影响因素

概述

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。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%。

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。

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0.5bar，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。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14.88×10bar/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0.04×10bar/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。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1.175×10bar/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1.172×10bar/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。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1.175×10bar/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0.039×10bar/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 2bar 降低到1 bar，压降为0.024×10bar/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5×10bar/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。

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。 2100433B