章 管網(wǎng)部署 10 圖 多井單管串接管網(wǎng)管網(wǎng)部署 管網(wǎng)部署方案優(yōu)選 煤層氣集輸管網(wǎng)優(yōu)選目標(biāo)是使管網(wǎng)系統(tǒng)費(fèi)用最省，包括井場(chǎng)、采氣管線、集氣閥組、集氣管線、增壓站、中央處理廠等投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用 [3]。煤層氣管網(wǎng)部署方案優(yōu)選的關(guān)鍵在于有效利用 壓差，確定合理的管網(wǎng)布局，增加集輸半徑，減少中間場(chǎng)站，降低管網(wǎng)成本。煤層氣田開發(fā)過(guò)程中，集輸煤層氣的管線投資在整個(gè)地面工程的總投資中占有很大比重，管線的投資多少對(duì)總投資有顯著的影響 [4]。在優(yōu)選管網(wǎng)部署方案的時(shí)候管線的費(fèi)用是一個(gè)非常重要的目標(biāo)函數(shù)，管線的費(fèi)用多少取決于管線的長(zhǎng)度，以管線的費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)也就是以管線的長(zhǎng)度為目標(biāo)函數(shù)。由井口坐標(biāo)可知，本氣田的井口間距為 300 米。在管網(wǎng)部署的四種方案中， 2口分段壓裂水平井及 2 口單翼多分支水平井都是單獨(dú)鋪設(shè)的集輸管網(wǎng)，對(duì)四種管網(wǎng)部署方案優(yōu)選時(shí)，可以先不考慮這四口水平 井的管網(wǎng)長(zhǎng)度。 下面比較四種管網(wǎng)部署方案中采集氣管線的長(zhǎng)度（井口與串接管線、集氣支線與井口相距十米以內(nèi)，計(jì)算管網(wǎng)長(zhǎng)度過(guò)程中忽略 )。見(jiàn)表 。 第 2章 管網(wǎng)部署 11 表 各集輸方案管線長(zhǎng)度 環(huán)狀管網(wǎng) 枝狀管網(wǎng) 集氣閥組管網(wǎng) 單管串接管網(wǎng) 采氣管線 /(m) 20194 18000 67200 27000 集氣支線 /(m) 24000 16200 6000 8100 集氣干線 /(m) 2700 3800 3450 2850 由上表列出的各集輸方案管線長(zhǎng)度對(duì)比可知環(huán)狀管網(wǎng)和集氣閥組管網(wǎng)的管線過(guò)長(zhǎng)，不考慮這兩種部署 方案。對(duì)枝狀管網(wǎng)和多井單管串接管網(wǎng)的采氣管線、集氣支線、集氣干線長(zhǎng)度進(jìn)行比較可知，枝狀管網(wǎng)的采氣支管比多井單管串接管網(wǎng)的采氣支線短 9000 米，集氣支線長(zhǎng) 8100 米，集氣干線長(zhǎng) 950 米。綜合考慮采氣管線和集氣管線的價(jià)格與枝狀管網(wǎng)和多井單管串接管網(wǎng)部署所需的施工工程量，本氣田的集輸管網(wǎng)部署方案選擇多井單管串接管網(wǎng)，如圖 。 管材選取與管徑確定 管材選擇 現(xiàn)階段大部分煤層氣集輸管道管材采用無(wú)縫鋼管 ( 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) GB/T 816320xx) ，無(wú)縫鋼管作輸氣管道中的主要材料毋庸置疑，但是隨著科技 的進(jìn)步，一種新型管道材料逐漸受到輸氣、輸油等行業(yè)的青睞 —— 聚乙烯管材，俗稱 PE 管材。同無(wú)縫鋼管相比， PE 管材從管道進(jìn)