煤层气是指与煤炭共伴生、赋存于煤层及围岩中、以甲烷为主要成分的混合气体。矿场集输是把气井采出的煤层气经过加热、降压（或加压降温）、分离、增压、脱水、计量后，集中起来输送到输气干线或脱硫、脱水厂的过程。其中主要设备有：

1、采气流程：从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输送的合格煤层气的各种设备组合；

2、采气管线：从煤层气井场出站截断阀到集气站进站截断阀之间的管线。

3、集气管线:从集气站到中心处理站之间的管线;

4、集气站场：收集若干口煤层气井所产煤层气并具有收集、增压、储运等功能的站、库、厂、场；

5、中心处理站：收集若干个煤层气集气站的煤层气并具有脱水、除尘、增压等功能的场所。

一、煤层气矿产集输系统装置概述

煤层气矿产集输实训系统是以煤层气集输工职业岗位需求为出发点，以职业能力培养为核心，以煤层气集输生产过程为导向，参照煤层气集输工职业资格标准，以排采集输设备为载体，以真实情境为依托，按照学员的认知规律安排学习内容。

通过学习观摩应用煤层气矿产集输实训系统；目的是让学生熟悉煤层气排采系统构成、工艺装置及工作原理、设备结构、生产应用和基本操作，初步熟悉煤层气矿产集输系统工艺特点，培养学生理论联系实际及解决实际问题的意识和能力，并为专业课程的学习及今后工作打下良好的基础。实现对系统设备内部结构的形象化教学；使学生不出校门就能感受各区工作环境、工作过程、集输工艺深入了解，达到站场现场实习的目的。

1、使学员熟悉和了解气井排采系统流程（钻井、压裂、排采）及设备功能；
2、熟悉采气设备（有杆抽油泵、螺杆泵以及潜油电泵）类型与结构功能；
3、使学员熟悉和了解集气站工艺管线分类形式及功能；
4、使学员熟悉和了解集气站结构布置流程及设备功能；
5、使学员熟悉和了解过滤分离结构工艺流程及设备功能；
6、使学员熟悉和了解集气站增压系统流程及设备功能；

7、使学员熟悉和了解计量站结构布置流程及设备原理；
8、使学员熟悉和了解中央处理供气站系统流程及设备原理；
9、使学员熟悉和了解中央处理厂增压装置流程及设备功能；

10、使学员熟悉和了解中央处理厂脱水装置流程及设备功能；
11、使学员熟悉和了解放空工艺结构布置流程及设备功能；
12、使学员熟悉和了解排污及水处理系统结构布置流程及设备功能；
13、使学员掌握煤层气采集输过程中设备的主要功能、操作与维护基本知识；

14、学员能够利用所学理论和操作技能完成煤层气集输基本岗位工作任务；

15、使学员具备今后从事煤层气开采中集输工作打下基础，具备集输工素质。

为保证煤炭企业安全生产和煤层气开发的经济效益，石油与煤炭企业共同进行规划部署，实现“以采气保采煤，以采煤促采气，采气采煤协调发展”。依据煤矿首采区年限与煤层气井服务年限相结合，以煤层气水平井服务年限为基数，根据煤矿开采划分出煤矿首采区，在煤矿排采瓦斯不同阶段采用不同开采方式，使煤层气地面抽采与煤矿瓦斯排采有机结合，由此形成采气采煤协调发展的开发模式：

二、规格型号及配置：

1、型号规格：10000×3000×1500mm

2、设备电源：

220V.50HZ,电流≤5A，灯泡负载电压6-12V；具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。

3、主要材质：

进口聚氨脂、玻璃钢、工程塑料、演示系统、语音系统；框架承台采用角钢焊接支撑；设备有机玻璃制作、内部结构透明可见，便于观察了解其内部结构。管线采用有机玻璃管线连接；工艺中灯光采用LED实现。本装置采用电气动态运转、演示。设备之间连接管道用直径Φ10-20mm有机玻璃管加工制作，内加不同颜色LED流水灯演示生产过程；

