同步回旋壓縮機在蘇里格氣田的應用

趙會軍

同步回旋壓縮機在蘇里格氣田的應用

趙東升1趙會軍1薛崗2趙雷亮3

1常州大學石油工程學院2西安長慶科技工程有限責任公司3長慶油田蘇里格分公司

同步回旋式壓縮機由轉子、氣缸體、嵌入式滑板、中心旋轉軸及排氣閥等組成。轉子、滑板和氣缸的旋轉運動使得工作腔隨著主軸轉角實現由小變大再變小的周期變化過程，實現壓縮氣體的目的。低壓、低滲、低產氣田的地質條件決定了氣井生產周期里不可避免的規律，即穩產期短、自然遞減期長，在壽命中后期生產過程中出現積液、水淹最終廢棄。而新型同步回旋壓縮機則很好地解決了這種有氣采不出、采出不暢的狀況，在提高現有積液井產量的同時，還能對由于積液過多而廢棄的氣井進行激活，達到增產和提高利用率的目的。

同步回旋壓縮機；低壓低產井；井口增壓；積液；增產

1 集輸工藝及生產現狀

蘇里格氣田是中國陸上最大的整裝氣田，2005年開始規模開發，2013年底建成采氣井7000余口，形成產能240億立方米/年。該氣田屬于低滲、低壓、低產的三低氣田，由于在開采過程中采用了井下節流技術，使得天然氣井長期處于低壓生產狀態，在氣井內逐漸產生了積液[1]。

隨著穩產期的結束，積液井日趨增加，個別區塊的積液井達到了總量的60%以上，必須采取有效措施來保證氣田的穩產[2]。目前蘇里格氣田采取了包括泡沫排水采氣、連續油管排水采氣、壓縮機（氮氣）氣舉排水采氣和井間氣舉排水等多種措施，對積液井進行復產和提產。由于上述措施的局限性，對于氣、水比較大的氣井有效期短、投入大，急需一種簡單、實用的高效裝置來解決這個問題。

2 同步回旋壓縮機原理及現場試驗

同步回旋式壓縮機由轉子、氣缸體、嵌入式滑板、中心旋轉軸及排氣閥等組成。滑板一端嵌入開有滑板槽的轉子中，在滑板槽中做相對于轉子的往復滑動，沿氣缸內壁做旋轉運動，并相對于氣缸做小角度旋轉擺動。轉子與氣缸偏心安裝，轉子側面與氣缸內壁相切并形成一條密封線，該密封線與滑板共同將轉子和氣缸之間的月牙形封閉空間分隔成2個可周期變化的工作腔，一個為進氣腔，另一個為排氣腔。主軸旋轉中心與轉子旋轉中心重合，由主軸驅動轉子做完全的回轉運動，轉子同時帶動滑板旋轉，從而驅動氣缸做圍繞氣缸旋轉中心的同步回轉運動。轉子、滑板和氣缸的旋轉運動使得工作腔隨著主軸轉角實現由小變大再變小的周期變化過程，實現壓縮氣體的目的[3]。壓縮機工作原理見圖1。

圖1 同步回旋壓縮機工作原理

2014年1月8日，蘇東48—47井場安裝1臺入規格為4L/r的同步回旋壓縮機組進行現場增壓試驗。采用井口接入式流程，直接增壓方式，氣井中天然氣被壓縮機吸入，壓縮至輸氣管網后外輸，經過2h左右的抽取，氣井油壓降至0.15MPa，氣液瞬間噴出，油壓迅速恢復至2.2MPa，流量計指示顯示為340～420m3/h，折合日產氣9000m3左右。隨后，油壓逐步降至0.7MPa左右，壓縮機出口壓力恢復到系統壓力（1.0～1.1MPa）。此狀態由1月8日延續到至今，瞬時流量穩定在280～300m3/h，折合日產氣7000m3；同時，氣井中套壓維持在8.0MPa，外輸壓力1.0～1.1MPa。

井口增壓裝置由同步回旋壓縮機（4L/r、200～320L/min，1MPa壓力下排量約18000m3/d）、氣液緩沖器、潤滑液循環及冷卻系統等組成，同時配備了1套75kW的柴油發電機組和變頻裝置。設施全部成橇組裝，增壓和發電各成一橇。

3 氣井生產運行及試驗效果

根據近一個月的監測數據所得出的日產量圖可以發現，由于初期積累了大量的水，壓力釋放后，產量迅速升高至9000m3/d，隨后逐步下降，10天后基本穩定在7000m3/d左右，與原產量1000m3/d相比有了很大的提升。

