子洲-米脂气田地面集输工程建设方案：优化与创新路径探究

子洲-米脂气田地面集输工程建设方案：优化与创新路径探究一、引言1.1研究背景与意义随着全球对清洁能源需求的不断增长，天然气作为一种高效、清洁的化石能源，在能源结构中的地位日益重要。我国天然气资源分布不均，西部地区拥有丰富的天然气储量，而华北地区作为经济发达、能源需求旺盛的区域，对天然气的需求持续攀升。子洲-米脂气田作为我国重要的天然气产区之一，其开发对于保障华北地区天然气供应、优化能源结构具有重要的战略意义。子洲-米脂气田位于陕西省榆林市境内，地处鄂尔多斯盆地东部，是长庆油田近年来重点开发的气田之一。该气田天然气储量丰富，具有广阔的开发前景。其开发不仅能够满足华北地区日益增长的天然气需求，还能为西部地区的经济发展注入强大动力。通过将当地的资源优势转化为经济优势，子洲-米脂气田能够带动相关产业的发展，创造大量的就业机会，促进地区经济的繁荣和社会的稳定。同时，天然气的广泛使用有助于减少对煤炭等传统化石能源的依赖，降低污染物排放，对于改善大气质量、保护生态环境具有积极作用。然而，气田的开发是一个复杂的系统工程，地面集输工程作为其中的关键环节，直接影响着气田的开发效率和经济效益。地面集输工程需要将分散的气井产出的天然气进行收集、输送、处理和储存，确保天然气能够安全、稳定、高效地输送到用户手中。这涉及到集输工艺的选择、管网的布局、设备的选型以及配套设施的建设等多个方面，任何一个环节出现问题都可能导致天然气输送受阻、生产效率降低甚至安全事故的发生。因此，开展子洲-米脂气田地面集输工程建设方案研究，对于实现气田的高效开发和可持续发展具有重要的现实意义。具体而言，本研究的意义主要体现在以下几个方面：首先，通过对不同集输工艺和管网布局方案的深入研究和对比分析，能够选择出最适合子洲-米脂气田地质条件和生产特点的方案，从而提高集输效率，降低集输成本，实现气田开发的经济效益最大化。其次，优化的地面集输工程方案能够确保天然气的安全、稳定输送，减少输送过程中的损耗和事故风险，保障能源供应的可靠性。此外，合理的集输工程建设还能减少对周边环境的影响，实现气田开发与环境保护的协调发展。最后，本研究成果对于其他类似气田的地面集输工程建设具有重要的参考价值和借鉴意义，能够为我国天然气工业的发展提供有益的经验。1.2国内外研究现状随着天然气工业的蓬勃发展，气田地面集输工程技术也在不断演进和完善。国内外众多学者和工程技术人员围绕气田地面集输工艺、管网优化、设备选型等方面展开了深入研究，并取得了一系列丰硕成果。在国外，美国、俄罗斯等天然气资源丰富的国家在气田地面集输技术领域一直处于世界领先地位。美国在页岩气开发过程中，针对页岩气井分布分散、产量递减快等特点，研发了一系列先进的集输工艺和技术。例如，采用多相混输技术，将气井产出的天然气、原油和水不进行分离，直接通过管道输送至处理厂，减少了中间处理环节，降低了投资成本和运行能耗。同时，利用智能化监控系统，实现对集输管网的实时监测和远程控制，提高了集输系统的安全性和可靠性。俄罗斯则在高寒地区气田集输技术方面具有独特优势，通过采用特殊的保温材料和加热设备，有效解决了天然气在低温环境下的输送问题，确保了气田的稳定生产。国内在气田地面集输工程技术方面也取得了长足进步。针对不同类型气田的地质条件和生产特点，开发了多种适用的集输工艺。在长庆气田，根据气井压力高、产量大的特点，采用了高压集气工艺，充分利用地层能量，减少了压缩机的使用，降低了运行成本。在普光气田这种高含硫气田开发中，通过自主研发和技术引进，攻克了高含硫天然气集输过程中的腐蚀、安全等关键技术难题，形成了一套完整的高含硫气田地面集输配套技术。在管网优化方面，运用数学模型和优化算法，对集输管网的布局、管径选择等进行优化设计，以降低管网建设投资和运行费用。例如，采用遗传算法、模拟退火算法等对管网拓扑结构和参数进行优化，取得了良好的效果。然而，针对子洲-米脂气田的地面集输工程研究仍存在一定的空白与不足。该气田具有“低孔、低渗、低产、低丰度、井口压力衰减快”的特点，与其他已开发气田的地质条件和生产特征存在差异。现有的集输工艺和技术在该气田的应用中可能面临适应性问题，需要进一步研究和改进。目前对于该气田集输系统的压力分布规律、管网水力计算模型以及设备选型等方面的研究还不够深入，缺乏系统性和针对性。在气田开发过程中，如何实现集输系统与气田产能建设的协调发展，以及如何提高集输系统的智能化水平和应急响应能力等方面，也有待进一步探索和研究。1.3研究内容与方法本研究主要聚焦于子洲-米脂气田地面集输工程建设方案，涵盖多个关键方面。在工程地质条件分析上，深入研究气田的地质构造、储层特性以及气井分布状况，为后续集输方案设计提供坚实的地质基础。通过分析地层压力、渗透率、孔隙度等参数，了解天然气的流动规律和产出特性，预测气井的产能变化趋势，为集输系统的规模和能力设计提供科学依据。在集输工艺研究方面，对比分析多种集输工艺，如高压集气、中压集气和低压集气工艺，结合气田的地质特点、气井产量、压力变化等因素，确定最适宜的集输工艺。考虑天然气在集输过程中的水合物形成问题，研究相应的预防和处理措施，如加热保温、注醇等工艺，确保集输过程的安全稳定。针对气田“低孔、低渗、低产、低丰度、井口压力衰减快”的特点，研究如何优化集输工艺，提高集输效率，降低能耗和成本。管网布局优化也是重要内容，运用专业软件对集输管网进行模拟优化，确定最优的管网拓扑结构、管径和管长。考虑地形地貌、气井分布、集气站位置等因素，优化管网布局，减少管道建设投资和运行成本。通过模拟分析，研究不同管网布局方案下的天然气流动情况，如压力分布、流量分配等，评估管网的输送能力和可靠性，确保管网能够满足气田不同开发阶段的集输需求。设备选型与配套方面，依据集输工艺和管网布局要求，选择合适的集输设备，如压缩机、分离器、加热炉等，并进行设备的配套设计。考虑设备的性能、可靠性、维护成本等因素，选择高效节能、运行稳定的设备。对设备进行合理的配置和组合，确保集输系统的整体运行效率和安全性。根据气田的生产规模和发展规划，确定设备的型号和数量，预留一定的设备扩容空间，以适应气田未来的发展变化。经济与环境影响分析同样不容忽视，对地面集输工程建设方案进行全面的经济评价，包括投资估算、成本分析、效益预测等，评估方案的经济可行性。考虑工程建设投资、设备购置费用、运行维护成本、天然气销售收入等因素，运用经济评价指标，如内部收益率、净现值、投资回收期等，对不同方案进行经济比较和分析，选择经济效益最佳的方案。分析工程建设和运行对环境的影响，制定相应的环境保护措施，实现气田开发与环境保护的协调发展。评估工程建设过程中的土地占用、生态破坏等问题，以及运行过程中的废气、废水、废渣排放对环境的影响，提出合理的环保措施，如采用清洁生产工艺、加强污染治理设施建设等，减少工程对环境的负面影响。为完成上述研究内容，本研究将综合运用多种研究方法。文献研究法，广泛查阅国内外相关文献资料，包括学术论文、研究报告、行业标准等，了解气田地面集输工程的研究现状和发展趋势，为研究提供理论支持和技术参考。通过对文献的分析和总结，梳理出目前集输工艺、管网优化、设备选型等方面的研究成果和存在的问题，为子洲-米脂气田地面集输工程建设方案的研究提供借鉴和启示。实地调研法，深入子洲-米脂气田现场，对气田的地质条件、气井分布、现有集输设施等进行实地考察和调研。与气田开发管理人员、工程技术人员进行交流，获取第一手资料，了解气田开发过程中存在的实际问题和需求。实地测量气井的压力、产量、温度等参数，观察现有集输系统的运行情况，收集工程建设和运行过程中的数据和信息，为研究提供真实可靠的数据支持。案例分析法，选取国内外类似气田的地面集输工程案例进行深入分析，总结其成功经验和失败教训，为本研究提供参考。