天然氣增壓開采工藝技術(shù)在頁巖氣田開發(fā)后期的應(yīng)用

張 雷

江漢油田采氣一廠

天然氣增壓開采工藝技術(shù)在頁巖氣田開發(fā)后期的應(yīng)用

張 雷

江漢油田采氣一廠

由于在頁巖氣田開采的過程中，長時間日積月累的資源損耗，使得整體氣田的內(nèi)部壓力逐漸減弱，開發(fā)后期不能很好的滿足具體工藝技術(shù)的準(zhǔn)確應(yīng)用，從而使得開發(fā)所涉及到的眾多指標(biāo)不能達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)。基于此，本文將著重分析探討天然氣增壓開采工藝技術(shù)在頁巖氣田開發(fā)后期的應(yīng)用，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

頁巖氣田；天然氣；增壓開采；應(yīng)用

引言

天然氣增壓開采主要是定容彈性氣藏衰竭式開采，保證氣田開發(fā)后期的穩(wěn)定。同時，天然氣增壓開采技術(shù)的主要特點(diǎn)是可以提高采收率。但是，由于目前我國天然氣增壓開采工藝技術(shù)還存在一定的問題，在國內(nèi)外的技術(shù)研發(fā)中還缺乏系統(tǒng)以及成熟的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)。

一、天然氣增壓開采技術(shù)在頁巖氣田的應(yīng)用基礎(chǔ)

目前，我國頁巖氣田在后期的挖潛階段面臨的主要難點(diǎn)在于兩大方面，一方面在于氣井井底壓力過小，后期壓力衰減較快，加之外輸管網(wǎng)對井口的回壓過高，對外輸工作帶來了很大困擾，開采難度大大增加；另一方面在于受到氣田水的困擾，使得地層滲流通道變窄變小，進(jìn)而降低了有效滲透率，同時氣田水在井筒內(nèi)形成積液，阻礙天然氣向井口運(yùn)移，導(dǎo)致資源損耗較多，大大降低了天然氣運(yùn)輸?shù)男屎唾|(zhì)量，氣田開發(fā)進(jìn)度放緩，不利于整體經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。總的來講，頁巖氣田后期增壓開采應(yīng)用基礎(chǔ)應(yīng)具備兩點(diǎn)：①氣井內(nèi)部壓力過低；②井口壓力與外輸壓力基本持平或管網(wǎng)回壓過高，頁巖氣無法正常外輸。

二、天然氣增壓開采技術(shù)在頁巖氣田應(yīng)用優(yōu)化

增壓開采工藝主要是利用氣田外部環(huán)境中的壓力作用于氣井的內(nèi)部環(huán)境中，提高氣井內(nèi)部壓力，并使其升高到開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)要求值上，確保氣井中的壓力能夠?qū)崿F(xiàn)有效協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)天然氣資源有效、充分地對外供給。針對頁巖氣氣田的特點(diǎn)，常規(guī)氣田增壓開采技術(shù)具有很好的借鑒和指導(dǎo)作用，同時為了取得更好的增壓開采效果，需在開采應(yīng)用過程中對其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，具體可以通過以計算非線性方程的方式來實(shí)現(xiàn)。非線性方程中的因變量是全部開采進(jìn)程中的天然氣產(chǎn)量、增壓機(jī)組及其功率消耗，通過優(yōu)化計算達(dá)到方程中各個因變量合理協(xié)調(diào)的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)氣田開發(fā)后期的最優(yōu)開發(fā)。

增壓開采工藝技術(shù)數(shù)學(xué)方程模型能夠有效、真實(shí)地模擬整個氣田開采的環(huán)節(jié)，其中包含了天然氣自地表面一氣田的底部一氣井的頂口一氣嘴一天然氣集輸站點(diǎn)一增壓站組一外部收集管道的綜合性流動特點(diǎn)和規(guī)律，所建立的非線性方程為：

目標(biāo)函數(shù)：

后期開發(fā)階段中的氣壓運(yùn)動規(guī)律為：

其中：

三、天然氣增壓開采技術(shù)在頁巖氣田應(yīng)用與效果

1、增壓開采工藝氣井區(qū)的選擇

針對天然氣增壓開采技術(shù)的具體應(yīng)用過程，需要選擇合適的氣井區(qū)作為大體環(huán)境進(jìn)行實(shí)施，要全方面考慮氣井內(nèi)部的壓力程度以及管道的分布狀態(tài)，從而充分利用集中外輸系統(tǒng)，選擇壓強(qiáng)密度較高的區(qū)域進(jìn)行增壓開采，達(dá)到最佳的應(yīng)用效果。

