集输管道包括从单个油(气)井到油(气)处理厂(或处理装置)的出油(气)管道,以及从处理厂到油(气)库或长输管道首站的集油(气)管道,在我国
油气集输管道均由油田管理。集输管道的特点是口径小,压力低,管材多采用钢管,近年来在国外各种规格的塑料管已有一定的应用。
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。