分析不同气田在集输工艺选择、管网布局优化、设备选型等方面的做法和效果，对比不同案例的优缺点，结合子洲-米脂气田的特点，借鉴适合的技术和经验，避免重复其他气田在开发过程中出现的问题。模拟计算法，运用专业的模拟软件，如PIPESIM、HYSYS等，对集输工艺、管网布局等进行模拟计算和分析。通过建立数学模型，模拟天然气在集输系统中的流动过程，预测集输系统的性能和运行参数，为方案的优化提供科学依据。利用模拟软件对不同集输工艺方案进行对比分析，研究不同工艺参数对集输效果的影响，确定最优的工艺参数组合。对管网布局方案进行模拟优化，分析不同管网拓扑结构和管径配置下的天然气流动情况，找到最佳的管网布局方案，提高集输系统的效率和可靠性。二、子洲-米脂气田概况2.1地质特征子洲-米脂气田地处陕西省榆林市境内，在大地构造上位于鄂尔多斯盆地东部，其西北端与已探明的榆林气田相邻。鄂尔多斯盆地是一个大型的克拉通盆地，经历了多期构造运动，具有稳定的构造基底。气田所在的伊陕斜坡东部，构造相对简单，整体表现为一个西倾的单斜构造，地层倾角平缓，一般在1°以内。在漫长的地质历史时期中，该区域主要受到南北向的挤压应力作用，形成了一些小型的鼻状构造和低幅度的褶皱，但对气田整体构造格局影响较小。这些构造形态对天然气的聚集和分布起到了一定的控制作用，鼻状构造的高部位往往是天然气的富集区域。气田的储层主要为上古生界石炭-二叠系的砂岩地层，岩性主要为石英砂岩和岩屑石英砂岩。岩石的成分成熟度和结构成熟度中等，颗粒分选性和磨圆度较好。储层的孔隙类型主要包括粒间孔隙、溶蚀孔隙和微裂缝。粒间孔隙是原始沉积形成的孔隙，在成岩过程中部分被胶结物充填；溶蚀孔隙是由于地层水对岩石中的易溶矿物（如长石、碳酸盐等）溶解而形成的，增加了储层的孔隙度和渗透率；微裂缝则是在构造应力作用下形成的，虽然其孔隙度贡献较小，但对天然气的渗流起到了重要的改善作用，增强了储层的连通性。然而，整体上该气田储层具有低孔、低渗的特点，孔隙度一般在6%-10%之间，渗透率大多小于1×10⁻³μm²，这使得天然气在储层中的流动阻力较大，开采难度增加。从气藏类型来看，子洲-米脂气田主要为岩性气藏，天然气的分布主要受储层岩性和物性的控制。含气砂体呈透镜状或条带状分布，横向变化较大。气藏的埋深一般在2500-3500米之间，地层压力为正常压力系统，压力系数约为1.0。由于储层的非均质性较强，不同区域的气层厚度、物性和含气饱和度存在较大差异，导致气田的产能分布不均。在气田开发过程中，需要充分考虑这些地质特点，采取针对性的开发技术和措施。气田内气井分布较为分散，且部分区域地形复杂，属于典型的黄土塬覆盖的丘陵沟壑地貌，地势西高东低。无定河近东南流向横穿气田北侧，这对集输工程的管网铺设和站场选址带来了诸多挑战。在进行管网设计时，需要考虑地形起伏对管道压力损失的影响，以及穿越河流等障碍物时的工程技术难题。站场选址则要综合考虑气井分布、交通便利性、地形条件以及对周边环境的影响等因素，确保集输系统的高效运行和安全稳定。2.2资源储量与产能规划子洲-米脂气田的资源储量丰富，是其开发的重要物质基础。2004年，子洲气田山1气藏探明储量通过中国石油股份公司终审，探明地质储量达511.45×10⁸m³，技术可采储量为441.44×10⁸m³，计算含气面积1174.27km²。米脂气田探明的含气面积为356.8km²，地质储量为246.56×10⁸m³。这些储量数据表明，该气田具备大规模开发的潜力，为长期稳定供气提供了有力保障。根据气田的资源储量、地质条件以及市场需求等因素，制定了科学合理的产能规划。规划产能规模为14×10⁸m³/a，分阶段开发计划如下：在开发初期，主要集中在地质条件相对较好、储量富集的区域，建设一批气井和集输设施，形成初步的产能。通过优化井位部署和开发技术，快速实现一定规模的天然气生产，满足近期市场需求。随着开发的深入，逐步扩大开发范围，对周边区域进行勘探开发，增加气井数量，提高产能。同时，加强对老井的挖潜改造，提高单井产量，稳定气田产能。在开发后期，通过采用先进的开采技术，如水平井、压裂等，进一步提高天然气采收率，延长气田的开采寿命，保持气田的稳定生产。这种分阶段开发计划具有重要意义。它能够根据气田的实际情况，合理安排开发节奏，降低开发风险。在初期集中力量开发优质区域，可以快速获取经济效益，为后续开发提供资金支持。在开发过程中逐步扩大规模，能够充分利用资源，提高开发效率。后期的挖潜改造和提高采收率措施，有助于实现气田的可持续开发，保障天然气的长期稳定供应。气田的产能规划对集输工程规模和布局提出了明确要求。在集输工程规模方面，需要根据产能规划确定集输系统的处理能力和输送能力。随着产能的逐步提升，集输系统的规模也需要相应扩大，以满足天然气的收集和输送需求。要确保集输设备的处理能力能够适应气田不同开发阶段的产量变化，避免出现设备能力不足或过剩的情况。在管网布局上，需要考虑气井的分布和产能变化，优化管网走向和管径选择。在气田开发初期，管网布局应侧重于覆盖主要产气区域，确保天然气能够顺利收集。随着开发范围的扩大，管网需要向新的产气区域延伸，同时要保证管网的压力分布合理，减少输送过程中的能量损失。还要考虑集气站和处理厂的位置布局，使其与气井分布和管网相匹配，提高集输系统的整体运行效率。2.3自然条件与社会环境子洲-米脂气田地处黄土高原，地形地貌复杂，对地面集输工程影响显著。区域内以丘陵沟壑为主，地势起伏较大，海拔在850-1260米之间。这种地形条件增加了管道铺设的难度和成本，需要对管道进行特殊的设计和施工，以适应地形的变化。在穿越沟壑时，可能需要采用架空、跨越等方式，确保管道的安全稳定。地形起伏还会导致管道内天然气的压力分布不均匀，增加了管道运行的风险，需要通过合理的压力调控措施来保障天然气的正常输送。气田所在地区属温带和暖温带半干旱大陆性季风气候，年降水量在300-500毫米之间，年平均气温9℃左右。冬季寒冷，夏季炎热，昼夜温差大。这样的气候条件对工程建设和运行带来了诸多挑战。在冬季，低温可能导致天然气中的水分结冰，堵塞管道和设备，影响集输系统的正常运行。需要采取有效的保温和防冻措施，如对管道和设备进行保温处理，添加防冻剂等，确保集输系统在低温环境下的安全运行。强风、暴雨等极端天气也可能对工程设施造成损坏，需要加强工程设施的防护和维护，提高其抗灾能力。在基础设施条件方面，交通、水源、电力等因素对地面集输工程建设和运行具有重要影响。气田所在地区交通较为便利，公路、铁路等交通网络基本覆盖，为工程建设所需物资的运输提供了便利条件，降低了运输成本，提高了工程建设的效率。然而，部分偏远地区的交通条件仍有待改善，尤其是一些山区道路狭窄、路况较差，给大型设备和物资的运输带来困难。在工程建设过程中，可能需要对这些道路进行改造或修建临时道路，以满足工程运输的需求。水源方面，当地水资源相对匮乏，主要依靠地表水和地下水。地表水主要来源于无定河等河流，但水质受到一定程度的污染，需要进行净化处理后才能满足工程用水需求。地下水储量有限，且开采难度较大，在工程建设和运行过程中，需要合理规划用水，采用节水技术和设备，提高水资源的利用效率。对于集输系统中的设备冷却、消防等用水，应优先考虑采用处理后的中水或循环水，减少对新鲜水资源的依赖。电力供应方面，当地电力基础设施相对完善，能够满足工程建设和运行的基本用电需求。电力供应的稳定性对于集输系统的正常运行至关重要，一旦停电，可能导致压缩机、分离器等设备停止运行，影响天然气的集输和处理。因此，需要与当地电力部门密切合作，确保电力供应的可靠性，并配备备用电源，如柴油发电机等，以应对突发停电情况。在社会环境方面，地方政策和居民态度对工程建设也有重要影响。当地政府积极支持天然气开发项目，出台了一系列优惠政策，如税收减免、土地使用优惠等，为工程建设创造了良好的政策环境。