煤层气输送管道建设难点分析

李庆保 张永升 李昊日

(1.山西国化燃气有限责任公司，山西 030025；2.山西省政府办公厅，山西 030003)

1 引言

山西是中国煤层气最为富集的地区，其勘探范围、勘探程度、探明储量均居全国首位。其中，山西省非常规天然气 (包括煤层气、 致密砂岩气、 页岩气)资源非常丰富，预测总资源量约20×1012m3，约占全国天然气预测资源总量的8%。其中：埋深2000m以浅的煤层气预测资源量为8.31×1012m3，约占全国的27.7%；鄂尔多斯盆地东缘(河东地区)致密砂岩气预测资源量为1.29×1012m3，沁水盆地也有广泛分布、暂未进行资源评价；页岩气预测资源量为10.81×1012m3。2019年全省抽采煤层气产量71.4×108m3、增长26.4%；利用量66.1×108m3，增长29.6%。正在推动沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘两个煤层气产业化基地正在全面开发，推动煤层气绿色勘探开发、安全高效利用，加快煤层气气田与省级煤层气主干管网、省内管网与国家管网、省内管网的互联互通，推动煤层气产业规模化发展水平，打造清洁能源供应基地和非常规天然气基地。

2 山西省输气管道现状

山西省依托煤层气开发和过境内国家干网，现已形成贯穿全省的“三纵十一横”煤层气(天然气)输气管网系统，成为了全国重要的油气管道枢纽之一。其中：国家干线管网为中石油陕京管道1、2、3线、中石油西气东输一线，中石化渝济管道等国家级输气主干管道，同时还在规划建设中石化鄂安沧管道、中海油蒙西管道和神木-安平管道等国家干网输气管道，建成了以太原-和顺-长治、保德-临县-临汾、大同-大盂-平遥-运城的“三纵”省内主干管网，临汾-长治、侯马-端氏、离石-太原等“十一横网”，正是山西省各大管网运营主体在十二五、十三五期间加大了管网投资、敷设力度，促使山西省煤层气产业得到快速发展，截至目前，全省非常规天然气累计探明储量1.06×1012m3，其中：煤层气0.71×1012m3，致密砂岩气0.35×1012m3，全省累计施工钻井15000余口，建成产能1.15×1010m3/a；煤成(层)气累计探明储量1.05×1012m3，已建产能9.50×109m3/a，运行钻井1.5万余口。2019年底统计全省长输管道约8500km，实现了全省11个设区市全覆盖、110余个县和部分重点镇实现管网全覆盖，截止今年8月底，除大同天镇县、广灵县、新荣区，阳泉矿区，晋中榆社县、临汾汾西县，运城万荣县(在建运城支线)、长治壶关县都已覆盖长输管道，全省单位面积管网密度居全国前列，已初步形成了全省规划布局的煤层气(天然气)“三纵十一横十一环”管网体系。

3 煤层气管道建设难点

根据《输气管道工程设计规范》中输气管道线路选择的有关规定，结合管道敷设区域的地形、地貌、 环境、 工程地质条件、 交通、 人文、 经济的发展状况以及气体流向、 气量调配的灵活性、 实用性煤层气输气管道线路选线及优化遵循基本规范和原则。

3.1 线路设置基本原则

(1)根据输气管道沿线主要用气市场、资源集聚情况确定线路总体走向， 力求线路总体顺直、 平缓，缩短线路长度，减少钢材耗量，节约工程投资；

(2)充分与管道沿线各级地方政府规划部门结合，满足地方规划的前提下，优化线路走向，确保靠近市场和资源，保证安全可靠距离；

(3)线路路由与铁路、公路及河流的规划建设相协调，线路尽量靠近和利用现有公路，以方便运输、施工、生产维护和应急抢修；

(4)线路与铁路、公路及河流交叉时应选择地形平缓、地层稳定地段，确保管道施工安全的同时防止管道施工影响道路交通；

(5)线路走向选择有利地形，尽量避开煤矿采空区、施工难度较大和不良工程地质段，以降低施工难度，减少线路水工保护工程量，确保管道长期、可靠、安全运行；

(6)尽量避开多年生经济作物区和重要的基本农田建设区、重要的军事设施、易燃易爆仓库、国家重点文物保护区；

(7)线路大、中型穿越工程位置的选择应符合线路总走向，其局部走向应根据实际情况进行调整，选择合理的穿越方式和位置，在保证管道施工和生产运行安全的条件下，尽量降低施工难度，减少施工穿越工程量，节省投资；

