油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術要點及應用

張明亮

（中海油發展澄邁能源技術有限公司，海南 海口 570100）

隨著全球能源需求的不斷增加，油氣田開采作為傳統能源產業中不可或缺的一環受到了極大的關注。我國作為油氣資源大國，已探明石油地質儲量占世界總探明石油地質儲量的10%，天然氣地質儲量占世界總探明天然氣地質儲量的12%。隨著油氣開采規模的不斷擴大和勘探開發程度的不斷加深，油氣產量遞減速度越來越快，開發后期井口壓力低、天然氣脫水困難等問題逐漸凸顯。從油田角度來看，目前國內多數油氣田處于中后期開發階段，大部分油井已進入高含水期甚至高含水后期。因此，通過采用各種開采技術和設備，不斷提高采收率和產能建設水平、延長油井壽命、提高采油速度顯得尤為重要。增加天然氣壓力已成為提高天然氣產量和降低生產成本的必要手段之一。天然氣增壓開采工藝通過使用一種名為“增壓系統”的設備，將井口輸送的低壓天然氣增加至合適的壓力，在保證天然氣安全生產的前提下提高產量。本文旨在探討油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術的要點及應用，希望能夠為相關企業和研究機構提供專業的技術支持和實踐應用指導，促進該技術在能源領域的不斷創新和發展。

1 天然氣增壓開采工藝技術概述

1.1 天然氣增壓開采的基本原理和工藝流程

天然氣增壓開采是對勘探開發后期地下油氣輸送中的低壓天然氣進行加壓，使其達到輸送管道所需壓力的一種技術。其基本原理是利用增壓設備將低壓天然氣壓縮為高壓氣體，同步輸送至市場或儲氣庫進行儲存使用。天然氣增壓開采步驟如圖1 所示。

圖1 天然氣增壓開采步驟

1.2 天然氣增壓技術的分類與區別

天然氣增壓技術可以根據增壓所需能量來源的不同，分為機械增壓和熱力學增壓兩類。在實際應用中，綜合利用機械和熱力學兩種增壓方式，可以獲取較好的經濟效益和技術性能。

（1）機械增壓。主要指利用離心壓縮機、容積式壓縮機、渦旋動壓縮機等機械設備，將低壓天然氣通過機械方式進行加壓的技術。機械增壓的主要優點是操作簡便、壓力范圍廣、響應速度快等，但其增壓結果也會受制于機械本身的性能。（2）熱力學增壓。指利用溫度升高而帶來的氣體體積變化，從而達到提升壓力的目的。常見熱力學增壓設備有膨脹液流增壓機、回火爐式增壓機和低溫液氮增壓機等。熱力學增壓設備具有高效節能、適用對冷卻處理要求較高的場合等特點，但其能源消耗量較大。

2 油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術要點

2.1 增加注汽量，提高注汽品質

（1）增加注汽量。要根據實際情況合理調整注汽量，對于特定油氣田，要根據具體地質、物理、化學性質及產量、井底溫度、地層厚度等參數，制定適宜的注汽量，以保證增壓的最佳效果。可以使用高效增壓設備，如柱塞泵、閥門和增壓周期控制器等增加注汽量，從而提高增壓泵流量和效率，避免加注汽速度過慢影響生產。另外，需要注意的是，在增加注汽量中要調整氣液比例，適量增加，并減少注水的體積，從而達到最佳效果，改善井底動態條件。（2）提高注汽品質。油氣田開發后期天然氣增壓開采注汽中注汽溫度過高會導致氣體膨脹部分減少，影響增壓效果。因此，需要控制注汽的溫度，并嚴格掌握水汽比例。同時，為了保證注汽的質量，要選擇合適的溶劑進行處理，以降低水汽和雜質等對生產的干擾。例如，使用乙醇、乙二醇、甲醚等作為注汽劑，可以增加濕氣的溶解度，防止水和鹽堵塞毛細孔隙。另外，在提高注汽品質時可以采用新型注汽裝置，包括電泵式增壓裝置、自然循環增壓裝置和液浸式增壓裝置等，這些新型裝置的使用可以直接提高燃料比率。