这些政策的实施，降低了工程建设的成本，提高了企业的投资积极性，促进了气田的开发进程。居民对工程建设的态度总体较为积极，他们期望通过气田开发带动当地经济发展，增加就业机会。但在工程建设过程中，仍可能存在一些问题，如土地征用、环境污染等，需要与居民进行充分沟通，妥善解决相关问题，争取居民的支持和配合。在土地征用过程中，应严格按照相关法律法规进行补偿，保障居民的合法权益；在工程建设和运行过程中，应加强环境保护，减少对周边环境的污染，降低对居民生活的影响。三、气田地面集输工程关键要素分析3.1集输工艺选择3.1.1常见集输工艺介绍多井高压集气工艺是将多口气井的天然气直接通过高压管道输送至集气站。在气井井口，天然气依靠自身较高的压力进入集气支线，多条集气支线汇聚成集气干线，将天然气输送至集气站进行集中处理。这种工艺充分利用了气井的地层能量，减少了天然气在输送过程中的降压次数，降低了能耗。由于减少了中间增压设备，使得工艺流程相对简单，设备投资和维护成本较低。但该工艺对气井压力要求较高，需要气井具有稳定且较高的井口压力，以确保天然气能够顺利输送至集气站。当气井压力下降到一定程度时，可能无法满足高压集气的要求，需要采取增压措施。单井低压集气工艺则是每口气井单独通过低压管道将天然气输送至集气站。在井口，天然气经过节流降压后，以较低的压力进入集气支线，再输送至集气站。这种工艺灵活性较高，对于井口压力较低、产量较小或分布较为分散的气井具有较好的适应性。即使某口气井出现故障或产量变化，对整个集输系统的影响较小。但由于每口井都需要单独铺设管道，管道建设成本较高，且低压输送使得天然气在输送过程中的压力损失较大，可能需要更多的增压设备，增加了运行成本。湿气集输是指将含有液态烃和水等杂质的天然气直接进行输送，不进行预处理分离。湿气从气井产出后，通过集输管道输送至处理厂进行集中处理。这种工艺减少了井口和集气站的处理设备，降低了建设投资和运行成本。但湿气中含有的水和液态烃可能会对管道造成腐蚀和堵塞，需要采取有效的防腐和防堵措施，如添加缓蚀剂、定期清管等。在输送过程中，还需要考虑水合物的形成问题，采取相应的预防措施。干气集输是先在井口或集气站对天然气进行脱水、脱烃等预处理，将天然气中的液态烃和水等杂质去除后，再进行输送。经过预处理的干气在输送过程中不易产生腐蚀和堵塞问题，对管道的要求相对较低，输送安全性高。但由于增加了预处理设备和工艺，使得建设投资和运行成本增加，且预处理过程需要消耗一定的能源。3.1.2子洲-米脂气田适用工艺分析子洲-米脂气田具有“低孔、低渗、低产、低丰度、井口压力衰减快”的特点，在集输工艺选择上需要充分考虑这些因素。多井高压集气工艺在该气田的适用性相对有限。虽然该工艺能够利用地层能量、降低能耗，但气田井口压力衰减快，难以长期维持稳定的高压输送。随着气田开发的进行，气井压力下降迅速，可能在开发中后期就无法满足高压集气的要求，需要频繁进行增压改造，增加了投资和运行成本。多井低温分离工艺对于子洲-米脂气田具有一定的优势。气田产出的天然气中含有一定量的液态烃和水，采用低温分离工艺可以在较低温度下将液态烃和水分离出来，提高天然气的质量。通过节流膨胀等方式使天然气温度降低，利用低温分离器将液态烃和水分离，分离后的干气再进行输送。这种工艺能够有效减少天然气中的杂质，降低对管道的腐蚀和堵塞风险，同时回收液态烃，提高资源利用率。但该工艺需要配备制冷设备，增加了设备投资和运行能耗，对设备的保温和操作要求也较高。湿气气相集输工艺在子洲-米脂气田有较好的应用前景。该气田气井分布分散，采用湿气气相集输可以减少井口和集气站的处理设备，降低建设投资。通过合理的管道设计和运行管理，添加缓蚀剂、定期清管以及采取预防水合物形成的措施，可以有效解决湿气输送过程中的腐蚀、堵塞和水合物问题。在冬季等低温季节，可以通过加热或注醇等方式防止水合物的形成，确保集输系统的安全稳定运行。集中脱水脱烃工艺对于子洲-米脂气田也是一种可行的选择。由于气田天然气需要进行脱水脱烃处理以满足管输要求，采用集中处理工艺可以实现规模化效益，降低单位处理成本。将各集气站的天然气输送至集中处理厂，利用大型脱水脱烃设备进行统一处理，能够提高处理效率和质量。但该工艺需要建设专门的处理厂，投资较大，且对处理厂的选址和配套设施要求较高，需要考虑与集气站和管网的衔接。3.2管网布局规划3.2.1管网布局原则与影响因素在进行子洲-米脂气田集输管网布局时，需遵循一系列原则，以确保集输系统的安全、高效运行。安全可靠是首要原则，集输管网必须具备足够的强度和稳定性，能够承受天然气输送过程中的压力、温度变化以及外部环境的影响。要充分考虑管道的防腐、抗震、抗地质灾害等性能，确保在各种复杂工况下都能安全运行，避免天然气泄漏等事故的发生，保障人员和环境的安全。经济合理原则要求在满足集输要求的前提下，尽可能降低管网建设和运行成本。这包括合理选择管道管径、材质和敷设方式，优化管网拓扑结构，减少不必要的管道长度和设备投资。在管径选择上，需综合考虑天然气流量、压力损失和建设成本等因素，通过水力计算和经济分析，确定最优管径，以降低管道建设投资和运行能耗。材质选择则要根据天然气的性质、输送压力和环境条件等因素，选择性价比高的管材，在保证安全的同时降低成本。便于维护管理也是重要原则之一，管网布局应便于日常巡检、维修和设备更换，设置必要的检修通道、阀门和监测点。在管道沿线合理设置截断阀，以便在管道发生故障时能够及时切断气源，减少事故影响范围。设置监测点，实时监测天然气的流量、压力、温度等参数，为管网的运行管理提供数据支持。要考虑维护人员的操作便利性，确保在紧急情况下能够快速响应和处理问题。影响管网布局的因素众多，气井分布是关键因素之一。子洲-米脂气田气井分布较为分散，在管网布局时，需要以气井为起点，根据气井的位置和产量，合理规划集气支线和干线的走向，使管网能够覆盖所有气井，确保天然气能够顺利收集。对于产量较大的气井，应优先考虑将其纳入主要集气线路，以提高集输效率。地形地貌对管网布局也有显著影响，气田所在区域地形复杂，为典型的黄土塬覆盖的丘陵沟壑地貌。在管网敷设过程中，需要充分考虑地形起伏、沟壑分布等因素，尽量避免穿越复杂地形，减少管道建设难度和成本。在穿越沟壑时，可采用架空、跨越等方式，但需要进行详细的工程设计和论证，确保管道的安全稳定。对于地形起伏较大的区域，要合理设计管道坡度，防止天然气在输送过程中出现积液现象。集气站位置是管网布局的重要节点，集气站的选址应综合考虑气井分布、交通便利性、地形条件以及对周边环境的影响等因素。管网布局应以集气站为中心，将气井与集气站连接起来，形成合理的集输网络。集气站的处理能力和运行要求也会影响管网的管径和压力等级的选择。输送方向则决定了管网的整体走向，需要根据天然气的市场需求和输送目的地，确定管网的输送方向。将天然气输送至距离市场较近的处理厂或长输管道首站，减少输送距离，降低输送成本。在确定输送方向时，还需考虑与现有管网的衔接，实现天然气的顺畅输送。3.2.2不同布局模式对比放射状管网布局是以集气站为中心，向四周的气井辐射状铺设集气支线。这种布局模式的优点在于结构简单，便于管理和维护，各气井的天然气能够直接输送至集气站，流程短，压力损失小。当某条集气支线出现故障时，对其他支线的影响较小，便于进行故障排查和修复。它也存在明显的缺点，由于集气支线从集气站呈放射状分布，管道长度相对较长，建设投资较大。对于气井分布较为分散的区域，这种布局模式可能导致部分集气支线过长，增加了输送成本和能耗。放射状管网布局适用于气井相对集中，且集气站位于气井中心位置的情况。在子洲-米脂气田，如果在某个局部区域气井分布较为密集，且存在一个合适的位置建设集气站，使得集气站能够较好地辐射周围气井，那么放射状管网布局在该区域可能是一个可行的选择。