(8)线路应尽量避开城镇规划区、飞机场、铁路车站、海(河)港码头，国家级自然保护区和水源保护地。当条件受限必须通过时，应严格按《输气管道工程设计规范》关于地区等级划分的要求进行设计，并应征得主管部门同意，并采取安全保护措施。

3.2 输气管道站场与阀室设置基本原则

为了发生事故时减少泄漏量，便于进行抢修，在管道上设置线路截断阀室。线路截断阀采用自力式气液联动阀，它具有上、下游管道放空，事故状态下自动关闭的功能。线路截断阀室的位置应选在交通方便，地势开阔，地势较高的地方。

3.3 煤层气输气管道建设的难点

(1)受山西地形地貌影响选址规划比较困难

山西省是典型的为黄土广泛覆盖的山地高原，地势东北高西南低。境内大部分地区海拔在1500米以上，高原内部起伏不平，河谷纵横，地貌类型复杂多样，有山地、丘陵、台地、平原，山多川少，山地、丘陵面积占全省总面积的80.1%，平川、河谷面积占总面积的19.9%。山西境内主要山脉：太行山、吕梁山、恒山、五台山、中条山、太岳山等。山西境内有大同、忻州、太原、临汾、运城、长治、晋城、阳泉、寿阳、襄垣、黎城等盆地。主要城市和县城、乡镇、村落沿水而建、规划布局空间受限，故山西省煤层气输气管道选址比较困难，大部分管网多在山脊、河床、公路沿途敷设，受地质条件、规划、交叉等影响施工难度大且易受外部事件影响。

(2)穿跨越多，施工协调难度大

受山西省地形地势、河流、交通和规划影响，煤层气输气管道及天然气管道建设受境内煤矿、工厂、学校、村镇、铁路、公路、河流、光缆、水利、市政管网等影响较大，部分区域穿跨越处集中自来水、污水、城市燃气、电力、通信、供热和铁路、高铁影响，施工空间受限，穿跨越长达1～2km，管网之间或管网与其他构筑物之间安全间距无法满足要求，极大限制输气管道建设和运营，同时也制约高铁及其他基础设施建设、运营。

(3)煤矿覆盖面广、采空区、湿陷性黄土沉陷区范围大且影响管网建设、运营

山西省90%的国土面积内富含煤炭资源和煤层气资源，可以说山西省是坐在煤堆上走向的工业化和现代化，正是丰富的煤炭、煤层气、铝矾土及铁矿等资源秉性，矿产采空区遍布各地，建设期间部分采空区沉降达7～8m，致使在建管网多次停工改线或运营管网燃气事故、停输等高危事件，煤矿采空区、沉陷区、黄土塬塌陷区已是煤层气输气管道规划、建设、运营中最大安全隐患和风险点。仅2017年冬供期间全省煤层气输气干网因受长子、乡宁、柳林、临县、屯里等区域采空区影响停输5次以上，多次被迫架设临时管线保障供气，全年受采空区、沉陷区等影响改线、断管、停输不少于20次，并形成多次燃气泄漏事故，启动应急抢险。

(4)煤层气气质复杂，对管道腐蚀性强，加大煤层气输气管网建设选材和设备选型难度

山西省煤层气及煤成气均自煤系地层压裂抽采或部分是井下抽采提纯经过净化、过滤、脱水、增压后进入管网。煤层气组成部分主要是甲烷，相对比较清洁，但在运营过程中，沁水气田、河东气田煤层气气质均不理想，含有煤粉、黄土、水、轻质油、烷烃、一氧化碳、二氧化碳及部分氢和氮，虽经历分子筛、过滤器、三甘醇等净化装置，煤层气气质复杂、不洁净对煤层气输气管网、场站设备、压缩设备、计量设备及用户造成非常大的负面影响。尤其是以某管道在晋城区域爆燃事故、某燃气电厂因气体杂质非停事故、管道内检测出现的腐蚀坑等问题已严重影响区域供气安全和全省供气、供暖、供电安全。因煤层气复杂的气质，在后续建设中需要加强对管道选材加厚、提质、强腐蚀的要求，规避氢、酸、煤粉等杂质的影响，进一步在输气首站加强过滤、净化、脱水、降尘装置，保障运营安全，增减投资和建设成本。