4、中控中心：
（1）控制柜配置：

静电喷塑工艺/机械锁；I/O控制平台；系统构成: 开放式的控制平台、人性化的中文操作界面、交互式的控制结构；输入端口:8路独立可编程RS-232控制接口、8路数字I/0输入；输出端口: 20路独立 发射口、20路数字I/0输出口；电力输入:110V-240V；电力输出: 20路控制接口。

（2）电气部分：

主要有电源模块、按钮模块、可编程控制器（PLC）模块、变频器模块、接线端子排等组成。所有的电气元件均连接到接线端子排上，通过接线端子排连接到安全插孔，由安全接插孔连接到各个模块。结构为拼装式，各个模块均为通用模块，可以互换，能完成不同的实训项目。

（3）计算机：

1）英特尔®奔腾 处理器G3240（3M缓存，3.1GHz）。2）主板：Inbbb H81或以上芯片。3）内存4G DDRIII 1600MHz或以上。4）≥500GB SATA3 6Gb/s（7200转）硬盘，带有硬盘故障保护技术，提供故障前保修，硬盘数据保护技术，硬盘防震设计；5）原厂隔电防水键盘+光电鼠标。6）AMD Radeon HD 84702G128bit或同档次其他型号三头DVI+VGA+HDMI（可以支持最多3个输出）显卡。7）20寸LED宽屏液晶显示器。

（4）投影仪：

1）标准亮度≥3300流明（ISO标准）；2）对比度≥10000：1；3）标准分辨率1024×768，最大分辨率：1920×1200，兼容16：10，16：9；4）幕布类型：电动幕；对角线：250英寸；幕布比例：4:3；幕布基材：软幕；安装方式：壁挂式。

（5）音箱：

1)频率响应：68Hz - 20kHz(±3dB)；2)额定功率：150W；3)峰值功率：300W；4)额定阻抗：8Ω；5)灵敏度：93dB/w/m；6)最大声压级：121dB；7)组件：6″+1.4″Horn；8)辐射角度：60°H×40°V。

5、系统操作：

系统操作实现以教学功能为基础，通过工艺操作流程为引导，结合实时操作，关键步骤规范要求、设备对应选择操作来完成系统任务操作实训；采用专业开发的“易控”软件设置界面系统；完成煤层气排采、集输生产仿真运行等实训。实现计算机操作与模拟设备操作一体、控制生产工艺；通过软件控制操作完成，控制系统模拟生产操作，可分段显示生产过程物料走向动态情况。设备软硬结合且可虚实联动，属于智能化教学实训装备。
（1）控制设备的运转、灯光演示功能；计算机生动丰富的多种界面表现形式；
（2）具有语音讲解系统，同步描述煤层气采集输工艺装置的原理运行及设备功能；生产装置的图文、信息系统内容的解说；
（3）煤层气排采、集输系统模拟装置工艺运行过程演示；煤层气集输系统模拟装置分段工艺运行过程演示；煤层气排采、集输系统介绍；煤层气集输系统模拟装置主体设备结构展示及介绍。

三、设备技术参数：

煤层气排采、地面集输工艺是从采气井场、采气管网、集气站、集气干线、集中处理增压站组成的站场。煤层气排采、集输模拟实训系统根据煤层气系统生产的设备设施、站场管道等配置工艺特点；完整系统地制作的微型还原“煤层气排采、集输系统”。装置选用先进建筑材料和技术媒体，机械，电子与现代化手段匹配；采用电动灯光、立体、透视、标识、色彩等现代化技术，使这一“微型工厂”逼真、美观且颇有动感，适应煤层气采集工程、储运工程有关的实验认知教学，是现代专业的直观教学设备之一。

排采、地面集输工艺流程为：

采气井场(初步分离、计量)、采气管网、集气站(二次分离、调压、计量、一级增压)。集气支线、集气干线、集中处理增压站(脱水、净化、调压、计量、二级增压)、外输管道、用户。

1、 煤层气排采系统：

主要有梁氏泵、电潜泵、螺杆泵，系统按区域设置布局，显示地层剖视，地下部分、地上部分结构分色处理，演示采气工艺运行；游梁式抽油井、电泵井、螺杆泵井、阀组、集气水管线等；台座剖视，配合灯光模拟油层显示，依据现场按比例制作；模拟演示采油井口系统及操作；原理及工艺装置说明如下：

