范海波

(山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048204)

煤層氣以游離、吸附等狀態(tài)存儲(chǔ)于煤層內(nèi)，通常情況下煤層中煤層氣含量介于3.2 m3/t～16.9 m3/t，煤層氣開采及存儲(chǔ)具有低產(chǎn)、低滲、低孔以及低豐度等特點(diǎn)[1-2]。煤層氣成藏特點(diǎn)決定了其與天然氣開采方式存在差異。煤層氣開采過程中單井產(chǎn)能低，穩(wěn)定持續(xù)時(shí)間短，衰減速度快，同時(shí)會(huì)長時(shí)間處于低壓、低氣階段[3-5]。從煤層氣開采規(guī)律來看，單井煤層氣產(chǎn)出率達(dá)到30%以上時(shí)，煤層氣產(chǎn)量會(huì)呈現(xiàn)降低趨勢，因此，為了提升煤層氣產(chǎn)量，需要解決低壓、低氣井增產(chǎn)問題[6-7]。單井增壓工藝是穩(wěn)定煤層氣產(chǎn)量的重要技術(shù)措施，通過在煤層氣井井口布置螺桿壓縮機(jī)，可以大幅度地降低煤層氣井內(nèi)套管壓力，從而加快煤層氣從煤儲(chǔ)層中的解析速度，對提升煤層氣開采效率具有重要意義。

1 螺旋壓縮機(jī)機(jī)組構(gòu)成

通過調(diào)研并結(jié)合下煤層氣井采氣長實(shí)際情況，優(yōu)選得到的煤層氣井單井增壓機(jī)組構(gòu)成為螺桿壓縮機(jī)+電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，該增壓機(jī)組吸氣壓力介于-0.01 MPa(G)～0.15 MPa(G)，排氣壓力介于0.2 MPa(G)～0.3 MPa(G)，日處理量介于2 000 m3～4 000 m3，具體選用的單井增壓螺桿壓縮機(jī)參數(shù)見表1。

表1 單井增壓螺桿壓縮機(jī)參數(shù)

傳統(tǒng)采用的活塞式壓縮機(jī)已經(jīng)不能滿足煤層氣井孔口套管內(nèi)壓力低的運(yùn)行工況，因此在山西某采氣場提出采用螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行煤層氣井增壓，壓縮機(jī)的整撬規(guī)格為2 300 mm×1 700 mm×1 900 mm，相對于活塞壓縮機(jī)具有壓縮比高、運(yùn)行平穩(wěn)、體積小以及負(fù)壓抽吸等優(yōu)點(diǎn)，具體活塞壓縮機(jī)與螺桿壓縮機(jī)間性能對比見表2。

單井增壓機(jī)組采用整體撬裝方式，不僅便于裝載運(yùn)輸而且占地空間小，將現(xiàn)場控制盤、變頻電動(dòng)機(jī)、氣液分離器以及壓縮機(jī)主機(jī)等設(shè)備集成布置在同一撬座上，撬塊對外提供排污口，進(jìn)、出氣口，高進(jìn)低出方式。煤層氣井套管氣采用進(jìn)氣軟管與螺桿壓縮機(jī)撬塊入口連接，并采用水氣分離器對煤層氣中含有的水分進(jìn)行分離，同時(shí)，采用的分離器具備自動(dòng)排污功能。分離器分離后的氣體通過占用管路與壓縮機(jī)入口連接，氣體經(jīng)陰陽轉(zhuǎn)子齒合壓縮后排出。具體螺旋壓縮機(jī)工作流程見圖1。