树枝状管网布局类似于树枝的形状，从集气站引出主干线，再从主干线分支出若干条集气支线连接气井。其优点是管道总长度相对较短，建设投资相对较低，能够适应气井分布相对分散的情况。通过合理规划主干线和集气支线的走向，可以有效地覆盖各个气井，提高集输效率。但树枝状管网布局存在一定的局限性，其供气可靠性相对较低，当主干线出现故障时，可能影响多个气井的天然气输送。由于各集气支线的压力和流量可能存在差异，在管网运行过程中，需要进行合理的压力调控和流量分配，以确保各气井的正常生产。这种布局模式适用于气井分布较为分散，但有一定的分布规律，能够通过合理规划主干线和集气支线来实现集输的情况。在子洲-米脂气田，若气井呈现出一定的带状或区域状分布，通过合理设置主干线，从主干线向四周分支集气支线连接气井，树枝状管网布局可以较好地满足集输需求。环状管网布局是将集气站和各气井通过环状管道连接起来，形成一个闭合的环状网络。这种布局模式的最大优点是供气可靠性高，当某一段管道出现故障时，天然气可以通过环状管网的其他路径继续输送，保证气井的正常生产。环状管网的压力分布相对均匀，能够更好地适应气井产量和压力的变化。但环状管网的建设投资较大，管道铺设和施工难度较高，需要更多的管件和阀门，增加了建设成本和运行维护成本。环状管网布局适用于对供气可靠性要求极高的气田区域，如重要的工业用户或城市燃气供应区域。在子洲-米脂气田，如果存在对天然气供应可靠性要求较高的用户，或者气田的某些关键区域不能出现供气中断的情况，那么可以考虑在这些区域采用环状管网布局，以确保天然气的稳定供应。在投资运行成本方面，放射状管网由于管道长度较长，管材用量大，建设投资相对较高，运行过程中的压力损失也较大，能耗相对较高。树枝状管网的建设投资相对较低，但在运行过程中，由于主干线的压力损失和流量分配问题，可能需要更多的增压设备和调控措施，增加了运行成本。环状管网的建设投资最高，不仅管材用量大，而且需要更多的管件和阀门，运行维护成本也较高，但由于其供气可靠性高，对于一些对供气稳定性要求高的用户或区域，其综合效益可能更高。3.2.3子洲-米脂气田管网布局方案结合子洲-米脂气田的气井分布、地形地貌、产能规划以及集输工艺等特点和需求，提出以下管网布局方案：以米脂天然气处理厂为中心，构建集输主动脉，将子洲-米脂气田的15座集气站的天然气输送到米脂天然气处理厂，后经φ610管线输送至榆林天然气处理厂配气站外输。在集气支线方面，根据气井分布情况，采用树枝状与放射状相结合的布局方式。对于气井相对集中的区域，以集气站为中心，采用放射状布局铺设集气支线，确保各气井的天然气能够快速、高效地输送至集气站。对于气井分布较为分散的区域，则采用树枝状布局，从集气站引出主干线，再从主干线分支出集气支线连接各个气井。通过这种方式，既能充分发挥放射状管网布局在气井集中区域的高效集输优势，又能利用树枝状管网布局在气井分散区域的灵活适应性，降低管道建设成本，提高集输效率。集气干线的走向则根据气田的地形地貌和集气站位置进行优化设计。尽量避免穿越复杂地形，如沟壑、河流等，减少管道建设难度和成本。在穿越沟壑时，采用架空或跨越等方式，确保管道的安全稳定。同时，要考虑集气干线与集气支线的连接，保证天然气能够顺畅地从集气支线汇集到集气干线，再输送至米脂天然气处理厂。在管径选择上，根据各集气支线和干线所输送的天然气流量、压力损失以及经济合理性等因素进行计算和确定。对于流量较大的集气干线，选择较大管径的管道，以降低压力损失，提高输送效率。对于流量较小的集气支线，则选择合适管径的管道，在满足集输要求的前提下，降低建设成本。在子洲-米脂气田，集气干线管径初步确定为φ325-φ610，集气支线管径根据实际情况在φ89-φ219之间选择。管材方面，考虑到天然气的性质、输送压力以及当地的地质条件和环境因素，选用具有良好耐腐蚀性和强度的管材。集气干线和集气支线主要采用无缝钢管，材质为L360或X60，以确保管道在长期运行过程中的安全可靠性。管道连接方式采用焊接为主，在需要经常拆卸和维修的部位，如阀门、仪表等连接处，采用法兰连接。焊接连接具有连接牢固、密封性好、不易泄漏等优点，能够满足天然气输送的安全要求。法兰连接则便于管道的安装、拆卸和维修，提高了管网的可维护性。通过合理选择管道连接方式，既能保证管网的安全运行，又能便于日常的维护管理。3.3集气站与处理厂设置3.3.1集气站功能与工艺设计集气站在子洲-米脂气田地面集输工程中扮演着关键角色，承担着多项重要功能。集气功能是其首要任务，通过集气支线将分散的气井产出的天然气汇集起来，实现天然气的集中收集。气井产出的天然气压力、流量和组成可能存在差异，集气站需要具备良好的兼容性，能够适应不同气井的生产情况，确保天然气能够顺利进入集输系统。计量功能对于气田的生产管理和经济效益核算至关重要。在集气站内，安装高精度的计量设备，对每口气井输入的天然气流量、压力、温度等参数进行精确测量。通过准确计量天然气的产量，可以实时掌握气井的生产动态，为气田的生产调度和开发决策提供可靠的数据支持。依据计量数据，合理安排气井的生产计划，优化气田的产能布局，提高天然气的采收率和经济效益。分离功能也是集气站不可或缺的。气井产出的天然气通常含有液烃、水和固体杂质等，这些杂质会对后续的输送和处理造成不利影响。集气站利用分离器将天然气中的液烃、水和固体杂质分离出来，保证进入输送管道的天然气符合质量要求。采用重力分离器、旋风分离器等设备，根据天然气中各组分的密度差异，实现气液固的有效分离。对分离出的液烃和水进行妥善处理，回收其中的有用成分，减少环境污染。调压功能则是为了确保天然气在集输系统中的安全稳定输送。气井井口压力和集输管道的设计压力可能存在差异，集气站通过节流阀等设备对天然气进行调压，使其压力满足管道输送要求。在气田开发过程中，气井压力会随着开采时间的延长而下降，集气站需要根据气井压力的变化及时调整调压设备，保证天然气能够顺利输送。还要防止调压过程中出现压力波动过大的情况，避免对设备和管道造成损坏。加热功能主要是为了防止天然气在输送过程中形成水合物。在低温高压条件下，天然气中的水分和烃类可能会形成水合物，堵塞管道和设备。集气站采用加热炉等设备对天然气进行加热，提高其温度，使其在输送过程中保持气态，防止水合物的形成。根据气田的气候条件和天然气的组成，合理确定加热温度和加热方式，确保加热效果的同时降低能源消耗。在设备选型方面，根据集气站的功能和处理量，选择合适的设备。分离器根据天然气的处理量、含液量和杂质含量等因素，选择合适的类型和规格。对于含液量较高的天然气，可选用高效的三相分离器，确保气液固的充分分离。计量设备则选用精度高、可靠性强的气体流量计，如涡轮流量计、超声波流量计等，满足天然气计量的准确性要求。调压设备选择性能稳定、调节精度高的节流阀和调节阀，能够根据天然气压力的变化及时进行调节。加热炉根据天然气的加热需求和能源供应情况，选择合适的类型和功率，如燃气加热炉、电加热炉等。集气站的工艺流程设计需根据气田的特点和集输工艺要求进行优化。典型的工艺流程为：天然气从气井通过集气支线进入集气站，首先经过进站截断阀，以便在紧急情况下能够迅速切断气源。接着进入加热炉，对天然气进行加热，防止水合物的形成。然后通过节流阀进行调压，使天然气压力满足后续处理和输送要求。调压后的天然气进入分离器，进行气液固分离，分离出的液烃和水通过相应的管道排出集气站进行处理。分离后的天然气经过计量设备计量后，通过出站截断阀进入集气干线，输送至天然气处理厂。在工艺流程设计中，还要考虑设备的备用和切换，以及安全保护措施，如设置安全阀、放空系统等，确保集气站的安全稳定运行。3.3.2天然气处理厂任务与工艺选择天然气处理厂在子洲-米脂气田地面集输工程中承担着对来自集气站的天然气进行深度净化处理的重要任务，以满足管输和市场对天然气质量的严格要求。