煤層氣單井增壓開采技術(shù)應(yīng)用研究

王 寧

(山東科瑞壓縮機(jī)有限公司，山東 257000)

1 引言

煤層氣的存在形式是基于甲烷分子與煤基質(zhì)顆粒之間有很強(qiáng)的物理吸附作用，以吸附態(tài)存在于煤層中，含氣量在3.0m3～16.7m3/t之間，屬于低孔、低滲、低產(chǎn)、低豐度的氣藏。

煤層氣的存在形式?jīng)Q定了其與常規(guī)天然氣田不同的開發(fā)方式。煤層氣單井產(chǎn)能低，穩(wěn)定期短，很快進(jìn)入低壓低產(chǎn)階段，且較長時(shí)間處于低壓低產(chǎn)階段。從目前沁水盆地煤層氣井的生產(chǎn)規(guī)律分析，氣井采出率達(dá)到30%以后，產(chǎn)量將開始遞減，產(chǎn)量越高，遞減時(shí)間越早。為了保持氣田產(chǎn)量穩(wěn)定，需要盡快解決低產(chǎn)井的增產(chǎn)問題。

單井增壓工藝是煤層氣開采后期穩(wěn)產(chǎn)的重要手段。通過在每一個(gè)直井井口增加螺桿壓縮機(jī)的方式可最大限度的降低套管壓力，加快煤層氣從煤層中的解析速度，對(duì)提高煤層氣的采收率十分有效。

2 單井增壓螺桿壓縮機(jī)機(jī)組

在國內(nèi)外調(diào)研基礎(chǔ)上，結(jié)合中聯(lián)煤層氣有限公司潘河采氣廠的工況條件，優(yōu)選出電機(jī)驅(qū)動(dòng)+螺桿壓縮機(jī)整體成撬的單井增壓機(jī)組。該機(jī)組工況范圍寬，增壓機(jī)組吸氣壓力-0.01～0.15MPaG，排氣壓力為0.2～0.3MPaG，日處理量0.2～0.4×104m3/d，機(jī)組主要工況參數(shù)見表1。

表1 螺桿壓縮機(jī)工況參數(shù)

傳統(tǒng)活塞式壓縮機(jī)無法滿足煤層氣井口套管壓力低的工況。在潘河采氣廠首次采用螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行單井增壓，整橇尺寸2.3m×1.7m×1.9m。與活塞壓縮機(jī)相比，螺桿壓縮機(jī)具有體積小、壓縮比大、負(fù)壓抽吸、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)性能對(duì)比見表2。

該機(jī)組整體撬裝，占地面積小，便于裝載運(yùn)輸。氣液分離器、壓縮機(jī)主機(jī)、變頻電機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制盤(柜)、風(fēng)冷式冷卻器等布置在同一撬座上，撬塊僅提供三個(gè)對(duì)外接口(進(jìn)氣口、排氣口及排污口)，高進(jìn)低出。 套管氣通過進(jìn)氣軟管連接到壓縮機(jī)橇塊入口，經(jīng)過入口氣水分離器對(duì)氣體內(nèi)的液態(tài)組分進(jìn)行分離，同時(shí)分離器帶有自動(dòng)排污閥，可根據(jù)分離罐內(nèi)的液位進(jìn)行自動(dòng)排污。 分離后的氣體經(jīng)過管路連接至螺桿式壓縮機(jī)的入口，在經(jīng)過陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合合壓縮后，排出壓縮機(jī)。經(jīng)過壓縮的氣體進(jìn)入油氣分離器，在油氣分離器內(nèi)進(jìn)行潤滑油與氣體的分離，分離出潤滑油的氣體進(jìn)入氣體冷卻器。經(jīng)過冷卻后的氣體通過出口分離器，將冷凝產(chǎn)生的液體分離，并通過自動(dòng)排污閥排出，氣體經(jīng)過止回閥通過出口管路排出。 油氣分離器內(nèi)的潤滑油，經(jīng)過油泵輸送，經(jīng)過潤滑油冷卻器、油溫控制閥、油過濾器后，注入壓縮機(jī)，為軸承、轉(zhuǎn)子、機(jī)械密封提供潤滑。壓縮機(jī)出口裝有旁通/回流控制閥，氣體可回流至壓縮機(jī)入口，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的輕載啟動(dòng)。

表2 螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)性能對(duì)比

3 單井增壓螺桿壓縮機(jī)機(jī)組的主要使用特點(diǎn)

機(jī)組采用低內(nèi)容積比的噴油螺桿主機(jī)，優(yōu)化的排氣孔口設(shè)計(jì)，容積效率高；在壓縮過程中往轉(zhuǎn)子腔強(qiáng)制噴油使得主機(jī)的效率高。

機(jī)組采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)30%～100%無極流量調(diào)節(jié)；在井口套管壓力變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來維持壓縮機(jī)入口壓力穩(wěn)定。 機(jī)組運(yùn)行在部分氣量工作時(shí)，壓縮機(jī)功率相應(yīng)的呈線性曲線下降，機(jī)組耗電量降低，更加節(jié)能。

機(jī)組有完善的安全保護(hù)系統(tǒng)，機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警并自動(dòng)保護(hù)停機(jī)，能實(shí)現(xiàn)戶外無人值守情況下24小時(shí)安全運(yùn)行。

機(jī)組運(yùn)行時(shí)沒有不平衡力存在，振動(dòng)小，噪音低，可以實(shí)現(xiàn)無基礎(chǔ)安裝；現(xiàn)場(chǎng)投產(chǎn)安裝以及后續(xù)搬遷都十分方便。

4 單井增壓螺桿壓縮機(jī)機(jī)組的應(yīng)用效果

(1)單井增產(chǎn)效果

2017年以來潘河采氣廠采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿壓縮機(jī)機(jī)組對(duì)6口氣井實(shí)施單井增壓，井口平均套管壓力由0.12MPa下降至0.05MPa，日產(chǎn)量由0.1×104m3/d增加至0.3×104m3/d，平均增產(chǎn)0.2×104m3/d，平均增產(chǎn)比例達(dá)46%。增壓前后數(shù)據(jù)對(duì)比見表3。

表3 單井增壓井口增壓前后產(chǎn)量對(duì)比表

(2)機(jī)組應(yīng)用工況(表4)

表4 試驗(yàn)機(jī)組實(shí)際應(yīng)用工況

(3)機(jī)組穩(wěn)定性

機(jī)組總體運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組試運(yùn)行6個(gè)月以來，平均運(yùn)行時(shí)率97.9%，單井增壓機(jī)組在線使用率如表5所示。

表5 單井增壓開采點(diǎn)機(jī)組運(yùn)行時(shí)率統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)論

實(shí)踐證明單井增壓螺桿壓縮機(jī)機(jī)組性能穩(wěn)定，工況范圍寬；滿足煤層氣單井抽采的應(yīng)用工況，對(duì)于老井的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果顯著，可以豐富煤層氣增產(chǎn)改造技術(shù)，提高地面煤層氣開采的經(jīng)濟(jì)性。