2 、合理選擇增壓站站址

增壓站站址的選擇對天然氣增壓開采工藝技術(shù)有著非常大的影響，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。第一，氣水同產(chǎn)的天然氣單井，應(yīng)當(dāng)在井場的附近選擇建立增壓站，從而便于將氣和水分離，并且單獨(dú)輸送，這樣有助于提高管理的協(xié)調(diào)性，避免井口壓力過大；第二，純氣井單井開采中使用增壓開采技術(shù)，需根據(jù)具體情況確定增壓站的地址，在單井站選址能夠提高管理的效果，有助于完善設(shè)施，也可以在氣井不遠(yuǎn)處選址；第三，集中開采的氣井在使用增壓開采技術(shù)時，可以在氣井不遠(yuǎn)處選址?？傮w來說，增壓站應(yīng)該建立在該氣田的附近，通過這種方式實(shí)現(xiàn)就地分離以及低壓氣增壓輸送，進(jìn)而方便氣田與增壓站的協(xié)調(diào)管理。

3 、設(shè)備選型應(yīng)該與頁巖氣田生產(chǎn)特點(diǎn)相適應(yīng)

針對天然氣增壓開采技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)備選型也應(yīng)該與頁巖氣田生產(chǎn)特點(diǎn)相適應(yīng)，其中濟(jì)柴成都壓縮機(jī)廠自主研發(fā)的我國首套頁巖氣增壓采氣機(jī)組DTY系列分體式電驅(qū)壓縮機(jī)組，已經(jīng)在西南油氣田成功投運(yùn)和取得了較好效果。其次，天然氣在溫度不斷變化時有可能會折出不同的凝析液，并且工藝流程在改造的過程中如果不適應(yīng)氣田生產(chǎn)的特點(diǎn)，還會影響增壓設(shè)備的潤滑系統(tǒng)。因此，在進(jìn)行機(jī)組和輔助系統(tǒng)的安裝中可以轉(zhuǎn)變?yōu)榍搜b式，進(jìn)而方便縮短現(xiàn)場的建設(shè)周期和適應(yīng)搬遷的需要。

4 、壓縮機(jī)工況與氣田生產(chǎn)變化相適應(yīng)

實(shí)施增壓開采應(yīng)該依據(jù)氣井或者氣田的實(shí)際天然氣產(chǎn)量、進(jìn)口所產(chǎn)生和達(dá)到的壓力、隨工藝流程的實(shí)施而損耗的壓力以及對外輸氣過程中產(chǎn)生的壓力進(jìn)行綜合分析和考慮，所選壓縮機(jī)在型號、規(guī)格和數(shù)量方面符合相關(guān)要求，對于氣水井中的增壓采氣還應(yīng)該設(shè)置備用機(jī)組；在壓縮機(jī)工作的過程中，要合理依據(jù)氣田中對于集氣和輸氣的采氣變化靈活地調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的工況，使其適應(yīng)氣井的開采工藝，具體的可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)動速度、壓縮缸的余隙以及調(diào)整配氣閥的數(shù)量來達(dá)到工況要求；如果遇到氣田或者氣井的生產(chǎn)變動劇烈波動時，也可以通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的使用數(shù)量和型號來優(yōu)化生產(chǎn)流程，達(dá)到最佳效益的增產(chǎn)效果。

5 、增壓開采工藝技術(shù)在頁巖氣田的應(yīng)用效果評價

2015年9月，濟(jì)柴成都壓縮機(jī)廠自主研發(fā)的DTY280ML166 ×116分體式電驅(qū)壓縮機(jī)組在西南油氣田長寧區(qū)塊寧201-H1井成功投運(yùn)，這是我國首套頁巖氣增壓采氣機(jī)組，該機(jī)組連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行400多小時，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均達(dá)設(shè)計要求，單井日產(chǎn)量由實(shí)施工藝前的3.6×104m3提升到目前的6.8×104m3，平均日產(chǎn)量增加3×104m3/d，取得了較好的增壓開采效果。同時該機(jī)組采用二次降噪技術(shù)，可達(dá)到新《環(huán)境保護(hù)法》規(guī)定的廠界噪聲排放Ⅱ類指標(biāo)，有效解決了設(shè)備運(yùn)行過程中的噪聲擾民問題。

結(jié)束語

總而言之，頁巖氣是一種清潔新能源，在常規(guī)氣資源量越來越少的背景下，頁巖氣開發(fā)已經(jīng)備受關(guān)注。在頁巖氣開發(fā)后期壓力降低，甚至低于管網(wǎng)壓力，致使氣體無法正常外輸，因此引進(jìn)機(jī)械設(shè)備作為動力補(bǔ)充不失為一種好方法，而增壓開采技術(shù)就是此類方法中一種比較常見的氣田后期開采技術(shù)，能夠有效降低井口的流動壓力，提高頁巖氣的開采效率，進(jìn)而提高氣井的最終采收率。

[1]楊麗夢.慶深氣田低壓氣井增壓開采技術(shù)研究[D].東北石油大學(xué)，2015.