浅析页岩气地面工程技术现状及发展趋势

综述了我国页岩气地面工程技术现状与发展趋势。分析了我国页岩气地面工程技术具有地面集输系统规模难确定、集输管网压力变化范围大和集输流程需标准化、模块化及撬装化设计以及供、转水需求量大,压裂返排液需处理等特点。探讨了页岩气地面集输技术、页岩气处理技术、压裂返排液处理技术的现状,分析了建设智慧页岩气田、效益页岩气田和标准化、一体化页岩气田的意义,展望了页岩气井出砂、页岩气计量和脱水、压裂返排液处理、页岩气增压等关键地面工程技术的发展趋势。     

浅谈气田集输橇装模块化、标准化设计的优越性

随着气田的快速发展及用户需求的不断增加,缩短设计周期和建设周期更是市场竞争的核心。为提高设计效率,加快工程建设速度,提出气田集输设备采用橇装模块化、标准化设计。集输设备橇装模块化、标准化不仅能优化设计,还能实现提前预制、提前采购,最终达到缩短气田的建设周期。     

延安气田地面集输工艺的探索与创新

经过近十年的勘探开发,延安气田进入了快速上产阶段。为了探寻合适的地面集输工艺,基于延安气田分阶段分区块对多种集输工艺的试验情况,分析了高、中、低压集输工艺以及橇装LNG集输工艺的特点,并对试验过程中存在的单井计量无法满足要求,注醇不合理,管线积液严重,泡沫排水影响下游生产,信息化、标准化、数字化程度低等问题,展开了技术革新和研究,最终形成了"以中压集输为主,低压集输和橇装LNG集输相辅"的地面集输工艺技术,极大地提高适应性和经济性,推动地面工程向着标准化、模块化、信息化、安全化、环保化的方向发展。     

页岩气集输管网压力不均衡产生倒灌的对策

我国页岩气开发较晚,地面集输工艺技术还不成熟,目前国内大多非常规天然气田采用"枝上枝"管网形式布管,能在一定程度上减少建设和运营费用。在管网集输中常遇到页岩气低压单井倒灌现象,不但造成资源浪费,而且极易引发安全事故。针对这一现象,采取适时调整各单井集输压力、低压气井集输工艺,低压井口、集气阀组处设置橇装化增压装置以及单井设置止回阀等措施。随着页岩气田的发展,集气阀组会不断增多,所需橇装化增压装置也随之增加,优化管网形式和改进工艺技术才能从根本上解决管网倒灌问题。     

美国页岩气地面集输工艺技术现状及启示

为了促进中国页岩气资源能的规模化与高效低成本开发,根据页岩气具有压力和产能衰减速率快、开采寿命长、进入增压开采周期短、气井初期产出水量大等显著区别于常规天然气的开发与井口物性特征,分析了页岩气地面工程规划设计的难点在于:①地面工程建设需同地下资源条件相匹配;②地面集输系统设计规模不易确定;③地面集输管网与站场布置较难确定;④地面集输工程在设计初期需要考虑增压开采问题;⑤地面工艺需标准化、模块化设计;⑥地面工程设计需要考虑水处理系统的影响。以美国典型的Barnett和Marcellus页岩气田为例,对目前国外页岩气地面集输系统的总体工艺、井场工艺、处理站工艺、集输管网布置形式、产出水处理等工艺技术现状进行了系统总结,并讨论了美国页岩气地面集输工艺在我国的适应性问题,提出了中国页岩气地面工程规划设计的技术思路与建议,以期为中国页岩气资源的规模化与高效低成本开发提供指导和借鉴。     