2.2 優化井網結構

優化井網結構是油氣田開發后期天然氣增壓開采過程中的一個重要技術要點，這一步驟的目的是通過對井網結構進行合理的規劃和設計，以達到提高天然氣產量、降低成本、提高效率的目的。優化井網結構首先要合理布置生產井與注水井。一方面，需要保證注水井的穩定性和足夠的注水量，以充分利用地下儲層的水能力，提高開采效率；另一方面，需要合理布置生產井，使其間距適當、排列有序，保持產氣均衡，避免不必要的回收損失，提高采收率。其次，要調整井底流量。通過調整井底流量、控制單井產能來實現優化井網結構，進而提高場站的生產能力和效益。其中在確定每口井的工況時，應綜合考慮井深、油氣含量、井徑、滲透性等因素，通過測斜數據、產量測試和地質勘探等手段，精準記錄井底壓力、產氣量等重要參數，以作為優化井網結構的依據。

2.3 管道系統

管道系統是油氣田開發后期天然氣增壓的重要組成部分，也是一個復雜的系統工程。其主要功能是將增壓后的天然氣從井口輸送到加氣站、工廠或市場等終端用戶。在此過程中，管道系統需要完成氣體采集、處理、傳輸和控制等多個環節，并保證安全可靠。為了確保管道系統的可靠性和長期穩定運行，首先，需要選擇合適的管道材料和設備。一般來說，鋼管、玻璃鋼管和無縫管等均可以用于天然氣管道，但在選擇時，應根據不同的使用條件和要求區別對待。同時，還應考慮管道系統的額定壓力、溫度、流速、防腐保溫等因素，并配備相應的檢測、監控和安全閥等裝置。其次，合理的管道布局設計是管道系統運行的基礎，也是保證天然氣安全供應的關鍵。在設計過程中，需充分考慮地形、管徑、交叉距離、接頭數量和位置等要素，避免彎曲和斜交，同時，留足清洗、檢修和維護的空間。此外，還需要充分考慮管道系統中氣體及其質量變化對布局設計的影響，選擇合適的增壓技術和減振降噪措施。另外，管道在運行過程中具有復雜的動態特性，經常發生流量和壓力波動。因此，在進行天然氣管道設計時，需要通過模擬計算和實驗驗證等方法分析管道動態特性，進而選擇恰當的控制策略和增壓設備。

2.4 自動化控制

自動化控制是油氣田開發后期天然氣增壓開采過程中至關重要的一個環節。隨著科技的不斷進步，自動化控制技術在該領域得到了廣泛應用，在提高天然氣產量、降低生產成本、保證生產安全等方面發揮著重要作用。其中，監測系統是自動化控制的基礎，其主要任務是對天然氣增壓設備進行監測和控制。安裝傳感器和測量儀器，監測設備的溫度、壓力、流量、振動等指標。將監測數據傳輸到控制系統中進行分析、處理和控制，及時發現設備運行中的異常情況，可幫助工作人員及時處理問題。控制系統是自動化控制的核心，包括程序控制和邏輯控制兩個部分。通過安裝控制電路、PLC 等設備自動控制工藝流程，如啟停設備、調節閥門或泄壓閥門，在實現降低設備維護費用的同時，也可以保證設備的安全穩定運行。通訊系統是實現自動化控制的關鍵。網絡和計算機等科技手段被廣泛應用于各種生產過程中，以優化工作流程、提高生產效率為目標。溝通和聯網設備，使非現場操作人員遠程查看和管理生產過程中設備的數據，幫助監控設備運行情況，并對其進行必要的調節。人機界面是自動化控制操作的最后一道關口，是人和機器之間進一步交互的平臺。通過安裝顯示屏、控制按鍵等可視觀測設備，實時展示天然氣增壓設備的運行狀態及相關數據，方便工作人員迅速獲得關鍵信息，及時做出相應處理并加強設備控制。

3 油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術的應用

3.1 科學選擇氣井和氣田

在油氣田開發后期天然氣增壓開采過程中，科學選擇氣井和氣田是增壓開采工藝技術應用的關鍵一步。合理地選擇氣井和氣田可以最大限度地發揮增壓開采工藝技術的優勢，提高天然氣產量和開采效率，減少生產成本和環境污染。（1）要綜合分析氣田的地質構造、儲氣條件、地下水情況等數據，科學確定氣井選址。氣體的運移受到巖石孔隙結構、巖性、滲透率等因素的影響，針對每個氣藏的特點分別選址，在選址時，要考慮復雜因素。需要充分分析氣藏地質構造，尤其是尋找氣藏的突破口，評估儲存能力并測量天然氣含量、品位等參數。同時也需要了解氣田的地下水情況，避免現場作業受到地下水的干擾。（2）根據不同的儲氣模式，選擇適合的增壓開采方案。不同類型的氣體儲藏方式和含氣層地質構造都有其獨特的增壓開采方式。有時候需要將不同氣藏組合起來，構成復合氣井和復合氣田，實現綜合開發利用。如利用雙重洞埋法、橫向鉆孔等工藝方案去提高氣田儲存利用率。（3）根據天然氣和巖石性質考慮改良和調整開采方案。在考慮科學選擇氣井和氣田時，一般還要結合巖石性質，分析其物理和化學變化數據以及土壤狀況等，確立合理且可行的工藝流程。使用各種調整工具，軟硬件相結合等方法，進行系統優化，使其恰當地兼顧性能和可靠性。