（1）梁氏泵

将抽油泵下入到井筒液面以下的适当深度，泵柱塞在抽水机的带动下，在泵筒内作上下往复抽吸运动，从而达到从油管内抽吸排水、降低液柱对井底的回压，从油套环形空间采出煤层气的目的。

1）梁氏泵排采运作过程：

①电动机通过三角带传动，带动减速器。

②减速后由曲柄、连杆、横梁和游梁等四连杆机构把旋转运动变驴头往复运动。

③驴头带动光杆和杆柱作上下往复动。

④抽油杆将往复运动传给井下泵柱塞。

⑤抽油泵筒的下部装有固定阀，柱塞上装有游动阀，在抽油杆往复运动时，完成抽油泵的排出和吸入过程。

2）梁氏泵组成结构：

地面部分-游梁式抽油机，电动机、减速箱、四连杆机构；

井下部分-抽油泵，悬挂在套管内油管的下端；

连接部分-抽油杆，由一或几种直井直径和钢级的抽油杆和接箍构成。

3）梁氏泵采气工艺流程：

油管内排水的流程和油管环形空间采气流程；

排水流程：水—分离器—深井泵—抽油机—抽吸水—油管—油管头—高压三通—油管出口线—地面—排液池。

排气流程：井下分离器—气水混合物—油管环空环—大四通—高压输气管线—地面—气水分离器—集输装置或火把。

（2）电潜泵

潜油电泵的泵体及其辅助部分安装在油管的最下端，下至井内被抽吸液体中的预定位置，将井筒内的液体（水）从油管中迅速排出，降低井筒内的液面高度。

1）电潜泵排采地面和井下设备组合为：

①动力电缆将地面电力送至井下电机。

②保护器防止井液进入电动机。

③电机带动离心泵工作。

④井液经气体分离器进入离心泵。

⑤离心泵泵送井液，井液具有动能。

⑥动能转变为压头，井液举升至地面。

2）电潜泵组成结构：

旋转式气体分离器、多级离心泵、单流阀、油管、井口装置；

3）电潜泵采气工艺流程：

井液通过旋转式气体分离器、多级离心泵、单流阀、油管、特种采气井口装置被举升到地面排水管线，进入排水池计量处理。气水混合物经油、套管环形空间、井口装置、高压输气管线进入地面分离器，分离后的煤层气进入输气管线集输。

（3）螺杆泵

1）原理：主要工作部件是定子和转子，定子与泵外壳连成一体并连在油管的最下端，下至井内并沉没于被抽吸的井液中。转子和定子密切配合形成一系列封闭腔和空腔，其不断形成、运移、消失，实现泵送液体，并将液体排出井口。

2）螺杆泵排出地面和井下主要设备为：

①电控箱通过电缆控制电动机的起停。

②减速箱传递动力和实现减速，其输入轴连接电动机，输出轴连接光杆。

③动力由光杆通过抽油杆传递到井下螺杆泵转子。

④转子上部与抽油杆连接，定子固定于钢管内，其上端与油管连接，转子位定子内转动，实现抽吸功能。

⑤当转子旋转时，即将井液和气体从油管内举升至地面。

3）螺杆泵采气工艺流程：

地面装置：电动机和皮带轮，驱动抽油杆和井下泵井下泵：关键部件包括转子和定子，转子由高强度钢加工而成，呈单外螺旋形，定子由耐磨合成橡胶铸成，呈双内螺旋形，转子在定子内转动，将流体输送至油管并举升至地面。

2、煤层气地面集输系统

煤层气集输是把气井产出的分散煤层气进行集中、输送和必要的处理，并将合格的煤层气集中到集气站，处理站；再送往用户利用的过程。煤层气集气系统多采用二级布站方式，即将各单井来气用采气管线串接后再汇集到采气干线至阀组或直接输送至集气站；在集气站中进行过滤分离、增压、二次分离、计量后通过集气管线至处理厂、压缩天然气站或液化天然气站。