页岩气田集输系统工艺技术分析与研究

页岩气田采取滚动式开发模式,开发初期具有产能和压力波动大、井数繁多、地理条件复杂等特点。我国页岩气发展起步较晚,页岩气地面集输系统工艺技术还不够完善。通过对页岩气集输系统布置方法、井场和站场工艺以及净化处理技术分析可知,常规集输系统布置理论在页岩气田的应用中存在考虑因素不全面、适应性差等问题;滚动式开发模式要求动态调整页岩气集输井场工艺,造成压缩机组运行偏离设计工况等问题;常规天然气净化技术不能适应页岩气田产量和压力变化。针对地面集输过程所面临的技术难题,提出了集输系统工艺技术研究新方向,为我国页岩气集输技术攻关提供参考。     

浅层、低效气田地面集输工艺橇装模块化的应用

加快低效气田地面集输开发的进程,对促进国内气田建设事业发展有着重要的推动作用。文章对气田建设采用的井场集输橇装模块化方式和现场固定安装设备的方式进行了技术、经济性能比较．认为橇装装置技术以其占地面积小、作业成本低、施工周期短、搬迁安装方便、使用范围广等诸多不可比拟的优势．成为适合浅层、低效气田高效开发的地面建设的重要技术,该技术大大加快了气田建设的速度,降低了建设投资。     

橇装化装置在海外气田集输工程中的应用

中国石油在海外开采石油天然气的步伐不断加快,内部集输作为油气地面建设工程的重要组成部分,快速高效的建成对工程顺利投产起着不可忽视的作用,装置的高度橇装化是重要手段之一。为了更加深刻了解认识橇装化装置在海外气田集输工程建设中的作用,结合某海外气田内部集输工程,针对工程难点,将装置橇装化与传统的现场安装固定设备的方式进行对比,对橇装化装置的独特优势进行了分析研究,简要介绍了橇装化装置在该工程的应用成果。装置橇装化有着巨大的发展潜力,不仅能够缩短气田建设工期,保证建设质量,方便维护管理,而且能有效降低工程的基础建设投资。     

我国页岩气集输系统的设计

我国对页岩气的开发目前尚处在初期阶段。页岩气开发具有在开发周期内产量无规律,生产参数不固定,开采初期井口压力高,但在短时间内迅速衰减等特点,地面集输系统为了适应产能的变化需要不断地进行动态调整,这导致页岩气地面集输管网与站场的布置不易确定。借鉴北美页岩气开发的地面集输技术,针对我国页岩气田地面工程的具体情况,分析了页岩气的特点,介绍了布站形式、管网设计、井组划分与布站等关于页岩气地面工程的总体布局方式,论述了井口工艺、集气站工艺、处理厂工艺的地面集输系统的设计方法等。     

撬装技术在涪陵页岩气田集输站的运用

涪陵页岩气田是国家级页岩气建设示范区,对页岩气地面集输和处理提出了设备标准化、撬装化、一体化等要求。通过对涪陵页岩气田集输站所需主要设备——加热炉、气水分离器、汇管撬以及调压设备进行撬装化集成进行优化设计、自动化研究以及三维模拟组撬,研发出了适用于页岩气加热炉撬、分离器撬、汇管撬和调压撬等设备。目前已在涪陵页岩气开发一期产能建设41座集气站成功应用,单套流程建设施工周期减少16天、占地面积减少了190m~2;水套炉每年节约燃料气5×10~4m~3以上、基本实现天然气产量远程调节;集气汇管撬实现了气井产量的间歇计量。研究结果表明,撬装技术提高了涪陵页岩气田集输站运行的可靠性、稳定性,缩短现场施工周期,减少占地面积,该技术将在涪陵页岩气后续开发中进一步推广应用,为集气站实现无人值守奠定了技术基础,同时也为其他气田页岩气开发提供借鉴。     

长宁页岩气区块集输站场风险评价技术研究

页岩气气井压力的迅速衰减会伴随砂含量、水含量、站场压力等参数的改变,最终导致页岩气集输设备腐蚀速率的动态变化,传统的多米诺效应后果计算方法对页岩气区块撬装设备失效后果计算会产生高估。针对以上问题,基于页岩气区块的生产特点,结合三次样条插值法,建立了三次样条插值法腐蚀速率预测模型。同时,改进了传统的多米诺效应失效后果计算方法,建立了撬装设备附加多米诺效应失效后果计算模型。计算结果表明,页岩气集输站场设备的腐蚀速率增大1.25～1.48倍,面积风险最大增加30.18%,验证了模型的有益性。研究结果为准确计算页岩气集输站场设备风险提供了理论基础。      