除水是处理厂的关键任务之一，天然气中含有的水分若不除去，在低温环境下易形成水合物，导致管道和设备堵塞，影响集输系统的正常运行。水还可能引发管道腐蚀，缩短管道使用寿命，增加运行成本和安全风险。处理厂需采用高效的脱水工艺，降低天然气的水露点，使其符合管输标准。脱烃也是必不可少的环节，天然气中的液态烃会降低天然气的热值，影响其作为燃料的使用性能。过多的液态烃还可能在管道中积聚，造成积液现象，影响天然气的输送。通过脱烃处理，回收其中的液态烃，提高资源利用率，还能优化天然气的组成，提升其市场价值。脱硫同样至关重要，子洲-米脂气田天然气中可能含有一定量的硫化氢等硫化物，这些硫化物具有腐蚀性，会对管道和设备造成严重损害。硫化氢还是一种有毒气体，若排放到大气中，会对环境和人体健康造成极大危害。处理厂必须采用有效的脱硫工艺，将天然气中的硫化物脱除至规定的浓度以下，确保天然气的安全输送和使用。脱二氧化碳也是重要任务，二氧化碳会降低天然气的热值，在有水存在的情况下，还会形成碳酸，对管道和设备产生腐蚀。通过脱二氧化碳处理，可提高天然气的品质，满足市场对高热值天然气的需求。在工艺选择依据和原则方面，首先要充分考虑天然气的组成和性质。不同的天然气组成和性质对处理工艺的要求不同，需要根据具体情况选择合适的工艺。若天然气中硫化氢含量较高，应选择脱硫效果好的工艺；若天然气中二氧化碳含量较高，则需选择对二氧化碳脱除能力强的工艺。处理规模也是重要的考虑因素，根据气田的产能规划和集输系统的处理量，选择能够满足处理规模要求的工艺和设备。对于大规模的气田，应选择处理能力大、效率高的工艺，以确保天然气能够及时得到处理。技术成熟度和可靠性是工艺选择的关键原则。优先选择技术成熟、运行稳定、可靠性高的工艺，降低工程建设和运行风险。成熟的工艺经过实践验证，具有较高的处理效率和稳定性，能够保证天然气处理厂的长期稳定运行。经济合理性同样不容忽视，综合考虑工艺的投资成本、运行成本和处理效果，选择经济效益最佳的工艺。在满足天然气处理要求的前提下，尽量降低工艺的投资和运行成本，提高气田开发的经济效益。要考虑工艺的能耗和资源消耗，选择节能、环保的工艺，实现气田开发的可持续发展。在实际应用中，对于子洲-米脂气田的天然气处理厂，可采用以下工艺：脱水工艺可选择三甘醇脱水工艺，该工艺技术成熟，脱水效率高，能够将天然气的水露点降低到较低水平。三甘醇具有吸水性强、沸点高、化学稳定性好等优点，在与天然气接触过程中，能够有效地吸收其中的水分。通过再生系统对吸收水分后的三甘醇进行再生，使其能够循环使用，降低运行成本。脱烃工艺可采用低温分离工艺，利用天然气中各组分沸点的差异，在低温条件下将液态烃分离出来。通过节流膨胀等方式使天然气温度降低，进入低温分离器，实现气液分离。该工艺能够有效地回收液态烃，提高资源利用率。脱硫工艺可采用MDEA（N-甲基二乙醇胺）脱硫工艺，MDEA是一种高效的脱硫剂，对硫化氢具有良好的选择性和吸收能力。在脱硫塔中，MDEA溶液与天然气充分接触，吸收其中的硫化氢，从而达到脱硫的目的。该工艺具有脱硫效率高、能耗低、溶液稳定性好等优点。脱二氧化碳工艺可采用醇胺法，利用醇胺溶液对二氧化碳的吸收作用，将天然气中的二氧化碳脱除。常用的醇胺有MEA（一乙醇胺）、DEA（二乙醇胺）等，根据天然气中二氧化碳的含量和处理要求，选择合适的醇胺和工艺条件。醇胺法具有处理效果好、技术成熟等优点，但在运行过程中需要注意溶液的再生和防腐蚀问题。3.3.3站场选址与布局优化站场选址在子洲-米脂气田地面集输工程中是一项至关重要的决策，需要综合考虑多方面因素，以确保站场的安全、高效运行，并降低建设和运行成本。地形因素是站场选址的重要考量之一，气田所在区域为典型的黄土塬覆盖的丘陵沟壑地貌，地形起伏较大。在选址时，应尽量选择地势相对平坦、开阔的区域，便于站场的建设和设备的安装。平坦的地形有利于减少土方工程，降低建设成本，也便于站场内道路和管道的敷设，提高站场的运行效率。要避免在地势低洼、易积水的区域建站，防止因洪水、积水等自然灾害对站场造成损害。交通便利性对于站场的建设和运行同样关键，站场应靠近公路、铁路等交通干线，以便于设备、材料的运输和人员的进出。便捷的交通条件能够降低运输成本，提高工程建设的效率，也有利于站场的日常维护和管理。在紧急情况下，交通便利能够确保救援物资和人员能够及时到达站场，保障站场的安全。安全因素是站场选址不可忽视的重要方面，站场应远离居民区、学校、医院等人口密集区域，以减少天然气泄漏等事故对人员的危害。要与周边的易燃易爆场所保持足够的安全距离，防止发生火灾、爆炸等事故。在选址时，还需考虑站场的防火、防爆、防雷等安全措施，确保站场在各种情况下的安全运行。在站场布局优化方面，应根据站场的功能和工艺流程，合理规划各功能区的位置。将集气区、处理区、储存区等功能区进行合理划分，使天然气的流动顺畅，减少不必要的管道长度和能量损失。集气区应靠近气井方向，便于天然气的收集；处理区应与集气区相邻，以便于对天然气进行及时处理；储存区则应根据天然气的储存要求和安全规定，合理布置在站场的合适位置。要考虑设备的布置和安装，确保设备之间的间距符合安全和操作要求，便于设备的维护和检修。设备的布置应便于操作人员进行监控和操作，提高工作效率。在站场内设置必要的通道和空间，以便于设备的运输和更换。通过优化站场布局，能够提高站场的运行效率，降低运行成本。合理的布局可以减少天然气在站场内的输送距离和压力损失，提高集输效率；能够减少站场的占地面积，降低土地使用成本。良好的布局还便于站场的管理和维护，提高站场的安全性和可靠性。在站场选址和布局过程中，还需充分考虑未来气田的发展规划。预留一定的发展空间，以便在气田产能增加或工艺改进时，能够方便地对站场进行扩建和改造。要考虑与周边其他站场和设施的衔接，形成一个有机的整体，提高气田地面集输系统的整体运行效率。3.4设备选型与配套3.4.1主要设备选型要点压缩机是集输系统中的关键设备之一，其选型要点需综合考虑多方面因素。子洲-米脂气田的集输系统中，根据气田的产气规模、压力变化以及输送要求，确定压缩机的流量和压力参数。气田的产能规划为14×10⁸m³/a，在不同开发阶段，气井的产气能力和井口压力会发生变化，因此压缩机的流量应能够满足气田不同时期的产量需求，压力则需根据集输管网的压力等级和输送距离进行合理选择。要考虑压缩机的类型和效率，常见的压缩机类型有往复式压缩机、螺杆式压缩机和离心式压缩机等。往复式压缩机适用于压力较高、流量较小的场合，其压力范围通常在1-10MPa，流量一般在100-10000m³/h。它具有压力调节灵活、适应性强等优点，但结构相对复杂，维护工作量较大。螺杆式压缩机则适用于中低压力、中等流量的情况，压力一般在0.1-3MPa，流量在50-5000m³/h。它具有结构紧凑、运行平稳、噪声低等优点，且维护相对简单。离心式压缩机适用于大流量、中低压力的场合，流量可达到数千至数万立方米每小时，压力一般在0.1-2MPa。它具有效率高、运行稳定、自动化程度高等优点，但对气体的清洁度要求较高。在子洲-米脂气田的实际应用中，需根据气田的具体工况，如压力范围、流量大小、气体组成等，选择合适类型的压缩机，以确保其高效稳定运行。分离器在集输系统中承担着分离天然气中液烃、水和固体杂质的重要任务，其选型需依据天然气的组成和杂质含量等因素。子洲-米脂气田产出的天然气中含有一定量的液烃和水，因此需要选择高效的分离器来实现气液固的有效分离。重力分离器是一种常见的分离器类型，它利用气体、液体和固体的密度差异，通过重力作用实现分离。适用于液滴粒径较大、含量较高的情况，对于子洲-米脂气田天然气中含量较多的液烃和水，重力分离器能够初步实现分离。但其分离效率相对较低，对于粒径较小的液滴和固体杂质分离效果不佳。旋风分离器则利用离心力将气体中的杂质分离出来，适用于分离粒径较小的液滴和固体杂质。