煤层气集输第一节煤层气的矿产集输工艺自地层中采出的煤层气中，一般有饱和的水蒸气和机械杂质，水汽和机械杂质是煤层气中有害无益的组分。

煤层气中水汽和机械杂质的存在，减小了输气管道对其它有效组分的输送，降低了煤层气的热值。

当输气管道压力和环境温度变化时，可能引起水汽从煤层气中析出，形成液态水、冰或甲烷水合物，这些物质的存在会增加输气压降，减小输气管线的通过能力，严重时还会堵塞阀门和管线，影响平稳供气。

因此，现场常采用加热、节流、分离、脱水等工艺对煤层气进行处理，以保证安全平稳地输送合格的煤层气。

一、采气流程把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输送的合格煤层气的各种设备组合，称为采气流程。

采气流程是对采气全过程各工艺环节间关系及管路特点的总说明。

用图例符号表示采气全过程的图称为采气流程图。

煤层气井的采气流程分为单井常温采气流程和多井常温采气流程。

崔凯华，郑洪涛.煤层气开采[M]. 北京：石油工业出版社，2009.在单井上安装一套包括调压、分离、计量和保温设备的流程，称为单井采气流程。

其工艺过程为：井里边出来的煤层气经阀减压后，进入加热炉，通过加热后再由节流阀进入分离器，在分离器中除去液体和固体杂质后，从集气管线输出。

分离出的液体固体从分离器下部排放到污水罐中。

把几口井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和管理的流程，称为多井常温采气流程，一般把具有这样流程的站称为集气站。

各单井由采气管线和集气站连接。

集气站的流程和单井采气流程的格式是一致的。

流程的工艺过程一般依次包括加热、节流、分离、脱水、计量等几个部分。

其中加热部分是为了预防在节流降压过程中气体温度过低形成水合物，也可注入抑制剂来防止水合物的生成。

若气体压力较低，节流后不会形成水合物，集气站的流程就可简化为：节流-分离-脱水-计量，然后输出。

二、煤层气的矿产集输把气井采出的煤层气经过加热、降压（或加压降温）、分离、增压、脱水、计量后，集中起来输送到输气干线或脱硫、脱水厂的过程，称为煤层气的矿场集输。

（1）集输系统的类型煤层气田的集输系统有两个主要目的：一是以最经济的方式将煤层气从井口输送至中心压缩站；二是对产出水进行处理，处理后的水符合环保的要求。

目前常用的煤层气集输系统有三种类型：第一类是对每口井产出的煤层气进行单独处理和压缩，然后用小口径、中等压力的管线将煤层气输送至中心压缩站；第二类是将井组的煤层气收集在一起，通过低压集输管线输送到卫星增压站，经初步处理和压缩后，再输送至中心销售压缩站；第三类是尽可能降低煤层气井的井口压力，选用大小合适的集输管线将煤层气直接输送到中心压缩站。

（2）矿产集输管网的类型收集和输送煤层气的管网称为集气管网，包括采气管线、集气支线和集气干线等。

采气管线是气井到集气站的管线，一般直径较小（73~114mm）；集气支线是集气站到集气站或集气站到集气干线的管线，一般直径较大（159~325mm）；集气干线是将各集气站或集气支线的来气集中输送到集配气总站或加气站的管线，一般直径很大（219~457mm）。

目前采用的集气管网一般有枝状管网、环状管网和放射状管网三种类型。

图6-1 单井集气管网示意图崔凯华，郑洪涛.煤层气开采[M]. 北京：石油工业出版社，2009.在实际工程中，集气管网的类型并不单一，常常是两种或三种的组合。

组合型集气管网是把放射状管网与枝状管网，或者把放射状管网与环形管网组合在一起使用的集气管网。

这种集气管网适用于气田面积大、气井分布多的大型气田。

集气管网的选择取决于气田的储量、面积、构造形状、产层数、产气层特性和气井的分布、产气量、井口压力及煤层气的气体组成、有无凝析油或有害组分（H2S、CO2、有机硫等）以及所采用的净化工艺等。

