天然氣增壓開采工藝技術在頁巖氣田開發后期的應用

張 雷

江漢油田采氣一廠

天然氣增壓開采工藝技術在頁巖氣田開發后期的應用

張 雷

江漢油田采氣一廠

由于在頁巖氣田開采的過程中，長時間日積月累的資源損耗，使得整體氣田的內部壓力逐漸減弱，開發后期不能很好的滿足具體工藝技術的準確應用，從而使得開發所涉及到的眾多指標不能達到正常標準。基于此，本文將著重分析探討天然氣增壓開采工藝技術在頁巖氣田開發后期的應用，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

頁巖氣田；天然氣；增壓開采；應用

引言

天然氣增壓開采主要是定容彈性氣藏衰竭式開采，保證氣田開發后期的穩定。同時，天然氣增壓開采技術的主要特點是可以提高采收率。但是，由于目前我國天然氣增壓開采工藝技術還存在一定的問題，在國內外的技術研發中還缺乏系統以及成熟的經驗技術。

一、天然氣增壓開采技術在頁巖氣田的應用基礎

目前，我國頁巖氣田在后期的挖潛階段面臨的主要難點在于兩大方面，一方面在于氣井井底壓力過小，后期壓力衰減較快，加之外輸管網對井口的回壓過高，對外輸工作帶來了很大困擾，開采難度大大增加；另一方面在于受到氣田水的困擾，使得地層滲流通道變窄變小，進而降低了有效滲透率，同時氣田水在井筒內形成積液，阻礙天然氣向井口運移，導致資源損耗較多，大大降低了天然氣運輸的效率和質量，氣田開發進度放緩，不利于整體經濟效益的實現。總的來講，頁巖氣田后期增壓開采應用基礎應具備兩點：①氣井內部壓力過低；②井口壓力與外輸壓力基本持平或管網回壓過高，頁巖氣無法正常外輸。

二、天然氣增壓開采技術在頁巖氣田應用優化

增壓開采工藝主要是利用氣田外部環境中的壓力作用于氣井的內部環境中，提高氣井內部壓力，并使其升高到開發的標準要求值上，確保氣井中的壓力能夠實現有效協調，最終實現天然氣資源有效、充分地對外供給。針對頁巖氣氣田的特點，常規氣田增壓開采技術具有很好的借鑒和指導作用，同時為了取得更好的增壓開采效果，需在開采應用過程中對其進行進一步優化，具體可以通過以計算非線性方程的方式來實現。非線性方程中的因變量是全部開采進程中的天然氣產量、增壓機組及其功率消耗，通過優化計算達到方程中各個因變量合理協調的目標，從而實現氣田開發后期的最優開發。

增壓開采工藝技術數學方程模型能夠有效、真實地模擬整個氣田開采的環節，其中包含了天然氣自地表面一氣田的底部一氣井的頂口一氣嘴一天然氣集輸站點一增壓站組一外部收集管道的綜合性流動特點和規律，所建立的非線性方程為：

目標函數：

后期開發階段中的氣壓運動規律為：

其中：

三、天然氣增壓開采技術在頁巖氣田應用與效果

1、增壓開采工藝氣井區的選擇

針對天然氣增壓開采技術的具體應用過程，需要選擇合適的氣井區作為大體環境進行實施，要全方面考慮氣井內部的壓力程度以及管道的分布狀態，從而充分利用集中外輸系統，選擇壓強密度較高的區域進行增壓開采，達到最佳的應用效果。

2 、合理選擇增壓站站址

增壓站站址的選擇對天然氣增壓開采工藝技術有著非常大的影響，應當注意以下幾點。第一，氣水同產的天然氣單井，應當在井場的附近選擇建立增壓站，從而便于將氣和水分離，并且單獨輸送，這樣有助于提高管理的協調性，避免井口壓力過大；第二，純氣井單井開采中使用增壓開采技術，需根據具體情況確定增壓站的地址，在單井站選址能夠提高管理的效果，有助于完善設施，也可以在氣井不遠處選址；第三，集中開采的氣井在使用增壓開采技術時，可以在氣井不遠處選址。總體來說，增壓站應該建立在該氣田的附近，通過這種方式實現就地分離以及低壓氣增壓輸送，進而方便氣田與增壓站的協調管理。

3 、設備選型應該與頁巖氣田生產特點相適應

針對天然氣增壓開采技術的特點，設備選型也應該與頁巖氣田生產特點相適應，其中濟柴成都壓縮機廠自主研發的我國首套頁巖氣增壓采氣機組DTY系列分體式電驅壓縮機組，已經在西南油氣田成功投運和取得了較好效果。其次，天然氣在溫度不斷變化時有可能會折出不同的凝析液，并且工藝流程在改造的過程中如果不適應氣田生產的特點，還會影響增壓設備的潤滑系統。因此，在進行機組和輔助系統的安裝中可以轉變為撬裝式，進而方便縮短現場的建設周期和適應搬遷的需要。

4 、壓縮機工況與氣田生產變化相適應

實施增壓開采應該依據氣井或者氣田的實際天然氣產量、進口所產生和達到的壓力、隨工藝流程的實施而損耗的壓力以及對外輸氣過程中產生的壓力進行綜合分析和考慮，所選壓縮機在型號、規格和數量方面符合相關要求，對于氣水井中的增壓采氣還應該設置備用機組；在壓縮機工作的過程中，要合理依據氣田中對于集氣和輸氣的采氣變化靈活地調節壓縮機的工況，使其適應氣井的開采工藝，具體的可調節壓縮機的轉動速度、壓縮缸的余隙以及調整配氣閥的數量來達到工況要求；如果遇到氣田或者氣井的生產變動劇烈波動時，也可以通過調節壓縮機的使用數量和型號來優化生產流程，達到最佳效益的增產效果。

5 、增壓開采工藝技術在頁巖氣田的應用效果評價

2015年9月，濟柴成都壓縮機廠自主研發的DTY280ML166 ×116分體式電驅壓縮機組在西南油氣田長寧區塊寧201-H1井成功投運，這是我國首套頁巖氣增壓采氣機組，該機組連續生產運行400多小時，各項運行指標均達設計要求，單井日產量由實施工藝前的3.6×104m3提升到目前的6.8×104m3，平均日產量增加3×104m3/d，取得了較好的增壓開采效果。同時該機組采用二次降噪技術，可達到新《環境保護法》規定的廠界噪聲排放Ⅱ類指標，有效解決了設備運行過程中的噪聲擾民問題。

結束語

總而言之，頁巖氣是一種清潔新能源，在常規氣資源量越來越少的背景下，頁巖氣開發已經備受關注。在頁巖氣開發后期壓力降低，甚至低于管網壓力，致使氣體無法正常外輸，因此引進機械設備作為動力補充不失為一種好方法，而增壓開采技術就是此類方法中一種比較常見的氣田后期開采技術，能夠有效降低井口的流動壓力，提高頁巖氣的開采效率，進而提高氣井的最終采收率。

[1]楊麗夢.慶深氣田低壓氣井增壓開采技術研究[D].東北石油大學，2015.