摘 要：位于沁東南地區(qū)的潘河示范工程，自投產(chǎn)至今已有十余年，大多數(shù)生產(chǎn)井處于產(chǎn)氣衰減階段，為加快煤層氣的解析速度，最大限度地提高采收率，潘河區(qū)塊在單井井口處應(yīng)用地面負(fù)壓抽采工藝，獲得了較好的應(yīng)用效果。本文從煤層氣的解吸、吸附機(jī)理入手介紹了負(fù)壓抽采工藝的應(yīng)用原理，并介紹了潘河示范工程對(duì)負(fù)壓抽采工藝的實(shí)際應(yīng)用情況，僅供參考。

關(guān)鍵詞：煤層氣;負(fù)壓排采;單井增壓;增產(chǎn)

根據(jù)煤層氣的解吸、運(yùn)移機(jī)理，人們一般將一口煤層氣井的生產(chǎn)過(guò)程劃分為平衡產(chǎn)水階段、控制井底流壓不放氣階段、穩(wěn)定提產(chǎn)階段、穩(wěn)定產(chǎn)氣階段與產(chǎn)氣衰減階段，在不同的生產(chǎn)階段要制定不同的排采工作制度，從而為煤層氣井獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造條件。位于沁東南地區(qū)的潘河區(qū)塊，自投產(chǎn)至今已有十余年，大多數(shù)生產(chǎn)井處于產(chǎn)氣衰減階段，為加快煤層氣的解析速度，最大限度地提高采收率，潘河區(qū)塊在單井井口處應(yīng)用地面負(fù)壓抽采工藝，獲得了較好的應(yīng)用效果。

1 煤層氣負(fù)壓抽采工藝原理

煤層氣在煤層中的解吸過(guò)程與吸附過(guò)程是可逆的，在煤層氣儲(chǔ)層壓力低于甲烷分子的臨界解吸壓力的時(shí)候，被吸附的甲烷分子會(huì)發(fā)生解吸作用而變?yōu)橛坞x態(tài)分子，所以，煤層氣的解吸需要經(jīng)歷一降壓過(guò)程，該過(guò)程可以利用據(jù)Langmuir方程來(lái)解釋與描述。當(dāng)煤儲(chǔ)層壓力與溫度恒定時(shí)，吸附態(tài)的甲烷分子與游離態(tài)的甲烷分子處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而當(dāng)煤層壓力不斷下降的過(guò)程，吸附于煤基質(zhì)微空隙內(nèi)表面的甲烷分子會(huì)逐漸發(fā)生解吸，而逸散至微空隙空間變?yōu)橛坞x氣體，煤層氣井井口的負(fù)壓作用會(huì)借助于流體的壓強(qiáng)傳遞效應(yīng)傳至井底，然后向井底四周煤層中的流體繼續(xù)傳遞擴(kuò)散，當(dāng)使儲(chǔ)層流體壓力下降而破壞掉煤層中甲烷分子的解吸-吸附平衡動(dòng)態(tài)時(shí)，會(huì)促使甲烷分子發(fā)生解吸，從理論層面講，井口負(fù)壓愈大，煤層氣解吸速度與影響范圍就愈大。

2 工藝設(shè)備選型

目前比較常用的、技術(shù)比較成熟的天然氣壓縮機(jī)機(jī)型有往復(fù)式、螺桿式、渦旋式等。其中，傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)適合于氣量波動(dòng)較大、壓縮比大、壓力高的工況，而目前潘河區(qū)塊已步入生產(chǎn)后期階段，煤層氣井的井口套壓普遍較低，故往復(fù)式壓縮機(jī)不適用。而渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)適用于低壓力的工況，且其具有體積小、且故障率低、操作維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，故其適用于潘河區(qū)塊煤層氣井的負(fù)壓抽采工藝。與渦旋式壓縮機(jī)相比較，螺桿式壓縮機(jī)還具有壓縮比大、振動(dòng)小、密封好等優(yōu)勢(shì)，故優(yōu)先選用螺桿式壓縮機(jī)。本研究所選用的螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行工況參數(shù)如表1所示。

3 應(yīng)用效果分析

自2017年以來(lái)，潘河示范工程先后在6口井井口處安裝螺桿式壓縮機(jī)，應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

設(shè)備安裝前，6口井的井口平均套壓為0.13MPa，設(shè)備安裝后，6口井的井口平均套壓為0.06MPa，井口平均套壓較安裝前下降0.07MPa;設(shè)備安裝前，6口井的平均產(chǎn)氣量為1060m3/d，設(shè)備安裝后，6口井的平均產(chǎn)氣量為3130m3/d，平均單井增產(chǎn)氣量為2070m3/d，氣量增幅顯著。

在煤層氣井口安裝螺桿式壓縮機(jī)生產(chǎn)，在降低井口套壓的同時(shí)，還能夠提升單井產(chǎn)氣進(jìn)入采氣管網(wǎng)的壓力（表2），提升了單井向下游閥組的輸氣能力。

4 結(jié)論

對(duì)煤層氣井采用負(fù)壓排采工藝，利用地面井口負(fù)壓作用，能夠降低井底及井筒周圍煤儲(chǔ)層的流體壓力，可以促進(jìn)甲烷分子的解吸與運(yùn)移，有利于煤層氣的產(chǎn)出。

為了保證煤層氣井負(fù)壓排采工藝的實(shí)際應(yīng)用效果，需要根據(jù)煤層氣井的工況條件與工作環(huán)境來(lái)選擇合適的增壓機(jī)設(shè)備。沁東南地區(qū)潘河區(qū)塊煤層氣井井口壓力低，所處自然環(huán)境惡劣，因此選用了運(yùn)行工況壓力低、壓縮比大、故障率低、操作維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)便的螺桿式壓縮機(jī)。

在潘河區(qū)塊的6口煤層氣井應(yīng)用負(fù)壓排采工藝以后，單井氣量增幅顯著，且單井向閥組的輸氣能力得到提升，取得了良好的應(yīng)用效果，對(duì)其他區(qū)塊具有一定的借鑒意義。

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作者簡(jiǎn)介：

谷醒林（1989- ），男，碩士，助理工程師，現(xiàn)就職于中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，主要從事煤層氣排采方面的研究工作。