煤層氣單井增壓開采技術應用研究

王 寧

(山東科瑞壓縮機有限公司，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顆粒之間有很強的物理吸附作用，以吸附態存在于煤層中，含氣量在3.0m3～16.7m3/t之間，屬于低孔、低滲、低產、低豐度的氣藏。

煤層氣的存在形式決定了其與常規天然氣田不同的開發方式。煤層氣單井產能低，穩定期短，很快進入低壓低產階段，且較長時間處于低壓低產階段。從目前沁水盆地煤層氣井的生產規律分析，氣井采出率達到30%以后，產量將開始遞減，產量越高，遞減時間越早。為了保持氣田產量穩定，需要盡快解決低產井的增產問題。

單井增壓工藝是煤層氣開采后期穩產的重要手段。通過在每一個直井井口增加螺桿壓縮機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，對提高煤層氣的采收率十分有效。

2 單井增壓螺桿壓縮機機組

在國內外調研基礎上，結合中聯煤層氣有限公司潘河采氣廠的工況條件，優選出電機驅動+螺桿壓縮機整體成撬的單井增壓機組。該機組工況范圍寬，增壓機組吸氣壓力-0.01～0.15MPaG，排氣壓力為0.2～0.3MPaG，日處理量0.2～0.4×104m3/d，機組主要工況參數見表1。

表1 螺桿壓縮機工況參數

傳統活塞式壓縮機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進行單井增壓，整橇尺寸2.3m×1.7m×1.9m。與活塞壓縮機相比，螺桿壓縮機具有體積小、壓縮比大、負壓抽吸、運行平穩等優點，螺桿壓縮機與活塞壓縮機性能對比見表2。

該機組整體撬裝，占地面積小，便于裝載運輸。氣液分離器、壓縮機主機、變頻電機、現場控制盤(柜)、風冷式冷卻器等布置在同一撬座上，撬塊僅提供三個對外接口(進氣口、排氣口及排污口)，高進低出。 套管氣通過進氣軟管連接到壓縮機橇塊入口，經過入口氣水分離器對氣體內的液態組分進行分離，同時分離器帶有自動排污閥，可根據分離罐內的液位進行自動排污。 分離后的氣體經過管路連接至螺桿式壓縮機的入口，在經過陰陽轉子的嚙合合壓縮后，排出壓縮機。經過壓縮的氣體進入油氣分離器，在油氣分離器內進行潤滑油與氣體的分離，分離出潤滑油的氣體進入氣體冷卻器。經過冷卻后的氣體通過出口分離器，將冷凝產生的液體分離，并通過自動排污閥排出，氣體經過止回閥通過出口管路排出。 油氣分離器內的潤滑油，經過油泵輸送，經過潤滑油冷卻器、油溫控制閥、油過濾器后，注入壓縮機，為軸承、轉子、機械密封提供潤滑。壓縮機出口裝有旁通/回流控制閥，氣體可回流至壓縮機入口，實現壓縮機的輕載啟動。

表2 螺桿壓縮機與活塞壓縮機性能對比

3 單井增壓螺桿壓縮機機組的主要使用特點

機組采用低內容積比的噴油螺桿主機，優化的排氣孔口設計，容積效率高；在壓縮過程中往轉子腔強制噴油使得主機的效率高。

機組采用變頻電機驅動，可以實現30%～100%無極流量調節；在井口套管壓力變化時自動調節壓縮機的轉速來維持壓縮機入口壓力穩定。 機組運行在部分氣量工作時，壓縮機功率相應的呈線性曲線下降，機組耗電量降低，更加節能。

機組有完善的安全保護系統，機組出現故障時現場報警并自動保護停機，能實現戶外無人值守情況下24小時安全運行。

機組運行時沒有不平衡力存在，振動小，噪音低，可以實現無基礎安裝；現場投產安裝以及后續搬遷都十分方便。

4 單井增壓螺桿壓縮機機組的應用效果

(1)單井增產效果

2017年以來潘河采氣廠采用電機驅動的螺桿壓縮機機組對6口氣井實施單井增壓，井口平均套管壓力由0.12MPa下降至0.05MPa，日產量由0.1×104m3/d增加至0.3×104m3/d，平均增產0.2×104m3/d，平均增產比例達46%。增壓前后數據對比見表3。

表3 單井增壓井口增壓前后產量對比表

(2)機組應用工況(表4)

表4 試驗機組實際應用工況

(3)機組穩定性

機組總體運行平穩，機組試運行6個月以來，平均運行時率97.9%，單井增壓機組在線使用率如表5所示。

表5 單井增壓開采點機組運行時率統計表

5 結論

實踐證明單井增壓螺桿壓縮機機組性能穩定，工況范圍寬；滿足煤層氣單井抽采的應用工況，對于老井的增產穩產效果顯著，可以豐富煤層氣增產改造技術，提高地面煤層氣開采的經濟性。