煤层气集输管道设计影响因素研究

王坤

摘 要：煤层气田的特点是煤层气组分较纯，气田单井产量低，井网分布密集且井口数量众多，井口压力较低。由于煤层气田集输管网压力较低，需建设大量管道，投资费用高。研究煤层气集输管道计算影响因素及其规律对管道参数设计和优化、降低管道总体投资具有重要意义。采用多相流模拟软件OLGA建立了煤层气集输管道水力计算模型，模拟分析了管道流量、管径、含水率、进站压力对管道压降参数的影响，得出管径是集输设计的主要影响参数。敏感性分析结果显示煤层气集输管道设计参数的关键影响因素为管径和流量，且管径的影响最大。研究对于煤层气田的集输管道的计算和设计具有指导意义。

关 键 词：煤层气；集输管道；OLGA；影响因素；敏感性

中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）04-0840-03

Abstract： Coal-bed gas field is characterized by pure coal bed methane component， low single-well production， dense well pattern distribution， numerous wellheads and low wellhead pressure. Due to low gathering pipe network pressure of the coal bed gas field， a large number of pipelines need to be built， which will result in high cost of investment. Study on coal bed gas pipeline calculation influence factors and rules of pipeline parameter design and optimization is of great significance to reducing the overall investment. The multiphase flow simulation software OLGA was used to establish coal-bed gas pipeline hydraulic calculation model， and effect of the pipe flow rate， pipe diameter， moisture content， station pressure on pipe pressure drop parameters was analyzed， its pointed out that the pipe diameter is main influence parameter for the design of pipe. Sensitivity analysis results show that the key factors of the coal-bed gas pipeline design parameters are pipe diameter and flow rate， and the influence of the pipe diameter is the largest.

Key words： CBM；Gathering line；OLGA；Influential factors；Sensibility

煤层气田的特点是煤层气（煤层气）组分较纯，气田单井产量低，井网分布密集且井口数量众多，井口压力一般在0.5 bar左右，压力较低。常见的煤层气田集输工艺一般为低压集气、多井串接、集中增压。由于煤层气田集输压力较低，需建设大量管道，投资费用高。研究煤层气集输管道设计影响因素及其规律对管道参数设计和优化、降低管道总体投资具有重要意义[1-6]。本文采用多相流模拟软件OLGA建立了煤层气集输管道水力计算模型，模拟分析管道流量、管径、含水率、进站压力对管道压降参数的影响。

1 基础参数

管道集气站进站压力0.5 bar，井口流量150 kg/h，管径150 mm。模拟使用的煤层气带有少量的游离水，含水率为0.50%，具体组分见表1。

2 计算结果分析

2.1 流量影响计算结果

集气站的进站压力设为0.5 bar，管道总长为5公里，由于管道最大高程差低于100 m，可认定为该集气管道的水平管道，管径设定为150 mm。煤层气单井产量较低，因此，本次计算选取了50 kg/h至400 kg/h的8种井口流量，可包括大部分煤层气田的实际井口流量值，计算结果见图1。

从图1计算结果可以看出，在管径和进站压力固定时，管线压降随着流量的增加而增大。当流量为50 kg/h时，管道沿线压力从0.509 bar降低到0.5 bar，压降为0.18×10-5 bar/m；当流量增大为400 kg/h时，管道沿线压力从0.783 bar降低到0.5 bar，压降为5.66×10-5 bar/m。这是由于在相同管径的条件下，流量与流速成正比，而摩擦阻力与流速的平方成正比，因此，在管道内壁阻力的作用下，流量的逐渐增加导致压降越来越大。