在子洲-米脂气田，对于经过重力分离器初步分离后仍存在的较小粒径杂质，可采用旋风分离器进行进一步分离。但旋风分离器对气体的流量和流速变化较为敏感，需要合理控制操作参数。过滤分离器则通过过滤介质对气体中的杂质进行过滤，分离效果好，可有效去除微小的固体颗粒和液滴。在对天然气质量要求较高的环节，如进入长输管道前，可采用过滤分离器进行精细分离。在选择分离器时，还需考虑分离器的处理能力、操作压力和温度等参数，确保其与集输系统的整体运行要求相匹配。加热炉的选型主要依据天然气的加热需求和能源供应情况。在子洲-米脂气田，为防止天然气在输送过程中形成水合物，需要对天然气进行加热，提高其温度。燃气加热炉是一种常用的加热炉类型，它以天然气为燃料，具有加热效率高、成本低等优点。在气田内部，天然气资源丰富，为燃气加热炉提供了充足的燃料来源。根据天然气的流量和加热温度要求，合理确定燃气加热炉的功率和型号。若天然气流量较大，需要选择功率较大的加热炉，以确保天然气能够被充分加热。电加热炉则具有清洁、无污染、控制方便等优点，但运行成本相对较高。在一些对环保要求较高或天然气供应不便的区域，可考虑采用电加热炉。在选择加热炉时，还需考虑其热效率、安全性和维护便利性等因素，确保加热炉能够安全、稳定、高效地运行。阀门在集输系统中用于控制天然气的流动和压力，其选型需考虑多种因素。闸阀适用于截断和导通介质流，通常是全直径通道，具有流体阻力小、开启关闭力小等优点。在子洲-米脂气田集输系统中，在不需要频繁操作且对流体阻力要求较低的场合，如集气站的进站和出站管道上，可选用闸阀。节流阀主要用于调节流量和压力，其结构紧凑，调节精度较高。在集气站中，用于对天然气进行节流调压，使天然气压力满足输送要求的场合，可选用节流阀。安全阀则是保障集输系统安全运行的重要设备，当系统压力超过设定值时，安全阀自动开启，将多余的气体排出，以防止系统超压。在集气站和重要的管道部位，必须安装安全阀，并根据系统的工作压力和安全要求，选择合适的型号和规格。在选择阀门时，还需考虑阀门的材质、密封性能和耐腐蚀性等因素，以适应天然气的输送环境和工况要求。3.4.2设备配套与系统集成在子洲-米脂气田地面集输工程中，设备配套与系统集成至关重要，直接关系到集输系统的运行效率和稳定性。各设备之间的匹配程度是确保集输系统正常运行的关键因素之一。压缩机的排气量应与分离器的处理能力相匹配，以保证天然气在分离过程中的顺畅进行。若压缩机排气量过大，而分离器处理能力不足，会导致天然气在分离器内停留时间过短，分离效果不佳，影响天然气的质量。反之，若压缩机排气量过小，分离器处理能力过剩，则会造成设备资源的浪费。加热炉的加热能力也需与天然气的流量和加热需求相匹配，确保天然气能够被加热到合适的温度，防止水合物的形成。设备与管网的连接也需精心设计，确保连接的密封性和可靠性。管道与设备的连接方式应根据管道的材质、压力等级和使用环境等因素进行选择，如焊接、法兰连接、螺纹连接等。在高压管道与设备的连接中，通常采用焊接或法兰连接，以确保连接的强度和密封性，防止天然气泄漏。而在一些低压、小口径管道与设备的连接中，可采用螺纹连接，便于安装和拆卸。要合理布置管道走向，减少管道的阻力和能量损失，使天然气能够在管网中顺畅流动。控制系统在集输系统中起着核心作用，通过自动化监测和控制，能够实时掌握集输系统的运行状态，及时调整设备的运行参数，确保集输系统的安全、稳定运行。控制系统利用传感器实时采集天然气的流量、压力、温度等参数，并将这些数据传输至控制中心。在集气站和管道沿线安装压力传感器、流量传感器和温度传感器，实时监测天然气的运行参数。控制中心根据预设的参数范围和运行逻辑，对采集到的数据进行分析和处理，当发现参数异常时，及时发出警报，并自动调整设备的运行状态。当天然气压力过高时，控制系统自动调节节流阀的开度，降低压力；当流量过大或过小时，控制系统调整压缩机的运行频率，以保证流量的稳定。通过自动化监测和控制，还能够实现设备的远程操作和管理，提高工作效率，减少人工干预。操作人员可以在控制中心通过计算机或手机等终端设备，远程监控集输系统的运行情况，对设备进行启停、调节等操作。在集气站的压缩机发生故障时，操作人员可以通过远程控制，及时停止压缩机的运行，并启动备用设备，确保集输系统的正常运行。自动化监测和控制还能够对集输系统的运行数据进行记录和分析，为设备的维护和管理提供依据，实现集输系统的智能化运行。四、类似气田地面集输工程建设案例分析4.1普光气田地面集输工程普光气田位于中国四川达州市宣汉县普光镇，是中国已投产的规模最大、产量最高的特大型海相整装气田，也是国家“十一五”重大工程“川气东送”的主要气源地。该气田属于超深、高含硫、高压、复杂山地类型，由中石化中原油田分公司负责开发。普光气田的储集层主要是三叠系飞仙关组和二叠系长兴组，主要岩性为礁、滩相白云岩，储集层孔隙度在6.3%-28.0%，平均8.11%；盖层为三叠系飞仙关组四段和嘉陵江组的膏岩；埋深在5000米左右，为大型的构造-岩性复合圈闭，闭合高度500米，有效厚度229.6米。普光气田的天然气为高含硫化氢（H₂S）和二氧化碳（CO₂）的干气，其硫化氢浓度在10%-20%。在集输工艺方面，普光气田采用湿气输送工艺，井口天然气先进入集气站，经加热、节流、计量后外输，采用“加热保温+注缓蚀剂”工艺经集气支线进入集气干线，然后输送至集气末站分水，生产污水输送至污水站处理后回注地层，水蒸汽饱和酸气送至净化厂进行净化。这种工艺使得井站及管网设施相对简单，无生产分离器、集气站及管网无污水处理及集输设施、无水污染，达到了较好的环境保护效果。正常生产情况下，系统局部可能产生少量的凝液，由天然气流直接携带至集气总站，液量多时进行清管作业。针对高含硫化氢天然气集输难度大、防腐要求高的问题，普光气田采取了一系列有效措施。在设备防腐上，依据NACEMRO175/ISO15156《石油和天然气工业在H₂S环境下油气生产使用的材料》标准进行选材，并严格控制材料的化学成分、硬度和使用抗拉强度，对焊接区应用适当的热处理，消除内应力。采用多种腐蚀监测技术，如取样口（W）、腐蚀挂片（CC）、电阻探针（ER）、线性极化探针（LPR）、电指纹（FSM）、管道智能检测等，实时监测管道的腐蚀情况，以便及时采取防护措施。在安全防护方面，普光气田的自动控制系统采用以计算机为核心的监控和数据采集（SCADA）系统，全系统基于霍尼韦尔公司的PKS系统。系统采用冗余光纤环网作为主干网，无线网络作为备用，具体网络路径的切换由路由器完成。从整个SCADA系统架构上来说，共分作三大部分：过程控制系统（PCS）、安全仪表系统（SIS）以及中控室的中心数据处理系统。每一个控制节点（站场和阀室）均分别设置两套子系统：过程控制系统（PCS）和安全仪表系统（SIS），作为一个单独的网络节点，挂在相同的光纤通信子网及5.8G无线备用网络上，分别对应实时数据服务器和中心安全仪表系统上传或下载数据。SCADA系统中PCS主要负责正常的工艺流程控制和监视，SIS则负责对超出PCS控制范围的工艺控制对象进行相应的联锁保护。主要负责工艺流程的动态显示，数据的采集归档、管理以及趋势图显示，生产统计报表的生成和打印以及紧急情况下的联锁保护等。采气厂中控室是整个系统的数据中心，主要是对集输所有站场、阀室的运行数据、天然气泄漏数据采集监控和安全控制，同时其OPC服务器也是气田SCADA系统对外部系统的唯一数据接口。在环保方面，普光气田采用了一系列安全环保配套技术。利用各种脱硫脱硝剂，将湿气中的硫化氢、氮氧化物等排放物质去除，降低其对大气环境的污染；通过对含硫气体中的硫化合物进行加工处理，使其稳定后将硫磺回收，减少硫磺的浪费，降低人员的安全风险；将含硫气体经过必要处理后，利用其余热能等资源进一步实现环保利用。