在全球能源結構加速調整的大背景下，頁岩氣作為一種清潔、高效的非常規天然氣資源，正逐漸成為能源領域的焦點。進入2025年，頁岩氣行業在技術創新與實踐應用方面持續發力，尤其是地面工藝流程的優化，對於提升頁岩氣開發效率、降低成本、增強行業競爭力具有關鍵意義。當前，國內外頁岩氣開採多採用叢式水平井開發、加砂壓裂以及滾動開發模式，這使得頁岩氣井呈現出獨特的生產特點。在開發初期，產水和產砂量大，產能與壓力衰減迅速;而到了開發中後期，則長期處於低產低壓狀態，不過生產周期較長。經過多年的探索，頁岩氣田地面工程建設逐步構建起以 「標準化工藝流程、模塊化功能分區、橇裝化高效設備、系列化裝置組合、數位化管理」 為核心的標準化體系。但在實際應用中，仍暴露出一些亟待解決的問題。
《2025-2030年全球及中國頁岩氣行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，基於川渝地區如長寧、威遠、瀘州等地頁岩氣開發的地面建設與生產實際情況，目前頁岩氣平台已基本形成一套契合中國頁岩氣地面建設的標準化體系。依據頁岩氣的開發模式和生產特性，其生產周期可劃分為排液生產期、相對穩產期、遞減期和低壓低產期四個階段。針對生產的後三個階段，頁岩氣標準化設計秉持 「模塊化、橇裝化、規模化和重複利用」 的理念，制定了相應的標準化工藝流程。
相對穩產期流程：井口來氣經一級節流，設計壓力降至 26MPa，隨後進行一對一除砂、二級節流，壓力進一步降至 8.5MPa，再通過一對一連續分離計量後清管出站。以 6 井式平台為例，該階段工藝流程清晰呈現了頁岩氣在相對穩定生產階段的處理路徑。
遞減期流程：此階段井口來氣經節流後，設計壓力降至 8.5MPa，通過輪換分離計量後清管出站。同樣以 6 井式平台為參照，其遞減期工藝流程展示了該階段頁岩氣處理方式的變化。
低壓低產期流程：井口來氣經節流將設計壓力降至 2.5MPa，經輪換計量後清管出站。6 井式平台在低壓低產期的工藝流程，反映了頁岩氣在產量和壓力較低階段的處理流程特點。
頁岩氣標準化流程在川南頁岩氣田廣泛應用，雖在縮短工程設計與施工周期、保障地面工程建設質量方面成效顯著，但在項目運行中也暴露出諸多問題。
井口節流閥易損壞：頁岩氣井一級節流多採用角式節流閥，像瀘州深層頁岩氣，井口壓力高，節流壓差大。受限於壓裂加砂方案與生產制度，該閥門易出現刺漏損壞，頻繁整體更換不僅增加運行管理成本，還因頻繁關井導致井底壓力大幅波動，可能對儲層造成不可逆的壓敏損害，最終影響氣藏開發效果。
除砂器初期效率低：頁岩氣標準化設計中，除砂器設計壓力為 26MPa，採用 「旋流 + 過濾」 組合式除砂設計。然而在實際使用，尤其是生產初期，除砂效率欠佳，部分砂礫進入分離器並大量沉積，致使下游集輸系統承受較大沖刷腐蝕，易引發下游排污管道彎頭失效。
部分管線易穿孔失效：川渝頁岩氣多採用加砂壓裂，井口來氣含砂量高，在與流體中的細菌、礦物質、有機物、二氧化碳等協同作用下，管線腐蝕嚴重。根據頁岩氣平台現場運行狀況，井口、原料氣、排污等管線流向改變處易發生失效穿孔。
工藝設備多且成本高：頁岩氣標準化平台在相對穩產期採用一對一除砂、一對一分離計量設計，導致工藝設備繁多，投產成本高。而且大部分除砂、分離設備雖考慮後期拆除復用，但利舊檢維修成本高，設備拆除搬遷工作量大。
面對頁岩氣平台標準化流程在生產運行中出現的井口節流閥門易損壞、除砂器除砂效率低、個別部位易失效、工藝設備多等問題，遵循頁岩氣標準化設計的基本原則，從多個方面展開研究並提出技術對策。