煤层气田地面集输标准化设计

我国煤层气已经进入低成本、大规模开发阶段,要满足其建设质量、建设速度、建设规模的三重需要,煤层气田地面建设必须进行"标准化设计、模块化建设"的集成创新。为此,提出了煤层气田标准化设计理念:以工艺技术优化简化和定型为核心,以模块设计为关键手段,对批量性、通用性、重复性的产能建设内容进行标准化设计。标准化设计核心技术包括"工艺流程通用化、井站平面标准化、工艺设备定型化、设计安装模块化、管阀配件规范化、建设标准统一化、安全设计人性化、设备材料国产化、生产管理数字化",涵盖井场和集气站等地面建设内容。煤层气田应用该标准化成果后(以沁水盆地郑庄区块为例),建设时间缩短30%,焊口一次合格率超过90%,综合经济效益提升0.44亿元/108 m3,提高了气田地面建设水平,规范了地面建设标准,方便了施工的预制和组配,确保了工程建设的优质、高效和安全。     

安岳气田60×10~8m~3/a地面工程建设模块化技术

四川盆地安岳气田磨溪区块下寒武统龙王庙组气藏天然气储藏量大,是典型的"三高"(高温、高压、高产量)含硫酸性气田,该项目60×10~8 m~3/a地面工程单列装置处理量大、工艺控制复杂、工程建造工作量大、建设场地受限、工期紧,传统工程建设模式很难在16个月内完成项目设计和建设。为此,引入了装置大型化及模块化的设计理念,全面推行"标准化设计、规模化采购、工厂化预制、模块化施工",形成了大型地面工程建设模块化技术:(1)根据工艺流程合理布置模块化装置的位置;(2)模块化设备布置采用多层框架进行空中叠加;(3)把操作工况、介质特性、功能特征、安装要求相同或相似的设备集中布置并构成模块;(4)专门设置了安全逃生通道;(5)预留了大型设备的安装、检维修操作空间;(6)充分考虑了模块的运输和吊装要求。采用该技术提高了设计质量,有效缩短了设计周期,减少了现场工作量,降低了现场安装的安全管理风险,提高了生产效率,节约了占地,减少了投资,为类似大型项目地面工程模块化建设提供了借鉴。     

页岩气集输系统的腐蚀评价与控制——以长宁—威远国家级页岩气示范区为例

四川盆地南部长宁—威远国家级页岩气示范区页岩气开采普遍采用了体积压裂技术，单井水平井压裂液用量介于4×104～5×104 m3、支撑剂（石英砂和陶粒）用量介于2.5×103～3.0×103 t，在压裂施工结束后的页岩气排采和生产过程中，压裂返排液对地面排采流程和地面集输系统带来了不同程度的腐蚀，有可能致使设备和管线穿孔失效，进而影响生产系统的安全运行。为了提高页岩气集输系统的安全运行水平，基于中国石油西南油气田公司天然气腐蚀控制技术支撑平台，借助于腐蚀环境和生产工况分析、材料失效评价及优选、杀菌缓蚀剂应用和生产工艺参数控制优化等方法和手段，开展了川南页岩气集输系统腐蚀行为和控制措施研究。研究结果表明：①川南页岩气集输系统主要表现为冲刷腐蚀和电化学腐蚀；②冲刷腐蚀主要集中在页岩气站内工艺流程，体现在砂粒对弯头、三通、阀门等部位持续的机械磨损；③电化学腐蚀主要集中在页岩气站外集气管线，体现在积液环境中二氧化碳与硫酸盐还原菌的共同腐蚀作用；④采用提高除砂效率、优化流程设计等手段，可以有效控制冲刷腐蚀；⑤加注杀菌缓蚀剂并配套生产管理措施，可以有效控制电化学腐蚀；⑥页岩气集输系统腐蚀评价与控制工作应从设计阶段就开始考虑。结论认为，所形成的集材料优选、设备结构优化、腐蚀介质处理和运行工艺参数优化控制等为一体的页岩气集输系统整体腐蚀控制技术，有效地减缓了川南页岩气集输系统的腐蚀失效、提升了安全运行水平。     