試驗過程中對同步回旋壓縮機進行了數次停機和啟機，每次停機、啟機后，表現為氣井套壓忽然下降，瞬時流量上升，隨后套壓緩慢上升，產量逐漸穩定。從生產曲線來看日產氣量變化不大，其生產特征類似短暫關井后的開井。總體上套壓、油壓基本保持穩定，可以達到持續穩產的效果。

為了加快試驗速度，擴大試驗成果，2014年1月21日在蘇48—48井安裝了第二套增壓裝置，對低壓低產井進行了提產試驗。投運前該井日產氣量0.2×104m3，套壓4.06MPa。投運后產氣量有所上升，提高到0.4×104m3/d，持續約6天，隨后逐漸降低至原產氣量。目前氣井產量0.1×104m3/d，油壓0.26MPa，套壓3.71MPa，外輸壓力1.1MPa。在該井同步回旋壓縮機運行時進行了數次停機和啟機，每次停機、啟機后，氣井瞬時流量上升，隨后逐漸穩定，從生產曲線來看日產氣量變化不大。

為了對同步回旋壓縮機井口增壓效果進行進一步確認，2014年3月27日和29日對蘇48—17—52和蘇6—7—9兩口間歇生產井進行了現場增壓試驗，目前，氣井產量均由0.2×104m3/d增加到0.6×104m3/d。對同步回旋壓縮機的動力系統也進行了優化，發動機燃料由柴油改為天然氣，實現了燃料就地取用的目的，電機功率由75kW降為55kW，減少了能耗，優化后的井口增壓裝置具備了在氣田規模推廣應用的基本條件。

4 試驗分析及存在的問題

4.1 試驗分析

（1）同步回旋壓縮機具有良好的濕氣輸送能力，在蘇里格氣田可以逐步取代僅能輸送干氣的活塞式壓縮機，從而大大簡化地面集輸流程，特別是可以用于氣田生產后期單井及井組增壓。將氣井開發初期確定的氣井廢棄壓力由0.5MPa降低至0.1MPa左右，這對延長氣井壽命，提高氣田采收率，增加地質可動用儲量將產生十分重要的影響。

（2）對類似于蘇48—47套壓高、壓力補充能力強、氣水比高、易水淹的氣井，采用同步回旋壓縮機作為措施采氣或高峰供氣時段提高單井產量具有十分重要的意義，尤其是作為措施采氣手段簡單易行，氣井復產后可迅速撤移至另一口井。同時，取消了通過泡排劑來增加氣體攜液能力的過程，在節約成本的同時還避免對伴生液和氣井井筒的二次污染，降低了集氣站和處理廠對積液的處理難度。

（3）對于類似于蘇48—48套壓低、壓力補充能力差、氣水比相對較低、能夠連續生產或間歇生產的氣井，可以起到短期提高產量的效果，但對該井總體產量意義不大。但通過該井抽吸試驗，證實同步回旋壓縮機具有將油壓穩定抽吸至0.1MPa能力，壓縮機進、出壓力及輸量的自平衡能力基本得到證實。

4.2 存在的問題

（1）目前井口動力輸出端由移動式柴油發電機或天然氣發電機供電，電機提供動力帶動同步回轉壓縮機工作。三次功能轉換造成大量能量損失，下一步可嘗試將動力端改為由單缸柴油機或單缸燃氣發動機直接提供動力，可以節約大約60%的設備成本與80%的燃料成本。

（2）盡快研制6～8L/r的同步回旋壓縮機，實現井組或區域低壓低產井的集中增壓。

（3）由于每口井的地層條件差異，油套壓、氣水比不同，用于氣井措施采氣時，必須對氣井進行一段時間的增壓試驗，才能確定出不同的啟、停機規律。

5 結語

低壓、低滲、低產氣田的地質條件決定了氣井生產周期里不可避免的規律，即穩產期短、自然遞減期長，在壽命中后期生產過程中出現積液、水淹最終廢棄，措施采氣和井組或區域增壓不可避免。蘇里格氣田經過6年的開發建設，生產井中積液井已經占總生產井數的60%左右，大大影響了氣田的穩定生產。而新型同步回旋壓縮機則很好地解決了這種有氣采不出、采出不暢的狀況，在提高現有積液井產量的同時，還能對由于積液過多而廢棄的氣井進行激活，達到增產和提高利用率的目的。

[1]楊爽月．低滲透油氣田地面生產工藝技術探討[J]．油氣田地面工程，2013，32（9）：116-118.

[2]肖述琴，商永濱，楊旭東．蘇里格叢式井井下節流技術研究[J]．油氣田地面工程，2010，29（9）：47-47.

[3]楊驊，屈宗長，周慧，等．同步回轉式制冷壓縮機的運動分析[J]．西安交通大學學報，2008，42（5）：565-568.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.025