通过这些措施，普光气田的二氧化硫、氮氧化物排放浓度远低于国家标准限值要求，被评为四川省“环保良好企业”“环保诚信企业”。普光气田地面集输工程在高含硫气田开发方面积累了丰富的经验，其在设备防腐、安全防护和环保方面的措施及效果为子洲-米脂气田地面集输工程建设提供了重要的参考。在子洲-米脂气田建设中，虽然其与普光气田在地质条件、天然气组成等方面存在差异，但普光气田在应对复杂工况下的工程建设思路和技术手段，如合理的工艺选择、严格的设备防腐措施、完善的安全监控系统以及有效的环保技术应用等，都值得子洲-米脂气田在地面集输工程建设中借鉴和学习，以提升工程的安全性、可靠性和环保性。4.2延安气田子长东延518井区地面集输工程延安气田子长东延518井区地面集输工程规模较大，旨在实现该区域天然气的高效收集与输送。工程建设内容丰富，涉及多个关键方面。新建集气站3座，这些集气站作为天然气收集的重要节点，具备集气、计量、分离、调压和加热等多种功能，能够对气井产出的天然气进行初步处理，确保其符合输送要求。改造集气站8座，通过对现有集气站的升级改造，提高其处理能力和运行效率，以适应气田不断增长的产能需求。扩建杨家园则净化厂和污水处理厂，净化厂负责对天然气进行深度净化处理，去除其中的杂质和有害成分，使其达到管输标准；污水处理厂则对生产过程中产生的污水进行处理，实现达标排放或循环利用。接入井场38座，接入气井109口，将这些分散的气井纳入集输系统，扩大了气田的开发范围，提高了天然气的采收率。新建采气管线189.09km、集气管线53.16km，构建起完善的管网体系，确保天然气能够顺利从气井输送至集气站和处理厂。该工程采用中低压集输工艺，充分考虑了气田的地质条件和生产特点。在产能建设方面，通过合理规划井场和接入气井，有效提高了气田的产能。根据气田的储量分布和地质构造，科学部署井位，确保气井能够最大限度地开采天然气。在管道敷设方面，结合地形地貌，优化管道走向。对于山区等地形复杂的区域，采用特殊的敷设方式，如架空、穿越等，确保管道的安全稳定。注重管道的防腐和保温措施，延长管道的使用寿命。在公辅设施配套方面，完善的净化厂和污水处理厂保障了天然气的质量和生产过程的环保要求。合理规划道路等基础设施，方便了设备运输和人员通行，提高了工程建设和运行的效率。延安气田子长东延518井区地面集输工程在产能建设、管道敷设和公辅设施配套方面的经验，为子洲-米脂气田地面集输工程提供了有益的参考。在子洲-米脂气田建设中，可以借鉴其合理的井位部署和产能规划经验，优化气田的开发方案。在管道敷设方面，学习其应对复杂地形的技术和措施，确保管道的安全运行。在公辅设施配套上，参考其完善的净化和污水处理设施建设经验，提高气田的环保水平和生产稳定性。4.3案例对比与启示普光气田与子洲-米脂气田在地质条件和天然气性质上存在显著差异。普光气田属于超深、高含硫、高压、复杂山地类型气田，储集层主要是三叠系飞仙关组和二叠系长兴组的礁、滩相白云岩，埋深在5000米左右。其天然气为高含硫化氢和二氧化碳的干气，硫化氢浓度在10%-20%。而子洲-米脂气田位于鄂尔多斯盆地东部，构造相对简单，储层主要为上古生界石炭-二叠系的砂岩地层，具有低孔、低渗、低产、低丰度、井口压力衰减快的特点，天然气中硫化氢和二氧化碳含量相对较低。在集输工艺方面，普光气田采用湿气输送工艺，井口天然气经加热、节流、计量后，采用“加热保温+注缓蚀剂”工艺经集气支线进入集气干线，然后输送至集气末站分水，生产污水输送至污水站处理后回注地层，水蒸汽饱和酸气送至净化厂进行净化。这种工艺适用于高含硫气田，井站及管网设施相对简单，无水污染，但对管道的防腐要求极高。子洲-米脂气田则更适合采用湿气气相集输工艺结合集中脱水脱烃工艺，减少井口和集气站的处理设备，降低建设投资，同时通过集中处理实现规模化效益，满足管输要求。在设备防腐和安全防护措施上，普光气田依据NACEMRO175/ISO15156标准进行选材，采用多种腐蚀监测技术，并配备以计算机为核心的监控和数据采集（SCADA）系统，全系统基于霍尼韦尔公司的PKS系统，保障了气田的安全稳定运行。子洲-米脂气田虽然天然气腐蚀性相对较弱，但也应重视设备的防腐和安全防护，可借鉴普光气田的部分经验，如合理选择管材，加强对管道和设备的腐蚀监测，建立完善的安全监控系统，确保集输系统的安全可靠。延安气田子长东延518井区与子洲-米脂气田在地形地貌上有一定相似性，都位于黄土高原地区，地形起伏较大。但在气田规模和产能规划上存在差异，延安气田子长东延518井区通过新建和改造集气站、扩建净化厂和污水处理厂、接入大量井场和气井，实现了较大规模的产能建设。在集输工艺和管网布局方面，延安气田子长东延518井区采用中低压集输工艺，根据气井分布和地形地貌优化管道走向，确保天然气的顺利输送。子洲-米脂气田在集输工艺选择上应结合自身气井压力衰减快等特点，综合考虑各种工艺的优缺点，选择合适的集输工艺。在管网布局上，可借鉴延安气田的经验，根据气井分布和地形条件，优化管网走向，采用树枝状与放射状相结合的布局方式，降低管道建设成本，提高集输效率。在公辅设施配套方面，延安气田子长东延518井区完善的净化厂和污水处理厂保障了天然气的质量和生产过程的环保要求。子洲-米脂气田也应重视公辅设施的配套建设，确保天然气处理厂和污水处理设施能够满足气田开发的需求，实现天然气的净化处理和污水的达标排放，提高气田开发的环保水平和生产稳定性。通过对普光气田和延安气田子长东延518井区的案例分析，对子洲-米脂气田地面集输工程建设得到以下启示：在工艺选择上，要充分考虑气田的地质条件、天然气性质和生产特点，选择最适宜的集输工艺，确保集输系统的高效运行。在管网布局方面，应结合气井分布、地形地貌等因素，优化管网走向和布局模式，降低建设成本和运行能耗。在设备选型和配套上，要选择性能可靠、适应气田工况的设备，并注重设备之间的匹配和系统集成，提高集输系统的稳定性和可靠性。要重视安全防护和环保措施，借鉴其他气田的成功经验，建立完善的安全监控系统，采取有效的防腐和环保技术，保障气田开发的安全和可持续性。五、子洲-米脂气田地面集输工程建设方案设计5.1总体建设方案基于前文对集输工艺、管网布局、集气站与处理厂设置以及设备选型与配套等关键要素的深入分析，结合子洲-米脂气田的实际特点，确定了“多井高压集气、多井低温分离、湿气气相集输、集中脱水脱烃”的总体工艺方案。多井高压集气工艺在气田开发初期，气井压力较高时，能够充分利用地层能量，减少增压设备的使用，降低运行成本。通过将多口气井的天然气直接接入高压集气支线，再汇聚到集气干线，高效地将天然气输送至集气站。随着气田开发的推进，气井压力下降，可适时采用增压措施，确保天然气能够持续稳定地输送。多井低温分离工艺则针对气田天然气中含有一定量液态烃和水的情况，在集气站对多口气井的天然气进行低温分离。利用低温分离器，将液态烃和水从天然气中分离出来，提高天然气的质量，降低对后续输送和处理设备的影响。该工艺能够有效回收液态烃，提高资源利用率。湿气气相集输工艺是将含有液态烃和水的天然气直接通过管道输送至处理厂。这种工艺减少了井口和集气站的处理设备，降低了建设投资。在输送过程中，通过添加缓蚀剂、定期清管以及采取预防水合物形成的措施，确保管道的安全运行。集中脱水脱烃工艺在处理厂对来自各集气站的天然气进行集中脱水脱烃处理。采用大型脱水脱烃设备，实现规模化处理，提高处理效率和质量，降低单位处理成本。通过三甘醇脱水工艺和低温分离脱烃工艺，使天然气达到管输标准。在管网布局方面，采用放射状与树枝状相结合的管网布局模式。以米脂天然气处理厂为中心，构建集输主动脉，将子洲-米脂气田的15座集气站的天然气输送到米脂天然气处理厂，后经φ610管线输送至榆林天然气处理厂配气站外输。