油井液量含水自动测量新技术的应用

通过对现有计量技术的分析研究,研发了适合于螺杆泵、无杆泵采油方式的油井产液量、产油量及含水率测量技术,并研制了一种新型的液量含水自动计量撬。室内实验和现场试验表明,该计量撬运行可靠,测量结果准确度高,产液量和产油量测量结果误差在±10%以内,含水测量结果误差在±5%以内,满足油气田地面工程油气集输处理工艺设计规范的要求。液量含水自动计量撬的研究应用能简化油田集输工艺,减少地面建设费用,解决了针对螺杆泵、无杆泵等采油方式无有效单井在线计量方法的难题,填补了技术空白。     

川西北地区超高压含硫气井安全地面集输工艺

四川盆地西北部地区超高压气藏富含硫化氢和二氧化碳,对地面集输工艺的安全性要求极高,其中双探1井为川西北地区典型的超高压含硫气井,是目前国内投入试采井口压力最高(104 MPa)的气井,其安全试采的关键是节流降压和防止天然气水合物形成。为此,以该井为先导,创新建立了超高压含硫气井的地面集输工艺流程:(1)考虑冲蚀腐蚀的影响,按照等压设计思路,设计了高压多级节流橇;(2)提出了地面一级加热+天然气水合物抑制剂+移动蒸汽加热的天然气水合物防治技术;(3)形成了地面安全控制技术,建立了安全等级最高的超高压井口安全系统,保障了气井的安全生产;(4)针对气田产水和高含硫化氢的特点,提出了气液分离+脱硫+缓蚀剂+清管的防腐措施。该配套技术工艺对超高压含硫气井地面集输工艺的研究和试验具有典型性和示范性,对其他同类气田具有一定的借鉴意义。     

川渝地区页岩气勘探开发工程技术集成与规模化应用

自2009年四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区第1口井开钻以来,经过8年的探索和实践,中国的页岩气勘探开发工程技术取得了长足的进步和全面的发展。及时总结所优化集成的页岩气勘探开发工程配套技术,对于"高效益、高效率"推进川渝地区页岩气规模开发具有重要的意义。研究结果表明:(1)形成并完善了10项页岩气钻完井工程主体技术系列,整体处于国内领先水平,为页岩气规模上产提供了技术支撑;(2)形成了从设计到室内实验评价、井中地震压裂缝网实时监测的体积压裂配套技术,保证了页岩气增产方案的实施效果;(3)创新形成了钻井—压裂、钻井—采输、压裂—采输等同步作业模板,优化平台布置,实现"批量化、模块化、程序化、一体化"作业,大幅度加快了页岩气井的投产进度;(4)形成6项页岩气开发环保节能技术,实现了页岩气清洁节能生产;(5)形成了以高精度三维地震勘探技术为基础的技术体系,为打造"透明"气藏奠定了基础;(6)优化地面集输工艺,实现了气藏采输智能化、数字化管理。结论认为,所形成的页岩气勘探开发配套工程技术有效支撑了长宁—威远国家级页岩气示范区的页岩气上产,在技术进步和管理创新等方面都具有引领示范作用。     

平台集输工艺在锦607稠油区块的应用

在稠油油田地面建设中，传统布站采用三级布站模式，不仅投资大，而且采用开式流程输送，油气损耗大。在锦607块稠油地面工程设计中，采用了新型平台集输工艺。该工艺简化了流程，从而减少了设备和投资，并降低了油气损耗，适应于锦607稠油区块的生产。