降低调峰型储气库注采集输管道投资的措施

杨 帆，崔晓波(.河南省豫南燃气有限公司，河南驻马店463000；.中国市政工程华北设计研究总院有限公司 第十设计研究院，天津300074)

1 概述

随着天然气行业的快速高效发展，调峰型储气库在稳定天然气管网压力、平衡区域供气等方面发挥了重要的储气调峰作用。

在调峰型储气库地面工程中，注采集输管道是连接注采井场与集注站的纽带，一般包括3条管道，分别是注气管道、采气管道、计量管道。由于注采集输管道设计压力高、设计温度低，管材等级高，注采集输管道投资较大。

以国内某调峰型储气库工程为例，注采井场至集注站之间集输管道分别设置了注气管道、采气管道、计量管道3条管道，管道长度均为6.5 km，所经地区为三级地区，管材均为Q345E无缝钢管。其中，注气管道规格为D219×24，设计压力为32 MPa；采气管道规格为D273×16，设计压力为13.2 MPa；计量管道规格为D114×7，设计压力为13.2 MPa。本工程集输管道总投资(不含临时征地费及赔偿费)为1 941×104元，其中管材费为1 288×104元。

2 注采集输工艺流程

注采井场是天然气进出地下储气库的厂站，集注站则承担着天然气增压、净化、调压的功能，它们之间的注采集输管道将注采井场与集注站相连，承担着输送天然气的任务。调峰型储气库的工艺流程分为注气流程和采气流程，见图1。

图1 调峰型储气库工艺流程

注气流程和采气流程不同时进行，以注采井A为例，具体流程如下。

① 注气流程

当需要注气时，打开切换阀A、紧急切断阀，关闭切换阀B、切换阀C、切换阀D，从集注站的注气增压装置来的天然气，通过注气管道进入注采井场的注气汇管，通过切换阀A、止回阀和紧急切断阀进入注采井A，注入地下储气库。注采井B的注气流程与注采井A的注气流程相同。此时采气管道和计量管道均不工作。

② 采气流程

当需要采气时，打开切换阀B、切换阀C、紧急切断阀，关闭切换阀A、切换阀D，注采井A采出的天然气通过紧急切断阀、切换阀B和切换阀C进入采气汇管，然后通过采气管道输送至集注站的净化调压装置进行处理，之后外输参与调峰。注采井B的采气流程与注采井A的采气流程相同。

③ 计量流程

在采气流程正常运行时，当注采井A采出气需要计量时，保持紧急切断阀、切换阀B开启状态，打开切换阀D，关闭切换阀C，注采井A采出的天然气通过紧急切断阀、切换阀B、切换阀D进入计量汇管。之后通过计量管道进入集注站的计量分离器，对采出气进行气液分离。然后通过气相流量计Q1计量采出气产量，通过液相流量计Q2计量采出液产量，从而得出注采井A在某时间段内的产量。计量装置在同一时间只能对某一口注采井进行计量。注采井B的计量流程与注采井A的计量流程相同。

3 管道投资影响因素

首先，对管道投资影响因素进行分析，得出权重最大的影响因素。然后，对该影响因素进行深入研究，提出降低该影响因素相应投资的措施，进而达到降低注采集输管道投资的目的。

通过对集输管道投资项进行分析，在不考虑临时征地费及赔偿费的前提下，集输管道投资主要由管材费、施工安装费、水工保护费、管道附属设施费、管道试压干燥费等组成。根据本工程及相似项目造价统计，集输管道投资影响因素排序见表1。

由表1可知，管材费占集输管道投资的50%以上，占比最大，是影响注采集输管道投资的最主要因素。

表1 集输管道投资影响因素排序

因此，从降低注采集输管道管材费入手，是降低注采集输管道投资最直接、最有效的手段，投资降低效果会最明显。

对管材费进行分析，得出造成管材费高的原因主要有2个：注采集输管道多、管材钢级低。

① 注采集输管道多

注采井场与集注站之间注采集输管道共有3条，分别为注气管道、采气管道、计量管道。管道数量多，导致管材费高。

② 管材钢级低

注采集输管道操作压力高，注气期最高操作压力可达30 MPa，采气期最高操作压力可达10 MPa。由于节流降温作用，采气管道运行温度可低至-30 ℃。采气管道设计温度一般取-40 ℃，为了适应低温工况，采气集输管道材质采用Q345E，屈服强度为345 MPa。该材质钢级低，在设计压力下，管道壁厚大，导致管材费高。