(5)土地指标难压覆矿产等原因难以协调站场、阀室用地

根据《输气管道工程设计规范》的规定：截断阀最大间距应符合下列规定：在以一级地区为主的管段不宜大于32km；在以二级地区为主的管段不大于24km；在以三级地区为主的管段不大于16km；在以四级地区为主的管段不大于8km。同时输气站场的设置应符合线路走向要求，保证输气工艺的合理性及经济性；输气站场的设置应符合工艺设计要求，实现天然气接收、输送、清管、分配的需要；输气站应位于地势平缓开阔，供电、给排水、生活及交通方便的地方，应避开采空区、山洪、滑坡等不良工程地段和避免压覆矿产。但实际上，输气管道的阀室、站场选址比管道路由选址还要复杂和困难，最难的就是压覆矿产和避免采空区，阀室、场站尽量选择沿公路、铁路或保安煤柱上。根据自然资源厅有关矿产压覆要求，输气管道的站场、阀室占地四角坐标及连线在占地面积基础上，需要向下按照45°角进行测算压覆矿产资源，签署有关资产矿产补偿或放弃协议，致使压覆矿产协议无法签署或完成，站场、阀室土地无法完成征地手续，证件不齐、手续不全影响后续项目批复、建设、运营和验收，致使部分管网投产运营10多年无法取得土地证件，办理后续手续。

4 应对措施及建议

山西省煤层气输气管道建设合规安全事关全省煤层气产业产输销用良性发展，更加事关山西省清洁能源供应基地建设。故针对以上风险，需要从规划、设计、施工、上下游协同等方面加强联系和互动，充分沟通、认真听取各方意见，采用比较适合项目建设的方案进行项目建设。具体应对措施及建议为：

进一步强化全省基础设施的规划布局，将煤层气(天然气)输气管网与铁路、公路、水利、开发区、自然保护区、旅游区、水源地等规划布局与统筹，加强管网间的互联互通，按照“三纵十一横十一环” 管网布局、 加强监管、 互联互通、 统一调度， 确保全省供气安全和煤层气产业健康发展。

加强规划布局综合管廊建设，将油气管网与各类基础设施提前规划、统一布局、提前预留、有序实施，合理节约土地和资源空间。

在采空区、沉陷区、黄体塬等敏感区域，加强地质勘探和监测，规划、设计、建设期间与自然资源、应急管理等主管部门、有关厂矿企业定期交流、加强信息沟通、共享地质信息，实施智能化数字化管道建设，在提高管道强度和材质同时，加大弹性敷设系数，减少对原土层扰动，管底管沟用沙袋减缓应力，同沟敷设传感电缆和传感器及监测设备提升管道智能化程度。

统一全省煤层气气质和进入管网、终端标准，变体积计量为质量计量，输气管道接气首站和煤层气集输站(中心站)采用智能化气质监测设施且互联互通数据共享，定期校核和送检气质，提升煤层气质量标准，为后续输送京津冀及雄安做好储备。

建议省自然资源厅将全省煤层气输气管道、煤层气集气站等用地情况进行调研摸排后，统筹考虑联合省发改委、能源局、财政厅及有关企业形成专项报告报省政府及省人大，完善规章制度，做好政策衔接，释放煤层气产业政策和能源革命排头兵建设的政策红利，完善煤层气输气管道占地和压矿手续，推动山西省煤层气产业更加快速发展。

《山西省煤成气增储上产三年行动计划(2020—2022年)》，指出，推进煤成气增储上产，是推进能源革命综合改革试点的重要内容，是构建清洁低碳高效现代能源供应体系的实际举措。正如习近平总书记强调的“京津冀一体化交通一体化先行”一样，山西省煤成气增储上产就要加快输气管网建设和互联互通。根据资源分布、市场需求，加强管道施工质量管控，提高管网质量和安全标准打造建设的“放心”，扩大管网覆盖面，加快煤层气气田与省级主干管网的互联互通要气田“舒心”；推进省网与国家干网、省网之间的互联互通，实现管道双向输送，最大限度发挥资源下载和上输能力使供应“安心”；加快推进省内应急调峰中心外输和省管互联，实现调峰储备资源应急保障，加快实现山西煤层气与文23地下储气库、沿海LNG储气调峰设施资源串换能力的“决心”。