2.2 管径影响计算结果

集气站的进站压力设为0.5 bar，管道总长为5公里，管道流量为150 kg/h，选取了8种管径。管道压降随管径变化的计算结果见图2。

从图2中计算结果可以看出，在相同流量工况条件下，管线压降随着管道的增大而显著减小。管径对管道压降影响较大，当管径为80 mm时，管道沿线压力从1.244 bar降低到0.5 bar，压降为14.88×10-5 bar/m；当管径增大为300 mm时，管道沿线压力从0.502 bar降低到0.5 bar，压降为0.04×10-5 bar/m。因此，管径的增大会显著减小管道的压降。管径80 mm至150 mm范围内的管道压降变化幅度较大，管径150 mm至300 mm范围内的管道压降变化幅度不大。因此，当管径增大到一定程度时，增大管径对降低管道压降作用不大。这是由于当流量一定时，管径越大，管道的截面积就越大，流速越小，管道的摩阻就会越小，压降变化也就会越小。

2.3 含水率影响计算结果

集气站的进站压力设为0.5 bar，管道总长为5公里，管道流量为150 kg/h，管径设定为150 mm，选取了不同含水量进行计算。管道压降随煤层气内含水率变化的计算结果见图3。

从图3中可以看出，煤层气内的含水率的变化对管道压降变化的影响不明显。当含水率为0.20%时，管道沿线压力从0.558 7 bar降低到0.5 bar，压降为1.175×10-5 bar/m；当含水率增大为1.00%时，管道沿线压力从0.558 6 bar降低到0.5 bar，压降为1.172×10-5 bar/m。

2.4 进站压力影响计算结果

设定管道长度5 km，管道流量为150 kg/h，管径设定为150 mm，针对管道进站不同压力工况进行计算。管道压降随进站压力变化的计算结果见图4。

从图4中计算结果可以看出，当进站压力为0.5 bar时，管道沿线压力从0.558 7 bar降低到0.5 bar，压降为1.175×10-5 bar/m；当进站压力增大为0.6 bar时，管道沿线压力从0.601 9 bar降低到0.6 bar，压降为0.039×10-5 bar/m。压降较为明显。但是随着进站压力继续增大到1 bar时，管道沿线压力从1.001 2 bar降低到1 bar，压降为0.024×10-5 bar/m。压降降低的幅度并不明显。

3 敏感因素分析

根据管道压力梯度的变化程度判断管道流量、管径、含水率和进站压力对管道参数影响的敏感性。当压降变化幅度超过5×10-5 bar/m时，即认为管道对该参数敏感。从上述计算结果可以得到煤层气集气管道参数的敏感性情况，见表2。

从敏感性分析结果可以初步判断煤层气集输管道设计参数的关键影响因素为管径和流量，且管径的影响最大。

4 结论及建议

（1）管径和流量是影响煤层气集输管道参数设计的关键影响因素，且管径的影响最大，应着重考虑管径的影响，以达到在设计过程中的优化目标。

（2）尽管增大管径对管道计算的影响很大，但是当管径增大到一定值时，继续增大管径不再明显影响管道压降，因此，在集输管道设计中，存在一个最优管径。

（3）煤层气气质较纯，含水量不高，且随着含水量的增高，管道压降变化幅度很小，但是，当含水量过高时，应考虑管道内积液量的增加带来的管道排液问题。

参考文献：

[1] 蒋洪，张黎，任广欣，等. 煤层气地面集输管网优化[J]. 天然气与石油，2013，31 （01）：08-12.

[2] 李树清，李轲. 低压煤层气环状集输管网的管径计算[J]. 石油工程建设，2012，36 （06）：28-34.

[3] 薛岗，许茜，王红霞，等. 国内煤层气地面集输系统现状及简析[J]. 中国煤层气，2011， 08 （05）：40-43.

[4] 惠熙祥，田炜，巴玺立，等. 我国煤层气田地面工程存在的问题及对策[J]. 石油规划设计，2012， 23（02）：14-16.

[5] 李晓平，李杰，宫敬，等. 煤层气采气管道压降特性试验[J]. 油气储运，2013， 32 （12）：1276-1278.

[6] 李静，李苗. 煤层气的集输技术研究[J]. 管道技术与设备，2012 （03）：57-59.