（3）煤层气的增压输送在煤层气的开发和输送过程中，随着煤层气的不断采出，气井压力逐渐降低，当气井的井口压力低于输气压力时，气井难以维持正常生产，甚至造成被迫关井。

因此，为了充分利用能源，确保合理开发气田，提高煤层气采收率，当气田的地层压力降低后，应该在矿区建立增压设备，对煤层气增压，以降低气井井口的回压，维持气井正常生产，保证煤层气正常输送。

三、计量煤层气井除了需要对气体进行精确的计量外，还需要对产出水进行计量，同时，为了改善气井管理，需要对每口井的产气量、产水量、压力、温度进行计量。

对于多层位的产气井，还应对每一产层的产量进行估测。

（1）水计量系统单井水的精确计量对掌握泵和井的工作动态至关重要。

常用的水计量方法有3种：正排量流量计、涡轮流量计和计量桶。

正排量水流量计在美国圣胡安盆地得到广泛的应用，但这种流量计容易被细小的煤粒、砂、粘土堵塞，造成计量误差。

涡轮流量计通常安装在泵的出口处，其计量精度高于正排量流量计，但在间隙流、气水两相流及水中有杂质的情况下，易受损坏，或产生较大的计量误差。

此外，涡轮流量计还应用于水处理系统中。

正排量流量计和涡轮流量计的计量精度随入口压力的提高而增加。

在美国的黑勇士盆地，最常用的水计量方法是一种标定容器。

这种容器的容积一般为18.925dm3(5加仑)，用于井口收集产出水，并记录容器装满水所需的时间，由此换算成每日产水的桶数。

如果要换算出精确的日产水桶数，需要考虑气井是否间歇生产。

（2）气计量系统煤层气通常要进行单井计量和中央销售点计量。

主要流量计有孔板流量计和涡轮流量计，也可使用旋转式或膜片式流量计，特别是在计量压缩机的燃料用量时，差压式孔板流量计通过测量安装在管线中的孔板流量计上下游的压力差来计量气体流量。

孔板流量计的优点是机械故障少，维护工作量小，可将管线的压力、温度及压差连续地记录在圆形记录卡上，可永久保存气井的生产史记录资料。

它的缺点是流量值需要人为解释，产量变化较大时，记录卡片不容易解释准确。

不过在记录卡片取下来以后，可用光学扫描仪对气井产量进行比较准确的估测。

涡轮流量计常用于计量单井流量和总产量，优点是计量流量范围较大。

缺点是图6-2 V型流量计节流装置示意图运动部件较多，维护费用高。

近年来差压式V 锥流量计（图6-2）独特的结构使其具有较强的流动调整能力，可测湿气体，能在低差压下测量煤层气等显著优点，已在美国的煤层气工业开采中得到了大量的应用。

管径逐步递增的配管设计方案不仅为煤层气生产带来巨大效益，而且可以防止各井之间的交叉影响或者通常因某个单向间有故障造成气体反注到附近的气井中。

（3) 单层产量计量许多煤层气井有多个产气层位，为了改善生产管理，不仅要测量每口井的产气量、产水量和井口压力，在可能的情况下，还应该计量每一产层的产气量和产水量。