表2 活塞壓縮機(jī)與螺桿壓縮機(jī)間性能對比見表

圖1 螺旋壓縮機(jī)工作流程

2 螺旋壓縮機(jī)單井增壓技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

增壓機(jī)組內(nèi)采用油噴螺桿主機(jī)具有較低的容積比，通過對排氣孔優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其具備更高的容積效率。在壓縮機(jī)工作過程中通過往轉(zhuǎn)子腔內(nèi)強(qiáng)制噴油提升壓縮主機(jī)運(yùn)行效率。增壓機(jī)組采用變頻驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)30%～100%范圍內(nèi)流量的無極調(diào)節(jié)。當(dāng)煤層氣井內(nèi)套管壓力出現(xiàn)變化時(shí)通過自動(dòng)調(diào)整壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度來確保壓縮機(jī)入口位置壓力穩(wěn)定。由于依據(jù)套管壓力調(diào)整壓縮機(jī)運(yùn)行速度，所以節(jié)能效果更為顯著。

增壓機(jī)組具備完善的安全保障系統(tǒng)，當(dāng)檢測到機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出現(xiàn)場報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)增壓機(jī)組無人值守。增壓機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生不平衡力，噪音低、振動(dòng)小，且可以實(shí)現(xiàn)無基礎(chǔ)安裝；現(xiàn)場機(jī)組安裝以及后續(xù)設(shè)備搬遷等工作量小。

3 單井增壓技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用分析

山西某煤層氣采場從2016年11月開始進(jìn)行排查，在排查初期煤層氣產(chǎn)氣量逐漸增加，最后穩(wěn)定在1 750 m3/d，隨著排采時(shí)間的不斷增加，煤層氣在2017年8月份開始呈現(xiàn)降低趨勢，至2018年6月份產(chǎn)氣量已降低至890 m3/d，僅占穩(wěn)定期產(chǎn)氣量值的50%。具體采場內(nèi)煤層氣井產(chǎn)氣量變化情況見圖2。

圖2 煤層氣井產(chǎn)氣量變化曲線

3.1 單井增采效果

2018年6月以來該采場采用螺桿壓縮機(jī)配備變頻電動(dòng)機(jī)對采場內(nèi)的6口煤層氣井進(jìn)行單井增壓開采，孔口位置處套管平均壓力由0.12 MPa降低至0.05 MPa，單井煤層氣產(chǎn)氣量由891.7 m3/d提升至1 129.3 m3/d，單井煤層氣產(chǎn)量增加量平均約230 m3/d、增加幅度平均為27.8%。具體井場內(nèi)的6口煤層氣井增壓開采前、后的產(chǎn)量對比情況見表3。

表3 增壓開采前后的產(chǎn)量對比表

3.2 機(jī)組運(yùn)行情況

煤層氣井增壓機(jī)組運(yùn)行情況見第168頁表4，整個(gè)運(yùn)行過程中吸氣壓力、排氣壓力以及單井煤層氣產(chǎn)量變化幅度較小，可以有效地提升煤層氣井單井產(chǎn)氣量。

3.3 增壓機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性

從2017年7月開始在井場內(nèi)布置增壓機(jī)組至2018年1月，增壓機(jī)組已平穩(wěn)運(yùn)行超過6個(gè)月，在此時(shí)間段內(nèi)增壓機(jī)組運(yùn)行平均時(shí)率為97.9%，具體在井場內(nèi)各煤層氣井增壓機(jī)組使用率統(tǒng)計(jì)情況見表5。

表4 煤層氣井增壓機(jī)組運(yùn)行情況

表5 煤層氣井增壓機(jī)組使用率統(tǒng)計(jì)情況

4 結(jié)語

對低壓煤層氣井采用單井增壓開采技術(shù)可以有效提升煤層氣井產(chǎn)氣量，增加產(chǎn)氣效率。采用螺旋壓縮機(jī)及變頻電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的增壓機(jī)組具備運(yùn)行性能穩(wěn)定、運(yùn)行工況范圍寬的特點(diǎn)，可以滿足煤層氣井單井增壓開采運(yùn)行工況需要，對確保排采時(shí)間較長的煤層氣井穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)具有顯著的效益。對煤層氣井進(jìn)行單井增壓改造，可以在一定程度上提升煤層氣開采的經(jīng)濟(jì)效益。