（1）计量

为了改善气井管理，需要对每口井的产气量、产水量、压力、温度进行计量。对于多层位的产气井，还应对每一产层的产量进行估测。

1）水计量系统：常用的水计量方法有3种：正排量流量计、涡轮流量计和计量桶。实训系统采用计量桶工艺；用于井口收集产出水，并记录容器装满水所需的时间，由此换算成每日产水的桶数。

2）气计量系统：煤层气通常要进行单井计量和中央销售点计量。主要流量计有孔板流量计和涡轮流量计；差压式孔板流量计通过测量安装在管线中的孔板流量计上下游的压力差来计量气体流量。

（2）分离

煤层气井井身采用生产套管中下入油管的结构，使气水在井下得到初步分离。不管是从油管产出的水，还是从套管产出的气都需要在井口作进一步分离，然后再分别输送到气水处理点和销售点。

产出流体通过管线从井口输送到分离器，气流进入分离器。气相回转向上进入顶部腔室均匀通过除雾器，分离器气体管输至计量设施；水通过控制阀从分离器底部排出至储水罐，煤粉杂质随着水一起向下降至底部排污口排出。分离器外部装备有一个气体加热的水套，用自然通风燃烧器加热以免冬天水结冰。分离器入口设置控制阀，超过操作压力时关闭气源。

（3）集气站

把从气井采出的含液固体杂质的一定压力煤层气变成适合矿场输送的合格煤层气的各种设备组合；来自各井口的煤层气进入站场，经气液分离后，气体进入压缩机组增压，经冷却分离后，计量外输。分离出的污水进入排污池，排污池设有放空管，污水中残留的气体经放空管引至安全处放空。

1）集气管线

煤层气集输系统的划分以井场到集气管道的连接形式为依据，将其分为单井直接进站式、串接进站式、集气阀组进站式和井间“枝上枝”串接进站式。通过单井采气支线把相邻几口气井采出的煤层气串接到采气干线汇集后进入集气站，主要有井间串接和就近插入两种形式，管线直接输送到集气站。

2）集气站流程:

来自各井口的煤层气进入站场，经气液分离后，气体进入压缩机组增压，经冷却分离后，计量外输。分离出的污水进入排污池，排污池设有放空管，污水中残留的气体经放空管引至安全处放空。煤层气进入站场的压力低，常低于0.1MPa，在集气站需进行几级压缩达到外输压力；

（3）、中央处理厂流程：

煤层气从各集气站经集气干线进入处理厂，经增压脱水处理后，达到天然气国家标准的气质要求后外输。将所有产气经过过滤、调压、计量和缓冲后进入压缩机组，压缩至将所有产气经过过滤、调压、计量和缓冲后进入压缩机组，压缩至25MPA并经过深度脱水后，经加气柱加气销售；主要工艺过程为增压和脱水，脱水工艺采用先增压后脱水（三甘醇脱水）的工艺。集中处理增压站的功能是将全气田煤层气收集，分离净化。煤层气出集中处理站后去两个不同用户：第一路去已建的CNG站，主要是将煤层气分离、净化、计量后再压缩，充入CNG气瓶车外运；另一路去外输管道，煤层气需进行增压和脱水净化，气质达到外输天然气要求，经交接计量后进入外输管道。

1）增压工艺流程：

煤层气集输系统增压方案在满足管网本身结构、工艺技术和用户约束条件下，合理选择增压站位置、数量和运行参数等，煤层气井口压力较低以及气田产气量先增加后减少的特点，在采气干线管径一定情况下，当井场压力降低到一定值或产气量达到一定值时，气体无法进入集气管网。则进行增压，以保证气体顺利的进入采集气管网。