单层产气量计量的方法之一是，当气井所有产层的产气量达到比较稳定时，用桥塞堵住下一个产层，当产量再次达到稳定值时，两者之差即为该产层的产量。

这种方法适用于评价井或观察井，一般不适用于大规模开发的气田。

肖燕. 煤层气开采与集输工艺研究[D]. 西南石油大学硕士论文, 2007.单层产气量计量的另一种方法是利用美国天然气研究所开发的产层隔离封隔器。

它是一种充气膨胀式封隔器，安装时作为油管柱的一部分安装在气井两产层之间。

计量时，隔离封隔器充气膨胀，将产层完全隔离。

亚拉巴马州的现场试验证明这种工具对储层管理十分有利。

四、分离煤层气井井身一般采用生产套管中下入油管的结构，这种结构使气水在井下得到初步分离。

不管是从油管产出的水，还是从套管产出的气都需要在井口作进一步分离，然后再分别输送到气水处理点和销售点。

在地面气水分离系统中，固相杂质的处理是十分重要的一个环节。

固相杂质可能包括微小煤颗粒、碎石及来自压裂作业的砂，在某些气田地面管线中也会出现盐的沉积。

水计量系统入口处最易出现固相杂质的聚积，但处理较方便，只要在分离器的下游，在水流量计之前安装过滤器即可解决。

对于较大的固相杂质，可在井下泵的入口安装滤网以及减小气井作业过程中的井口压力的波动予以控制。

分离气液（固）的分离器，按其原理可分为重力式分离器、旋风式分离器、混合式分离器三种。

前两种应用最多。

崔凯华，郑洪涛.煤层气开采[M]. 北京：石油工业出版社，2009.（1）重力式分离器重力式分离器主要是利用液（固）体和气体之间的重度差分离液（固）体。

气液混合物进入分离器后，液（固）体被气体携带一起向上运动，但是，由于液（固）体的重度比气体大得多（如在5Mpa 时，水的重度是甲烷重度的28倍），同时液（固）体还受到向下的重力作用向下沉降，如果液滴足够大，以致其沉降速度大于被气体携带的速度，液滴就会向下沉降被分离出来。

为了提高重力式分离器的效率，进口管线多以切线进入，利用离心力对液体作初步分离。

在分离器中还安装一些附件，利用碰撞原理分离微小的雾状液滴；雾状液滴不断碰撞到已湿润的捕丝网表面上并逐渐聚集，当直径增大到其重力大于上升气流的升力和丝网表面的粘着力时，液滴就会沉降下来。

重力式分离器根据安装形式和内部附件的不同可分为：立式、卧式及三相重力式分离器三种。

图6-3 卧式重力分离器图6-4 重力式分离器作用原理前两种可分离气液（固）两相，第三种是把液体再分开。

崔凯华，郑洪涛.煤层气开采[M]. 北京：石油工业出版社，2009.立式重力式分离器由分离段、沉降段、除雾段、储存段几部分组成。

在分离段，气液（固）混合物由切向进口进分离器后旋转，在离心力作用下重度大的液（固）体被抛向器壁顺流而下，液（固）体得到初步分离。

沉降段直径比气液混合物进口管直径大得多（一般是1000:159），所以气流在沉降段流速急速降低，有利于较小液（固）滴在其重力下沉降。

除雾段用来捕集未能在沉降段内分离出来的雾状液滴。

捕集器有翼状和丝网两种。

翼状捕集器是带微粒收集带平行金属盘构成的迷宫组成。

丝网捕集器是用直径0.1~0.25mm的金属丝（不锈钢丝、紫铜丝等）或尼龙丝、聚乙烯丝编织成线网，再不规则地叠成网垫制成。

它可分为高效型、标准型、高穿透型三种。

高效型丝网编织密集，用于除雾要求高的场合；标准型丝网编织次之，用于一般除雾；高穿透型丝网编织稀疏，用于液体或气体较脏的场合，丝网捕集器是利用碰撞原理分离液滴的。

捕集器一般能除去10~30μm直径的微粒。

储存段储存分离出来的液（固）体，经由排液管排出。

排污管的作用是定期排放污物（如泥沙、锈蚀物等），防止污物堆积堵塞排液管。

影响重力分离器效率的主要因素是分离器的直径。

在气量一定、工作压力一定时，直径大，气流速度低，对分离细小液滴有利。

双筒卧式重力分离器中，气液混合物进入后碰撞到导向板而改变流向，在惯性力作用下大直径液滴被分离下来，夹带较小液滴的气流继续向下运动。

由于分离器直径比井口管直径大得多，气流速度下降，在其重力作用下较小直径液滴被分离下来。

接着，气流通过整流板，紊乱的气流被变成直流，更小的液滴与整流板壁接触，聚集成大液滴而沉降。