煤层气地面负压排采工艺研究

摘 要：位于沁东南地区的潘河示范工程，自投产至今已有十余年，大多数生产井处于产气衰减阶段，为加快煤层气的解析速度，最大限度地提高采收率，潘河区块在单井井口处应用地面负压抽采工艺，获得了较好的应用效果。本文从煤层气的解吸、吸附机理入手介绍了负压抽采工艺的应用原理，并介绍了潘河示范工程对负压抽采工艺的实际应用情况，仅供参考。

关键词：煤层气;负压排采;单井增压;增产

根据煤层气的解吸、运移机理，人们一般将一口煤层气井的生产过程划分为平衡产水阶段、控制井底流压不放气阶段、稳定提产阶段、稳定产气阶段与产气衰减阶段，在不同的生产阶段要制定不同的排采工作制度，从而为煤层气井获得高产、稳产创造条件。位于沁东南地区的潘河区块，自投产至今已有十余年，大多数生产井处于产气衰减阶段，为加快煤层气的解析速度，最大限度地提高采收率，潘河区块在单井井口处应用地面负压抽采工艺，获得了较好的应用效果。

1 煤层气负压抽采工艺原理

煤层气在煤层中的解吸过程与吸附过程是可逆的，在煤层气储层压力低于甲烷分子的临界解吸压力的时候，被吸附的甲烷分子会发生解吸作用而变为游离态分子，所以，煤层气的解吸需要经历一降压过程，该过程可以利用据Langmuir方程来解释与描述。当煤储层压力与温度恒定时，吸附态的甲烷分子与游离态的甲烷分子处于动态平衡状态，而当煤层压力不断下降的过程，吸附于煤基质微空隙内表面的甲烷分子会逐渐发生解吸，而逸散至微空隙空间变为游离气体，煤层气井井口的负压作用会借助于流体的压强传递效应传至井底，然后向井底四周煤层中的流体继续传递扩散，当使储层流体压力下降而破坏掉煤层中甲烷分子的解吸-吸附平衡动态时，会促使甲烷分子发生解吸，从理论层面讲，井口负压愈大，煤层气解吸速度与影响范围就愈大。

2 工艺设备选型

目前比较常用的、技术比较成熟的天然气压缩机机型有往复式、螺杆式、涡旋式等。其中，传统往复式压缩机适合于气量波动较大、压缩比大、压力高的工况，而目前潘河区块已步入生产后期阶段，煤层气井的井口套压普遍较低，故往复式压缩机不适用。而涡旋式压缩机、螺杆式压缩机适用于低压力的工况，且其具有体积小、且故障率低、操作维护简便等优点，故其适用于潘河区块煤层气井的负压抽采工艺。与涡旋式压缩机相比较，螺杆式压缩机还具有压缩比大、振动小、密封好等优势，故优先选用螺杆式压缩机。本研究所选用的螺杆压缩机运行工况参数如表1所示。

3 应用效果分析

自2017年以来，潘河示范工程先后在6口井井口处安装螺杆式压缩机，应用效果主要体现在以下两个方面：

设备安装前，6口井的井口平均套压为0.13MPa，设备安装后，6口井的井口平均套压为0.06MPa，井口平均套压较安装前下降0.07MPa;设备安装前，6口井的平均产气量为1060m3/d，设备安装后，6口井的平均产气量为3130m3/d，平均单井增产气量为2070m3/d，气量增幅显著。

在煤層气井口安装螺杆式压缩机生产，在降低井口套压的同时，还能够提升单井产气进入采气管网的压力（表2），提升了单井向下游阀组的输气能力。

4 结论

对煤层气井采用负压排采工艺，利用地面井口负压作用，能够降低井底及井筒周围煤储层的流体压力，可以促进甲烷分子的解吸与运移，有利于煤层气的产出。

为了保证煤层气井负压排采工艺的实际应用效果，需要根据煤层气井的工况条件与工作环境来选择合适的增压机设备。沁东南地区潘河区块煤层气井井口压力低，所处自然环境恶劣，因此选用了运行工况压力低、压缩比大、故障率低、操作维护相对简便的螺杆式压缩机。

在潘河区块的6口煤层气井应用负压排采工艺以后，单井气量增幅显著，且单井向阀组的输气能力得到提升，取得了良好的应用效果，对其他区块具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]叶建平，陆小霞.我国煤层气产业发展现状和技术进展[J].煤炭科学技术，2017（9）：261-263.

[2]彭川，张遂安，王凤林.煤层气井负压排采技术潜在增产因素分析[J].科学技术与工程，2019（14）：166-171.

作者简介：

谷醒林（1989- ），男，硕士，助理工程师，现就职于中联煤层气有限责任公司晋城分公司，主要从事煤层气排采方面的研究工作。