頁岩氣標準化井口流程中一級節流選用的角式節流閥易刺漏失效。部分頁岩氣平台嘗試採用固定油嘴和角式節流閥並聯使用的方式，一定程度上延長了角式節流閥的使用壽命。為更有效地解決這一問題，同時延緩頁岩氣井產量遞減速度、提高單井預測最終可采儲量(EUR)，針對川渝頁岩氣提出將壓降速率控制在 0.1MPa/d 以內，採用 「一級固定油嘴 + 二級籠套式節流閥」 的井口精細控壓生產技術。其中，一級節流選用抗沖蝕性能優良的固定式油嘴，實現對壓力和流量的主要控制;二級節流選用帶氣動執行構件的籠套式節流閥，實現對壓力和流量的精細調節。二級節流閥採用籠套式結構配合整體式碳化鎢硬質合金閥芯，能更好適應頁岩氣高含砂惡劣工況，同時通過氣動執行構件藉助智能分析平台調節節流閥開度，保證控制精度。實踐表明，採用該精細控壓生產技術後，試驗井 EUR 提高約 13%，可有效降低應力敏感造成的儲層傷害，實現氣井長期穩定生產。此外，井口兩級節流後將壓力控制到 8.0MPa 及以下，降低了下游流程設計壓力，有效降低了下游設備製造成本。
依據相關規範要求，結合開發生產動態分析和採氣工程需求，平台氣相計量最大允許偏差為 ±10%，液相計量在不同生產時期最大允許偏差分別為 ±10%、±20%、±30%。在氣水分離後，頁岩氣標準化流程設計受計量方式限制，氣相採用高級孔板計量，液相採用電磁流量計 + 雙法蘭差壓液位變送器計次方式計量。這種計量方式雖準確，但需在計量前進行一對一除砂、分離，導致平台流程設備多、占地面積大、整體投資高。隨著技術進步，氣、液兩相混合流量測量試驗在川渝地區廣泛開展。目前現場試驗中，氣液不分離兩相計量裝置的氣相測量誤差不超過 ±5%，液相測量誤差不超過 ±10%，能夠滿足集輸工藝內部非貿易計量要求。若實現平台多井集中除砂分離且不分離計量也能達到規範和採氣開發要求，將大幅降低地面建設成本。
由於頁岩氣集輸系統含砂量高，以濾網為主要過濾元件的標準化除砂器除砂效率不理想，引發生產效率低、下游集輸設備失效和管道腐蝕等問題。為此，近幾年川南頁岩氣平台逐步開展旋流除砂器的實驗應用。在井口流程優化後，除砂器設計壓力由 26MPa 降至 8.5MPa，採用中壓旋流除砂工藝替代傳統高壓濾網除砂工藝，降低了運行風險。中壓除砂工藝採用旋流除砂器與集砂器組合，旋流元件選用高耐磨陶瓷材料，避免砂粒在旋流管內高速流動產生磨損腐蝕。旋流除砂設備能在下部集砂器排砂清罐操作時，保證上部除砂器正常工作，實現在線排砂，還能緩解開井初期濾筒內過濾網易形成水合物堵塞的問題。目前，旋流除砂器在長寧、瀘州地區多個頁岩氣平台投入使用，除砂效果良好，下游集輸系統含砂量明顯降低。但平台由一對一除砂變為集中除砂後，單台設備處理砂量增大，且開井前期井底出砂量大，集砂器容量較小，導致現場排砂操作強度大，管理難度增加。
標準化流程中易沖蝕部位管件多選用鍛制方彎頭，通過加厚壁厚來延長使用壽命。但分析頁岩氣平台站內失效點可知，管線失效是含砂沖蝕和細菌、CO₂腐蝕等多種因素綜合作用的結果，僅增加壁厚無法從根本上減緩腐蝕速率。因此，從管件材質和結構入手研究關鍵部位管件的防腐耐磨工藝。經不同材質、工藝的管件現場對比實驗發現，堆焊材料和內襯陶瓷管件防腐耐磨效果顯著。其中，陶瓷內襯管件內襯陶瓷表面幾乎無腐蝕現象，僅有少量輸送介質沉積，60 天內幾乎無減薄;純材管件無論是否熱處理，抗侵蝕能力最差，短時間內快速減薄;噴塗材料初期效果好，但塗層破損後會快速減薄。堆焊耐蝕合金內覆層管件因價格相對較低，目前已大量應用於頁岩氣平台。同時，考慮到管件上下游焊縫前後也易失效，在增加堆焊內覆層的基礎上，使管件自帶一定長度袖管，延長耐蝕合金保護長度。目前，頁岩氣平台井口、原料氣、排污管線等關鍵部位的管件已全部採用硬質合金堆焊管件，防腐耐蝕效果良好。此外，在站場設計配管時，優化管道走向，最大程度減少易沖蝕部位彎頭數量，降低易失效點。