增压方式有：单井增压，两级增压、三级增压、集中增压；本实训装置采用集中增压方式模拟。集中增压是集气阀组来气通过集中增压站的压缩机进行增压，通过一次增压来满足管道外输压力的要求。适用于井口不需要加压仅靠井口压力就能使气体达到集中增压站的气田，本增压方式在“晋城沁南煤层气田端郑采气区”得到了应用。集中增压也可称为中心压缩系统，在集气压缩中心站，几台压缩机并联在一起，只需一个吸入汇管、一套脱水装置、一套计量装置加热部分是为了预防在节流降压过程中气体温度过低形成水合物，注入抑制剂来防止水合物的生成。若气体压力较低，节流后不会形成水合物，集气站的流程简化为：节流-分离-脱水-计量-输出；集中单井口来气，经过过滤、调压、计量和缓冲，进入压缩机；经长输管线进入供气站。

2）脱水计量处理工艺流程：

脱水装置内主要工艺设备包括煤层气脱水吸收塔、三甘醇再生橇；呈饱和状态的湿煤层气由吸收塔下部进入吸收塔的气液分离腔，进一步分离掉可能被带入吸收塔的游离液体。经过吸收塔升气管进入吸收段。在吸收段自下而上在8层泡罩盘上与从塔顶部进入的贫三甘醇充分接触，传质交换进行脱水。脱除掉水分的煤层气经塔顶捕雾丝网除去大于5I.Lm的甘醇液滴后出吸收塔。出塔后煤层气经过套管式换热器，与进塔前热贫甘醇换热，以降低进塔三甘醇的温度。

3)、放空流程

集气站各部分放空分别进入放空总管，放空管设置在全年最小频率风向的上风

侧，距离站场距离不小于40m。放空系统主要包括：来气进站放空、分离器放空、压缩机组放空、二次分离器放空、收发球筒放空、外输放空等。

3、污水处理的工艺

排污流程：

集气站各部分排污分别接入排污总管，最后进入污水罐，由污水罐车拉运统一处理。排污系统主要包括：分离器排污、压缩机组排污、二次分离器排污、收球筒排污等。进入水处理厂的污水，称原水。经系统处理后的污水称为净化水。净化水的水质要求取决于水的用途。不同水质的要求又决定了所采用的处理方法。物理处理方法：包括重力分离、离心分离、过滤、气浮、蒸发和活性炭吸附等。其中，重力和离心分离、气浮、过滤等为常用的处理方法。

煤层气废水是伴随煤层气的开采产生的。煤层气井通常布置在一起，煤层气废水共用一个管道。这些煤层气废水先流入一个臭氧扩散池。臭氧在废水流进扩散池注入氧化废水中的铁和锰等金属，对有机化合物和天然粘土进行絮凝、混凝和凝聚。臭氧扩散池采用锥形底，以便聚集废水中的固体；最好可以手动或自动将臭氧池里的废水排入蒸发池进行处理；

4、实训装置展台参数：

结构主体承重部分台座建筑结构采用型钢制作，保证的牢固耐用，用奥松板制作龙骨，底座高不低于650 mm，边框不小于10 mm宽，采用国标2 mm以上不锈钢包边。

四、安装、培训：

煤层气排采、集输模拟实训系统突破了单一井站流程模式，实现了采气井场、过滤分离、集气站、增压站、脱水计量站、清管外输等全过程仿真模拟；动态演示，形象逼真，仿真性强，使人有身临其境的感觉。具有很高的观赏性，直观性,实用性。装置具有工艺特征和典型设备的内部结构，使学生不出校门就掌握了实习所需掌握的大部分内容，使学生在宝贵的工厂实习时间里，去真正实习生产、实习操作和控制，完成一个高起点、高效率的实习环节。

实训装置在教学实践中的应用，不仅使学员对各站的布局模块、系统与实际应用、装置的部件组成、实训装置的运行演示、实训装置的运行功能等进行初步了解，还可通过演示操作来加深学员对采油集输系统的认识。突出强化实践教学在学生基本技能和创新能力培养中的作用，建成特色鲜明，满足培养创新型、应用型人才培养需要的实践教学环境。充分保证学员高质量“真刀真枪”的实际职能岗位动手技能训练，实现与工程实践的“零距离”接触，训练学员从事石油类项目的设计、制造、安装、运行、维护及检修的基本技能；达到“教、学、训”一体化功能。

五、参考图片：

湖南中教高科仿真实训技术有限公司

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