煤層氣地面負壓排采工藝研究

摘 要：位于沁東南地區的潘河示范工程，自投產至今已有十余年，大多數生產井處于產氣衰減階段，為加快煤層氣的解析速度，最大限度地提高采收率，潘河區塊在單井井口處應用地面負壓抽采工藝，獲得了較好的應用效果。本文從煤層氣的解吸、吸附機理入手介紹了負壓抽采工藝的應用原理，并介紹了潘河示范工程對負壓抽采工藝的實際應用情況，僅供參考。

關鍵詞：煤層氣;負壓排采;單井增壓;增產

根據煤層氣的解吸、運移機理，人們一般將一口煤層氣井的生產過程劃分為平衡產水階段、控制井底流壓不放氣階段、穩定提產階段、穩定產氣階段與產氣衰減階段，在不同的生產階段要制定不同的排采工作制度，從而為煤層氣井獲得高產、穩產創造條件。位于沁東南地區的潘河區塊，自投產至今已有十余年，大多數生產井處于產氣衰減階段，為加快煤層氣的解析速度，最大限度地提高采收率，潘河區塊在單井井口處應用地面負壓抽采工藝，獲得了較好的應用效果。

1 煤層氣負壓抽采工藝原理

煤層氣在煤層中的解吸過程與吸附過程是可逆的，在煤層氣儲層壓力低于甲烷分子的臨界解吸壓力的時候，被吸附的甲烷分子會發生解吸作用而變為游離態分子，所以，煤層氣的解吸需要經歷一降壓過程，該過程可以利用據Langmuir方程來解釋與描述。當煤儲層壓力與溫度恒定時，吸附態的甲烷分子與游離態的甲烷分子處于動態平衡狀態，而當煤層壓力不斷下降的過程，吸附于煤基質微空隙內表面的甲烷分子會逐漸發生解吸，而逸散至微空隙空間變為游離氣體，煤層氣井井口的負壓作用會借助于流體的壓強傳遞效應傳至井底，然后向井底四周煤層中的流體繼續傳遞擴散，當使儲層流體壓力下降而破壞掉煤層中甲烷分子的解吸-吸附平衡動態時，會促使甲烷分子發生解吸，從理論層面講，井口負壓愈大，煤層氣解吸速度與影響范圍就愈大。

2 工藝設備選型

目前比較常用的、技術比較成熟的天然氣壓縮機機型有往復式、螺桿式、渦旋式等。其中，傳統往復式壓縮機適合于氣量波動較大、壓縮比大、壓力高的工況，而目前潘河區塊已步入生產后期階段，煤層氣井的井口套壓普遍較低，故往復式壓縮機不適用。而渦旋式壓縮機、螺桿式壓縮機適用于低壓力的工況，且其具有體積小、且故障率低、操作維護簡便等優點，故其適用于潘河區塊煤層氣井的負壓抽采工藝。與渦旋式壓縮機相比較，螺桿式壓縮機還具有壓縮比大、振動小、密封好等優勢，故優先選用螺桿式壓縮機。本研究所選用的螺桿壓縮機運行工況參數如表1所示。

3 應用效果分析

自2017年以來，潘河示范工程先后在6口井井口處安裝螺桿式壓縮機，應用效果主要體現在以下兩個方面：

設備安裝前，6口井的井口平均套壓為0.13MPa，設備安裝后，6口井的井口平均套壓為0.06MPa，井口平均套壓較安裝前下降0.07MPa;設備安裝前，6口井的平均產氣量為1060m3/d，設備安裝后，6口井的平均產氣量為3130m3/d，平均單井增產氣量為2070m3/d，氣量增幅顯著。

在煤層氣井口安裝螺桿式壓縮機生產，在降低井口套壓的同時，還能夠提升單井產氣進入采氣管網的壓力（表2），提升了單井向下游閥組的輸氣能力。

4 結論

對煤層氣井采用負壓排采工藝，利用地面井口負壓作用，能夠降低井底及井筒周圍煤儲層的流體壓力，可以促進甲烷分子的解吸與運移，有利于煤層氣的產出。

為了保證煤層氣井負壓排采工藝的實際應用效果，需要根據煤層氣井的工況條件與工作環境來選擇合適的增壓機設備。沁東南地區潘河區塊煤層氣井井口壓力低，所處自然環境惡劣，因此選用了運行工況壓力低、壓縮比大、故障率低、操作維護相對簡便的螺桿式壓縮機。

在潘河區塊的6口煤層氣井應用負壓排采工藝以后，單井氣量增幅顯著，且單井向閥組的輸氣能力得到提升，取得了良好的應用效果，對其他區塊具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

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[2]彭川，張遂安，王鳳林.煤層氣井負壓排采技術潛在增產因素分析[J].科學技術與工程，2019（14）：166-171.

作者簡介：

谷醒林（1989- ），男，碩士，助理工程師，現就職于中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，主要從事煤層氣排采方面的研究工作。