相較於頁岩氣標準化流程傳統的一對一除砂、分離技術，兩相流量計的應用可實現平台井口來氣一對一氣、液計量後，集中進行除砂、分離。這一流程極大減少了除砂器和分離器設備數量，簡化了工藝流程，減少了地面流程占地面積，有效降低了地面投資。
經過對井口流程、計量方式、除砂器選型、站內關鍵部位管件選型的優化以及站內橇裝設備的簡化，形成了一套更為高效、可靠、低成本的中壓工藝流程。井口來氣經二級節流後，通過兩相流量計分別對氣、液進行計量，計量後的原料氣經除砂器、分離器集中除砂分離後清管出站。
優化後的地面生產流程已在四川瀘州多個平台進行現場應用，成功實現井口精細控壓、兩相流不分離除砂計量，試驗效果顯著。以某 8 口井平台為例，取得了以下突出成果：
優化簡化降投資：平台井站在標準化流程基礎上優化簡化，將一對一除砂、分離改為平台集中除砂、分離，有效減少橇裝設備。該 8 口井平台增加兩相流量計橇 8 套，減少除砂橇 7 套、分離計量橇 7 套，優化簡化後的中壓生產流程比標準化生產流程平台投資降低約 526 萬元。
精細控壓提高 EUR：井口一級節流改用固定式油嘴，提升了節流設備抗沖蝕能力，延長使用壽命。二級節流選用帶氣動執行構件的籠套式節流閥，與帶壓下油管工藝結合，保證地面生產時井筒攜液能力，有效控制出砂，保護儲層，提高單井 EUR。根據某平台可調式油嘴控壓生產與固定式油嘴生產 180 天單位壓降產氣量(試驗井為 201×10⁴ m³/MPa，對比井為 142×10⁴ m³/MPa)，以及累計產氣量達到 2000×10⁴ m³ 單位壓降產氣量(試驗井為 174×10⁴ m³/MPa，對比井為 128×10⁴ m³/MPa)初步測算，精細控壓生產單井 EUR 較放壓生產提高約 17%。
流程簡化縮短建設周期：平台工藝流程優化簡化後，橇裝設備和焊口數量減少，現場安裝建設周期縮短。根據平台井口數不同，平均安裝周期縮短 3 - 5 天。
設備簡化減少占地面積：平台工藝流程優化簡化後，橇裝設備減少，8 口井平台工藝區面積縮小約 170 m²，總圖優化後站場占地面積減少約 10%。
設計優化降低故障率：平台工藝流程優化簡化後，將井口管線和除砂橇的設計壓力由 26MPa 降低至 8.5MPa，減小設備損耗和故障率，降低復用成本，降低設備運行安全風險。同時，通過對頁岩氣標準化平台現場運行的失效分析，統計集中失效點，對井口、原料氣管線，排污系統管線、閥門、管件等重點部位採取加強措施，如橇外排污管線選用複合管、重點部位管件選用硬質合金堆焊管件、加厚腐蝕裕量等，有效提高地面流程的安全性和生產穩定性，減少設備管線故障，降低相關維修費用，減少產量影響，提高了平台的經濟效益。
2025年，頁岩氣行業在地面工藝流程優化方面取得了顯著進展。通過對頁岩氣標準化平台設備管件的優化，有效降低了故障率，提升了系統運行穩定性。井口兩級節流與帶壓下油管工藝相結合的精細控壓技術，顯著提高了單井 EUR。平台流程的優化簡化，不僅降低了平台投資，還縮短了建設周期、減少了占地面積，有力促進了頁岩氣平台的效益建產。然而，行業發展仍面臨諸多挑戰。建議針對不同區塊深入開展精細控壓生產技術研究，探索適合各區塊地質條件的精細控壓生產制度。為進一步提高各種工況下除砂器除砂效率，減少對下游流程的沖蝕，中壓流程除砂橇應考慮增加自動排砂設計，降低前期排砂操作勞動強度，減少現場管理風險，實現無人值守。同時，針對排污管線積極開展各類複合管材及管件的現場試驗，尋找防腐耐蝕效果好、施工便利、經濟可行的材料。相信隨著技術的不斷創新與完善，頁岩氣行業將在未來能源領域發揮更為重要的作用，為全球能源轉型與可持續發展貢獻更大力量。
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