4 降低投资措施

针对影响注采集输管道管材费高的2个主要因素，本工程提出以下3条优化措施，同时实施，以降低集输管道投资。

4.1 取消计量管道

将集注站的计量分离器、流量计等相关装置改造为移动式计量橇，并将其设置在注采井场，结合注采井场内单井计量自动切换阀组，实现注采井的自动切换计量。移动式计量橇可以在注采井场实现对每口注采井的产气、产液分别计量。因其采用模块化构造，可移动至其他需要计量的注采井场，实现共用。

采取此措施后，取消了注采井场与集注站间的计量管道。以本工程规格为D114×7的计量管道为例，取消计量管道可直接降低注采集输管道管材费约101×104元。

4.2 注气管道与采气管道合一

4.2.1 工艺流程

由于注气、采气分期运行，具有实现注气管道与采气管道合一的前提。注采集输管道合一设置流程见图2。

图2 注采集输管道合一设置流程

① 注气流程

天然气由集注站注入注采井场，打开阀门3、阀门4，关闭阀门1、阀门2、阀门5、阀门6。从注气增压装置来的天然气通过阀门4进入注采集输管道，通过阀门3进入注气汇管，然后通过注采井注入地下储气库。

② 采气流程

天然气由注采井场采出输往集注站，打开阀门1、阀门2、阀门5、阀门6，关闭阀门3、阀门4，从采气汇管来的天然气通过阀门1、阀门2，进入注采集输管道输送至集注站，通过阀门5、阀门6进入净化调压装置，处理后的天然气进行外输。

4.2.2 注意事项

① 采气期结束后，管道内残留凝液，需要及时进行注采集输管道的清管作业，防止残留凝液被注入气推入地层，造成地层污染，影响天然气纯度。

② 注气期操作压力较高(30 MPa)，采气期操作压力相对较低(10 MPa)，压差较大，为了防止注采集输管道合一后可能发生的注、采连通处窜气，需要在压力分界隔离阀(阀门2和阀门5)处设置八字盲板，防止注采连通处窜气造成采气设施超压。

4.2.3 效果

注采集输管道合一设置，可以大大降低注采集输管道的管材费。以本工程为例，原D219×24注气管道变更为D273×29注采管道，原D273×16采气管道取消，可以直接降低注采集输管道管材费约232×104元。

4.3 提高管材钢级

在相同压力、管径、强度设计系数、温度等条件下，管材的屈服强度越高，管道壁厚越小。在GB/T 9711—2017《石油天然气工业 管线输送系统用钢管》第6.1.2 条表1中，筛选出比Q345E具有更高屈服强度的无缝钢管，初选PSL2的X65Q等级钢材(屈服强度为450 MPa)作为替换钢材。

由于X65Q钢级的钢材耐低温性能差，需对其化学成分进行调质，对调质后的X65Q钢材进行标准夏比V形缺口冲击试验来测定其韧脆转变温度，确定其是否可用于制造注采集输管道。通过试验，调质后的X65Q管线钢韧脆转变温度为-62 ℃，可以满足注采集输管道设计温度-40 ℃的要求，因此，调质后X65Q管线钢可作为注采集输管道用钢材。

本工程注采集输管道选用调质后的X65Q无缝钢管，D273×29注采集输管道可更换为D273×24，能够直接降低注采集输管道管材费约148×104元。

4.4管材费降低效果

综上所述，采用以上3种降低注采集输管道投资的措施后，管材费由1 288×104元降至807×104元，降低了481×104元。

5 结语

采用取消计量管道、注采管道合一、提高管材钢级等措施，可以有效降低调峰型储气库注采集输管道的投资。目前该系列措施已成功应用于板南储气库G3注采井场注采集输管道项目，该项目于2018年11月建成，同年12月投产运行，采用该优化措施后，初步测算注采集输管道(长度约5 km)投资可减少350×104元。通过对注采集输管道设计方案及注采周期内生产运行情况调查，优化后的方案能很好地适应储气库注、采不同期的运行特征，充分满足储气库注采气双流向、高低压、高低温、单井独立计量的运行工况，取得了可观的经济效益、社会效益和技术效益。