3.2 確定工藝參數

確定工藝參數是油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術中至關重要的一個環節。它對于提高天然氣生產量、保證生產安全和降低生產成本都有著至關重要的作用。在確定工藝參數時，天然氣增壓開采工藝可以考慮多個方面因素：（1）壓縮比，壓縮比是指進入壓縮機前后天然氣壓力的比例關系。通過調整壓縮機的運行參數來控制天然氣的壓縮比，可有效提升天然氣產量。（2）天然氣的溫度與流速。通常情況下，天然氣的溫度越高，其密度也就越小，從而使天然氣容易被壓縮并提高其流動性。天然氣的流速是氣體在管道中的瞬時流量。根據類似伯努利定律的原理，當天然氣的流速提高時，其壓力也會隨之升高，增加了天然氣輸送過程中的穩定性。

3.3 協調氣田與壓縮機的工況

協調氣田與壓縮機的工況是油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術應用中需要重視的一項內容。它對于保證天然氣生產效益、提高安全性和降低生產成本都有著至關重要的作用。在協調氣田與壓縮機的工況時，主要是要根據氣田的具體情況來確定適當的壓縮機類型、參數配置和工作流程等方面的內容，以充分發揮天然氣資源的生產潛力。在協調氣田與壓縮機應用中，首先，要確定合適的壓縮機。在選擇壓縮機時，需要根據氣田的特點來理解并選擇適合的壓縮機。通常情況下，第一級氣體壓縮機選用離心壓縮機或軸流壓縮機；第二級則建議使用螺桿壓縮機或渦旋壓縮機。其次，還需要考慮壓縮機的工作效率。在協調氣體與壓縮機的工況時，應嘗試匹配合適且能夠提高天然氣生產效率的壓縮機類型。在使用壓縮機的過程中，要根據地質和結構特征評估氣田原有壓力，并確定需要增加的壓縮比。同時，還要考慮天然氣的流量、溫度以及滑膜阻力，從而選擇出最適合的壓縮機型號以及壓縮比等參數。

3.4 多元化方法的結合

在油氣田開發后期，為了保證天然氣生產效率的提高和生產成本的降低，需要采用多元化方法，結合工程技術、裝備設施和管理經驗等方面，以適應復雜多變的氣田環境，提高生產效益。在工程技術中，針對油氣田的不同特點和生產狀況，可采取多種工程技術手段來提高天然氣的生產效益。例如，通過增強注水壓力和流量等方式改善蓄注情況，提高注水效果；通過管路優化設計和維護，降低能耗；同時，加強井筒清洗工作、進行擴孔修裂等操作技術，有效進行沉積物的處理、維護井底正常涌出能力等。在裝備設施方面，利用現代化裝備設施對天然氣采集過程進行優化也是一個重要的多元化方法。例如，運用先進的技術手段如高清攝像機站外掃描孔效果、逆向微震和重力反演等監控和管理油氣田生產環節，以保障生產效益與安全。在油氣田開發后期，需要具備相應的管理經驗和勞動組織策略來引導工程技術和裝備設施的進一步提升。例如，建立科學合理的管理框架、強化現場人員安全培訓、加強項目考核評估等，以優化天然氣生產過程。

4 結語

綜上所述，隨著我國油氣田的不斷開發，在開發后期，由于部分油井井況惡化，導致天然氣無法正常開采，因此采用天然氣增壓開采工藝技術顯得十分重要。本文對油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術要點展開了分析，從科學選擇氣井和氣田、確定工藝參數、協調氣田與壓縮機的工況、結合多元化方法等論述了油氣田開發后期天然氣增壓開采工藝技術的應用，以期為今后我國油氣田開發工作提供一定參考。