对于气井相对集中的区域，以集气站为中心，采用放射状布局铺设集气支线，确保各气井的天然气能够快速、高效地输送至集气站。对于气井分布较为分散的区域，则采用树枝状布局，从集气站引出主干线，再从主干线分支出集气支线连接各个气井。通过这种方式，既能充分发挥放射状管网布局在气井集中区域的高效集输优势，又能利用树枝状管网布局在气井分散区域的灵活适应性，降低管道建设成本，提高集输效率。集气站的建设根据气井分布和集输工艺要求，合理选址和布局。集气站具备集气、计量、分离、调压和加热等功能，选用合适的设备，确保集气站的高效运行。天然气处理厂则承担着对天然气进行深度净化处理的任务，采用先进的工艺和设备，实现天然气的脱水、脱烃、脱硫和脱二氧化碳等处理，满足管输和市场对天然气质量的要求。在设备选型与配套上，根据集输工艺和管网布局要求，选择性能可靠、高效节能的设备。压缩机、分离器、加热炉等主要设备的选型充分考虑气田的产气规模、压力变化以及天然气的组成等因素，确保设备之间的匹配和系统集成。通过自动化监测和控制系统，实现对集输系统的实时监控和远程操作，提高集输系统的安全性和可靠性。5.2集输系统工艺流程设计子洲-米脂气田集输系统工艺流程涵盖从气井井口到天然气处理厂的各个环节，各环节紧密协作，确保天然气的高效收集、输送和处理。在井口环节，气井产出的天然气首先进入井口装置。井口装置配备有采气树，采气树由油管头、套管头和采气阀门等组成，其主要作用是控制气井的生产，调节天然气的产量和压力。通过采气树上的阀门，可以实现气井的开井、关井以及产量的调节。在气井生产过程中，可能会出现压力过高或过低的情况，采气树的阀门能够及时对压力进行调节，确保天然气能够稳定地进入集气支线。从井口出来的天然气经采气支线输送至集气站。采气支线通常采用较小管径的管道，根据气井的产量和压力，合理选择管径和管材，以确保天然气能够顺利输送。在采气支线的铺设过程中，需要考虑地形地貌和环境因素，尽量避免穿越复杂地形和人口密集区域，确保管道的安全运行。进入集气站后，天然气首先进行加热处理。由于子洲-米脂气田冬季气温较低，为防止天然气在输送过程中形成水合物堵塞管道和设备，采用燃气加热炉对天然气进行加热。燃气加热炉以天然气为燃料，利用燃烧产生的热量对天然气进行加热，使其温度升高到合适范围。通过温度传感器实时监测天然气的温度，根据温度变化自动调节加热炉的燃烧量，确保天然气加热效果的稳定性。加热后的天然气进入节流阀进行调压。气井井口压力和集输管道的设计压力可能存在差异，节流阀通过调节阀门开度，控制天然气的流量和压力，使天然气压力满足后续处理和输送要求。在气田开发过程中，气井压力会随着开采时间的延长而下降，节流阀能够根据气井压力的变化及时调整，保证天然气能够顺利输送。调压后的天然气进入分离器进行气液固分离。分离器利用重力、离心力等原理，将天然气中的液烃、水和固体杂质分离出来。重力分离器是常用的分离器类型之一，天然气进入分离器后，由于气、液、固的密度不同，在重力作用下，液烃和水会沉降到分离器底部，固体杂质也会随之沉淀，而天然气则从分离器顶部排出。对于粒径较小的液滴和固体杂质，可采用旋风分离器进行进一步分离，利用离心力将其从天然气中分离出来。分离后的天然气进入计量装置进行流量、压力、温度等参数的精确计量。计量装置采用高精度的气体流量计，如涡轮流量计、超声波流量计等，能够准确测量天然气的流量。通过压力传感器和温度传感器，实时监测天然气的压力和温度，并将这些数据传输至控制系统。计量数据对于气田的生产管理和经济效益核算至关重要，能够为气田的生产调度和开发决策提供可靠的数据支持。计量后的天然气通过集气干线输送至天然气处理厂。集气干线通常采用较大管径的管道，以满足天然气的大规模输送需求。在集气干线的设计和建设中，需要考虑管道的强度、密封性和防腐性能，确保天然气能够安全、稳定地输送。根据气田的地形地貌和集气站位置，合理规划集气干线的走向，减少管道的阻力和能量损失。在天然气处理厂，天然气依次进行脱水、脱烃、脱硫和脱二氧化碳等深度净化处理。脱水采用三甘醇脱水工艺，利用三甘醇对水的强吸水性，将天然气中的水分脱除，降低水露点。脱烃采用低温分离工艺，通过节流膨胀等方式使天然气温度降低，利用各组分沸点的差异，将液态烃分离出来。脱硫采用MDEA脱硫工艺，MDEA溶液与天然气中的硫化氢充分接触，将其吸收脱除。脱二氧化碳采用醇胺法，利用醇胺溶液吸收天然气中的二氧化碳。经过这些处理后，天然气达到管输标准，通过外输管道输送至用户。各环节的操作条件和技术指标如下：在井口，天然气的压力一般在2-10MPa之间，温度约为20-40℃。采气支线的设计压力根据气井压力确定，一般略高于气井井口压力，以确保天然气能够顺利输送，管径根据气井产量在φ89-φ219之间选择。集气站中，加热炉将天然气加热至50-60℃，节流阀将天然气压力调节至1-5MPa，分离器的分离效率要求达到95%以上，计量装置的计量精度要求达到±1%以内。集气干线的设计压力一般在4-6MPa之间，管径根据集气站的总输气量在φ325-φ610之间选择。天然气处理厂中，脱水后天然气的水露点要求低于-30℃，脱烃后天然气的液态烃含量要求低于50mg/m³，脱硫后天然气的硫化氢含量要求低于20mg/m³，脱二氧化碳后天然气的二氧化碳含量要求低于3%。通过严格控制各环节的操作条件和技术指标，确保集输系统的高效、稳定运行。5.3管网设计与计算在子洲-米脂气田地面集输工程中，管网设计与计算是确保集输系统高效、安全运行的关键环节。管网的水力计算是确定管径的重要依据，通过合理的水力计算，可以保证天然气在管网中顺畅流动，减少压力损失和能耗。首先，明确水力计算的基本原理和公式。根据天然气在管道中的流动特性，采用达西-威斯巴赫公式来计算管道的沿程压力损失，公式为：\DeltaP_f=\lambda\frac{L}{D}\frac{\rhov^2}{2}，其中\DeltaP_f为沿程压力损失，\lambda为摩擦系数，L为管道长度，D为管道内径，\rho为天然气密度，v为天然气流速。摩擦系数\lambda的确定较为复杂，与管道的粗糙度、雷诺数等因素有关，可通过相关图表或经验公式进行计算。对于子洲-米脂气田的集输管网，根据实际情况，管道粗糙度取值为一定范围，再结合天然气的流量、温度、压力等参数计算雷诺数，从而确定摩擦系数。局部压力损失则根据管道中的管件（如弯头、阀门、三通等）类型和数量，采用当量长度法进行计算。将管件的局部阻力损失换算为相当长度的直管阻力损失，即\DeltaP_j=\lambda\frac{L_{eq}}{D}\frac{\rhov^2}{2}，其中L_{eq}为管件的当量长度，可通过查阅相关手册获得。在子洲-米脂气田集输管网中，不同类型的管件具有不同的当量长度，例如，90°弯头的当量长度与管径和弯曲半径有关，阀门的当量长度则根据阀门的类型和开度而定。在实际计算过程中，需要根据各管段的天然气流量、允许压力损失等参数，确定管径。一般采用试算法，先假设一个管径，根据流量公式Q=vA（其中Q为流量，v为流速，A为管道截面积）计算出流速，再代入沿程压力损失和局部压力损失公式计算总压力损失。若总压力损失在允许范围内，则该管径满足要求；若总压力损失超出允许范围，则调整管径重新计算，直至满足要求为止。在子洲-米脂气田集输管网中，各集气支线和干线的流量根据气井产量和集气站的汇集情况确定，允许压力损失则根据集输系统的整体压力要求和设备耐压能力等因素确定。管道的强度计算也是管网设计的重要内容，它直接关系到管道的安全运行。根据管道的受力情况，强度计算主要包括内压作用下的强度计算和外压作用下的稳定性计算。内压作用下，采用第四强度理论进行管道壁厚计算，公式为：\delta=\frac{PD}{2[\sigma]\varphi-P}，其中\delta为管道计算壁厚，P为管道设计压力，D为管道外径