摘 要

随着常规天然气储量的减少，能源需求增加，页岩气作为一种巨大的潜在非常规天然气能源，在能源消耗中起着越来越重要的作用。在我国的页岩气资源较为丰富，在我国的应用前景良好，但我国页岩气的开发和研究仍存在不足，集输技术较为落后，在地面集输系统工程方面还缺少国家制定的相关行业标准和规范，以及可参考的设计经验。

本文是对页岩气田集输系统的初步设计研究，一方面借鉴了国内外先进技术和经验，另一方面综合考虑了我国页岩气储层的地质特征。本页岩气地面集输工程采用“井口—采气管网—集气站—外输”，进站方式采用了单井来气直接进站，单井原料气经井下节流，井场装置直接入采气管线，管网集输系统经过K-means聚类法分析后选择用放射状状采气管将采出气输送至集气管。将天然气汇入集气站，在集气站内进行常温分离计量、脱水、脱硫处理后，采用两条枝状管网集输至集气总站，净化后的天然气通过外输管道集中进入下游用户，其中包括气田消防、污水处理、防腐等配套工程的设计。

关键词：页岩气；页岩气田集输系统；页岩气地面集输工程；K-means聚类法分析

Abstract

As conventional natural gas resources continue to decrease and energy demand continues to increase, shale gas's status as a huge potential unconventional natural gas energy in energy consumption is gradually increasing. The shale gas reserves in China are very rich and have good development prospects. But the research and evolvement of shale gas is still in a slow place in China. The development of collection and conveyance technology lags behind, and the shale gas ground collection and conveyance system project still lacks relevant national, industry standards, experiences and can be used for reference.

This paper is a preliminary design study on the collection and conveyance system of shale gas. On the one hand, it absorbs the greater technology and experience from other countries, on the other hand, it comprehensively considers the geological characteristics of my country's shale gas reservoirs. The shale gas surface gathering and transmission project adopts “the wellhead - Gas Pipeline Network - Gas Gathering Station - export transmission mode”. The way to the train station adopts single well incoming gas to go in the collection place directly. The Single-well raw material gas is throttled downhole. After analyzing the pipe network collection and conveyance system and the gas production pipeline by K-means clustering method, the radial gas production pipe is used to transport the produced gas to the gas gathering pipe. After the natural gas is collected into the gas collection place for normal temperature discrete metering, dehydration and desulfurization process, two branch pipe networks are used to gathering the purified natural gas to the gas gathering station, and the purified natural gas focus on the downstream users through the export pipeline, including the design of gas field fire protection, sewage treatment, anti-corrosion and other supporting projects.

Key Words：Shale gas；Shale gas gathering system；Shale gas surface gathering and transmission project ；K-means cluster analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外的研究现状分析 1

1.2.1 国外研究现状分析 1

1.2.2 国内发展状况 2

1.3 设计目标 3

1.4 设计基本内容 3

第二章 设计基础 5

2.1 环境概况 5

2.1.1 地理位置 5

2.1.2 地形地貌 5

2.1.3 气候气象 5

2.2 设计参数 5

2.2.1 气样组分 5

2.2.2 生产井基本数据 5

2.2.4 产品质量指标 6

第三章 井场设计 7

3.1 井场概况 7

3.2 井下节流工艺设计 7

3.3 井场装置工艺计算 7

3.3.1 节流降压计算 7

3.3.2 节流阀计算 8

3.3.3 Y区块水合物生成计算 8

第四章 集输管网设计 10

4.1 集输方案概述 10

4.2 总体布局方案设计 10

4.2.1 总体布局的原则 10

4.2.2 总体布局方案 10

4.3 集气管网系统布局方案确定 10

4.3.1 管网布局类型 10

4.3.2 管网系统布局 12

4.3.3 确定布站方案 15

4.4 集输管道工艺计算 16

4.4.1 设计特点 16

4.4.2 集气管线工艺 17

第五章 集气站设计 23

5.1 集气站概况 23

5.2 集气站平面布置 23

5.2.1 总平面布置原则 23

5.2.2 集气站平面布置设计 23

5.3 集气站工艺流程 24

5.3.1主要功能 24

5.3.2工艺流程 24

5.4气液分离、计量 24

5.5 脱水工艺 25

5.5.1 脱水方案比较 26

5.5.2 三甘醇（TEG）脱水工艺流程 26

5.5.3 三甘醇脱水工艺计算 27

5.6 脱酸、脱CO2工艺 30

5.6.1 工艺流程 30

5.6.2 工艺设计参数 30

5.6.3 工艺参数计算 30

5.7 污水处理 31

5.7.1排水处理原则 31

5.7.2污水处理方法 31

第六章 防腐及阴极保护 33

6.1防腐保温范围 33

6.2 站外埋地管线外防腐层的选择 33

6.3 阴极保护 34

6.4 站内管道、设备防腐方案 35

6.4.1 站内管道外防腐 35

6.4.2 站内设备防腐 35

第七章 消防设计 36

7.1 设计原则 36

7.2 消防服务对象和范围 36

7.3 消防设计方案 36

7.3.1 工业消防设计方案 36

7.3.2 消防设施 36

结论 37

参考文献 38

致 谢 40

第一章 绪论

1.1 目的及意义

当前，天然在我国能源行业中的占比越来越大，可是常规的油气资源随着开发程度的变大在不断减少，但是我们对于能源的需求量却不断增加，作为具有潜在非常规天然气能源的页岩气在能源消费中的地位进一步提高了。我国就有非常丰富的页岩气储备量，发展前景良好，但我国的页岩气勘探开发技术仍处于起步阶段，集输技术发展比较落后，目前，我国对于页岩气的开发研究还未非常的深入，还局限在地藏和地质研究的阶段，在地面集输系统方面的页岩气相配套的工艺技术还未成熟，同时我国对于相关的行业标准、规范的制定还未系统规划，同时对于页岩气相关项目的经验也有所不足。

页岩气指的是主要以吸附或者游离状态存在于暗色泥页岩或高碳泥页岩中的天然气，它的主要成分为甲烷。页岩气多孕育在有机质含量高的页岩烃源岩地层中，分布范围广，能连续集气，并且能够自产生自储备，这就使得页岩气井具有很长的开采时间。页岩气田一般采取滚动式开发模式进行开采，因为页岩气开发在开发周期内产量没有规律，生产参数也不确定，开发初期产能和压力波动大但压力在短时间内下降的很快、井数繁多、地理条件复杂等特征。