单井增压开采技术在煤层气开采中的应用

范海波

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048204)

煤层气以游离、吸附等状态存储于煤层内，通常情况下煤层中煤层气含量介于3.2 m3/t～16.9 m3/t，煤层气开采及存储具有低产、低渗、低孔以及低丰度等特点[1-2]。煤层气成藏特点决定了其与天然气开采方式存在差异。煤层气开采过程中单井产能低，稳定持续时间短，衰减速度快，同时会长时间处于低压、低气阶段[3-5]。从煤层气开采规律来看，单井煤层气产出率达到30%以上时，煤层气产量会呈现降低趋势，因此，为了提升煤层气产量，需要解决低压、低气井增产问题[6-7]。单井增压工艺是稳定煤层气产量的重要技术措施，通过在煤层气井井口布置螺杆压缩机，可以大幅度地降低煤层气井内套管压力，从而加快煤层气从煤储层中的解析速度，对提升煤层气开采效率具有重要意义。

1 螺旋压缩机机组构成

通过调研并结合下煤层气井采气长实际情况，优选得到的煤层气井单井增压机组构成为螺杆压缩机+电机驱动方式，该增压机组吸气压力介于-0.01 MPa(G)～0.15 MPa(G)，排气压力介于0.2 MPa(G)～0.3 MPa(G)，日处理量介于2 000 m3～4 000 m3，具体选用的单井增压螺杆压缩机参数见表1。

表1 单井增压螺杆压缩机参数

传统采用的活塞式压缩机已经不能满足煤层气井孔口套管内压力低的运行工况，因此在山西某采气场提出采用螺杆压缩机进行煤层气井增压，压缩机的整撬规格为2 300 mm×1 700 mm×1 900 mm，相对于活塞压缩机具有压缩比高、运行平稳、体积小以及负压抽吸等优点，具体活塞压缩机与螺杆压缩机间性能对比见表2。

单井增压机组采用整体撬装方式，不仅便于装载运输而且占地空间小，将现场控制盘、变频电动机、气液分离器以及压缩机主机等设备集成布置在同一撬座上，撬块对外提供排污口，进、出气口，高进低出方式。煤层气井套管气采用进气软管与螺杆压缩机撬块入口连接，并采用水气分离器对煤层气中含有的水分进行分离，同时，采用的分离器具备自动排污功能。分离器分离后的气体通过占用管路与压缩机入口连接，气体经阴阳转子齿合压缩后排出。具体螺旋压缩机工作流程见图1。

表2 活塞压缩机与螺杆压缩机间性能对比见表

图1 螺旋压缩机工作流程

2 螺旋压缩机单井增压技术应用特点

增压机组内采用油喷螺杆主机具有较低的容积比，通过对排气孔优化设计，使其具备更高的容积效率。在压缩机工作过程中通过往转子腔内强制喷油提升压缩主机运行效率。增压机组采用变频驱动电动机，可以实现30%～100%范围内流量的无极调节。当煤层气井内套管压力出现变化时通过自动调整压缩机电动机运转速度来确保压缩机入口位置压力稳定。由于依据套管压力调整压缩机运行速度，所以节能效果更为显著。

增压机组具备完善的安全保障系统，当检测到机组出现故障时可以自动停机并发出现场报警信息，实现增压机组无人值守。增压机组现场运行时不会产生不平衡力，噪音低、振动小，且可以实现无基础安装；现场机组安装以及后续设备搬迁等工作量小。

3 单井增压技术现场应用分析

山西某煤层气采场从2016年11月开始进行排查，在排查初期煤层气产气量逐渐增加，最后稳定在1 750 m3/d，随着排采时间的不断增加，煤层气在2017年8月份开始呈现降低趋势，至2018年6月份产气量已降低至890 m3/d，仅占稳定期产气量值的50%。具体采场内煤层气井产气量变化情况见图2。

图2 煤层气井产气量变化曲线

3.1 单井增采效果

2018年6月以来该采场采用螺杆压缩机配备变频电动机对采场内的6口煤层气井进行单井增压开采，孔口位置处套管平均压力由0.12 MPa降低至0.05 MPa，单井煤层气产气量由891.7 m3/d提升至1 129.3 m3/d，单井煤层气产量增加量平均约230 m3/d、增加幅度平均为27.8%。具体井场内的6口煤层气井增压开采前、后的产量对比情况见表3。

表3 增压开采前后的产量对比表

3.2 机组运行情况

煤层气井增压机组运行情况见第168页表4，整个运行过程中吸气压力、排气压力以及单井煤层气产量变化幅度较小，可以有效地提升煤层气井单井产气量。

3.3 增压机组运行稳定性

从2017年7月开始在井场内布置增压机组至2018年1月，增压机组已平稳运行超过6个月，在此时间段内增压机组运行平均时率为97.9%，具体在井场内各煤层气井增压机组使用率统计情况见表5。

表4 煤层气井增压机组运行情况

表5 煤层气井增压机组使用率统计情况

4 结语

对低压煤层气井采用单井增压开采技术可以有效提升煤层气井产气量，增加产气效率。采用螺旋压缩机及变频电动机相结合的增压机组具备运行性能稳定、运行工况范围宽的特点，可以满足煤层气井单井增压开采运行工况需要，对确保排采时间较长的煤层气井稳产、增产具有显著的效益。对煤层气井进行单井增压改造，可以在一定程度上提升煤层气开采的经济效益。