集輸管道設計影響因素
概述
煤層氣田的特點是煤層氣（煤層氣）組分較純，氣田單井產量低，井網分布密集且井口數量眾多，井口壓力一般在0.5 bar 左右，壓力較低。常見的煤層氣田集輸工藝一般為低壓集氣、多井串接、集中增壓。由於煤層氣田集輸壓力較低，需建設大量管道，投資費用高。研究煤層氣集輸管道設計影響因素及其規律對管道參數設計和最佳化、降低管道總體投資具有重要意義。本文採用多相流模擬軟體OLGA 建立了煤層氣集輸管道水力計算模型，模擬分析管道流量、管徑、含水率、進站壓力對管道壓降參數的影響。
1 基礎參數
管道集氣站進站壓力0.5 bar，井口流量150 kg/h，管徑150 mm。模擬使用的煤層氣帶有少量的游離水，含水率為0.50%。
2 計算結果分析
2.1 流量影響計算結果
集氣站的進站壓力設為0.5 bar，管道總長為5 公里，由於管道最大高程差低於100 m，可認定為該集氣管道的水平管道，管徑設定為150 mm。煤層氣單井產量較低，因此，本次計算選取了50 kg/h至400 kg/h 的8 種井口流量，可包括大部分煤層氣田的實際井口流量值。
在管徑和進站壓力固定時，管線壓降隨著流量的增加而增大。當流量為50 kg/h 時，管道沿線壓力從0.509 bar 降低到0.5bar，壓降為 0.18×10-5 bar/m；當流量增大為 400 kg/h時，管道沿線壓力從 0.783 bar 降低到 0.5 bar，壓降為 5.66×10-5 bar/m。這是由於在相同管徑的條件下，流量與流速成正比，而摩擦阻力與流速的平方成正比，因此，在管道內壁阻力的作用下，流量的逐漸增加導致壓降越來越大。
2.2 管徑影響計算結果
集氣站的進站壓力設為0.5 bar，管道總長為5 公里，管道流量為150 kg/h，選取了8 種管徑。在相同流量工況條件下，管線壓降隨著管道的增大而顯著減小。管徑對管道壓降影響較大，當管徑為80 mm 時，管道沿線壓力從1.244 bar 降低到0.5 bar，壓降為14.88×10bar/m；當管徑增大為300 mm 時，管道沿線壓力從0.502 bar 降低到0.5 bar，壓降為0.04×10bar/m。因此，管徑的增大會顯著減小管道的壓降。管徑80 mm 至150 mm 範圍內的管道壓降變化幅度較大，管徑150 mm 至300 mm 範圍內的管道壓降變化幅度不大。因此，當管徑增大到一定程度時，增大管徑對降低管道壓降作用不大。這是由於當流量一定時，管徑越大，管道的截面積就越大，流速越小，管道的摩阻就會越小，壓降變化也就會越小。
2.3 含水率影響計算結果
集氣站的進站壓力設為 0.5 bar，管道總長為 5公里，管道流量為 150 kg/h，管徑設定為 150 mm，選取了不同含水量進行計算。煤層氣內的含水率的變化對管道壓降變化的影響不明顯。當含水率為0.20% 時，管道沿線壓力從0.558 7 bar 降低到0.5 bar，壓降為1.175×10bar/m；當含水率增大為1.00%時，管道沿線壓力從0.558 6 bar 降低到0.5 bar，壓降為1.172×10bar/m。
2.4 進站壓力影響計算結果
設定管道長度5 km，管道流量為150 kg/h，管徑設定為150 mm，針對管道進站不同壓力工況進行計算。當進站壓力為0.5 bar 時，管道沿線壓力從0.558 7 bar 降低到0.5 bar，壓降為1.175×10bar/m；當進站壓力增大為0.6 bar 時，管道沿線壓力從0.601 9 bar 降低到0.6 bar，壓降為0.039×10bar/m。壓降較為明顯。但是隨著進站壓力繼續增大到1 bar時，管道沿線壓力從1.001 2bar 降低到1 bar，壓降為0.024×10bar/m。壓降降低的幅度並不明顯。
3 敏感因素分析
根據管道壓力梯度的變化程度判斷管道流量、管徑、含水率和進站壓力對管道參數影響的敏感性。當壓降變化幅度超過5×10bar/m 時，即認為管道對該參數敏感。從上述計算結果可以得到煤層氣集氣管道參數的敏感性情況。
4 結論及建議
（1）管徑和流量是影響煤層氣集輸管道參數設計的關鍵影響因素，且管徑的影響最大，應著重考慮管徑的影響，以達到在設計過程中的最佳化目標。
（2）儘管增大管徑對管道計算的影響很大，但是當管徑增大到一定值時，繼續增大管徑不再明顯影響管道壓降，因此，在集輸管道設計中，存在一個最優管徑。
（3）煤層氣氣質較純，含水量不高，且隨著含水量的增高，管道壓降變化幅度很小，但是，當含水量過高時，應考慮管道內積液量的增加帶來的管道排液問題。
