油气田开发后期天然气增压开采工艺技术要点及应用

张明亮

（中海油发展澄迈能源技术有限公司，海南 海口 570100）

随着全球能源需求的不断增加，油气田开采作为传统能源产业中不可或缺的一环受到了极大的关注。我国作为油气资源大国，已探明石油地质储量占世界总探明石油地质储量的10%，天然气地质储量占世界总探明天然气地质储量的12%。随着油气开采规模的不断扩大和勘探开发程度的不断加深，油气产量递减速度越来越快，开发后期井口压力低、天然气脱水困难等问题逐渐凸显。从油田角度来看，目前国内多数油气田处于中后期开发阶段，大部分油井已进入高含水期甚至高含水后期。因此，通过采用各种开采技术和设备，不断提高采收率和产能建设水平、延长油井寿命、提高采油速度显得尤为重要。增加天然气压力已成为提高天然气产量和降低生产成本的必要手段之一。天然气增压开采工艺通过使用一种名为“增压系统”的设备，将井口输送的低压天然气增加至合适的压力，在保证天然气安全生产的前提下提高产量。本文旨在探讨油气田开发后期天然气增压开采工艺技术的要点及应用，希望能够为相关企业和研究机构提供专业的技术支持和实践应用指导，促进该技术在能源领域的不断创新和发展。

1 天然气增压开采工艺技术概述

1.1 天然气增压开采的基本原理和工艺流程

天然气增压开采是对勘探开发后期地下油气输送中的低压天然气进行加压，使其达到输送管道所需压力的一种技术。其基本原理是利用增压设备将低压天然气压缩为高压气体，同步输送至市场或储气库进行储存使用。天然气增压开采步骤如图1 所示。

图1 天然气增压开采步骤

1.2 天然气增压技术的分类与区别

天然气增压技术可以根据增压所需能量来源的不同，分为机械增压和热力学增压两类。在实际应用中，综合利用机械和热力学两种增压方式，可以获取较好的经济效益和技术性能。

（1）机械增压。主要指利用离心压缩机、容积式压缩机、涡旋动压缩机等机械设备，将低压天然气通过机械方式进行加压的技术。机械增压的主要优点是操作简便、压力范围广、响应速度快等，但其增压结果也会受制于机械本身的性能。（2）热力学增压。指利用温度升高而带来的气体体积变化，从而达到提升压力的目的。常见热力学增压设备有膨胀液流增压机、回火炉式增压机和低温液氮增压机等。热力学增压设备具有高效节能、适用对冷却处理要求较高的场合等特点，但其能源消耗量较大。

2 油气田开发后期天然气增压开采工艺技术要点

2.1 增加注汽量，提高注汽品质

（1）增加注汽量。要根据实际情况合理调整注汽量，对于特定油气田，要根据具体地质、物理、化学性质及产量、井底温度、地层厚度等参数，制定适宜的注汽量，以保证增压的最佳效果。可以使用高效增压设备，如柱塞泵、阀门和增压周期控制器等增加注汽量，从而提高增压泵流量和效率，避免加注汽速度过慢影响生产。另外，需要注意的是，在增加注汽量中要调整气液比例，适量增加，并减少注水的体积，从而达到最佳效果，改善井底动态条件。（2）提高注汽品质。油气田开发后期天然气增压开采注汽中注汽温度过高会导致气体膨胀部分减少，影响增压效果。因此，需要控制注汽的温度，并严格掌握水汽比例。同时，为了保证注汽的质量，要选择合适的溶剂进行处理，以降低水汽和杂质等对生产的干扰。例如，使用乙醇、乙二醇、甲醚等作为注汽剂，可以增加湿气的溶解度，防止水和盐堵塞毛细孔隙。另外，在提高注汽品质时可以采用新型注汽装置，包括电泵式增压装置、自然循环增压装置和液浸式增压装置等，这些新型装置的使用可以直接提高燃料比率。

2.2 优化井网结构

优化井网结构是油气田开发后期天然气增压开采过程中的一个重要技术要点，这一步骤的目的是通过对井网结构进行合理的规划和设计，以达到提高天然气产量、降低成本、提高效率的目的。优化井网结构首先要合理布置生产井与注水井。一方面，需要保证注水井的稳定性和足够的注水量，以充分利用地下储层的水能力，提高开采效率；另一方面，需要合理布置生产井，使其间距适当、排列有序，保持产气均衡，避免不必要的回收损失，提高采收率。其次，要调整井底流量。通过调整井底流量、控制单井产能来实现优化井网结构，进而提高场站的生产能力和效益。其中在确定每口井的工况时，应综合考虑井深、油气含量、井径、渗透性等因素，通过测斜数据、产量测试和地质勘探等手段，精准记录井底压力、产气量等重要参数，以作为优化井网结构的依据。

2.3 管道系统

管道系统是油气田开发后期天然气增压的重要组成部分，也是一个复杂的系统工程。其主要功能是将增压后的天然气从井口输送到加气站、工厂或市场等终端用户。在此过程中，管道系统需要完成气体采集、处理、传输和控制等多个环节，并保证安全可靠。为了确保管道系统的可靠性和长期稳定运行，首先，需要选择合适的管道材料和设备。一般来说，钢管、玻璃钢管和无缝管等均可以用于天然气管道，但在选择时，应根据不同的使用条件和要求区别对待。同时，还应考虑管道系统的额定压力、温度、流速、防腐保温等因素，并配备相应的检测、监控和安全阀等装置。其次，合理的管道布局设计是管道系统运行的基础，也是保证天然气安全供应的关键。在设计过程中，需充分考虑地形、管径、交叉距离、接头数量和位置等要素，避免弯曲和斜交，同时，留足清洗、检修和维护的空间。此外，还需要充分考虑管道系统中气体及其质量变化对布局设计的影响，选择合适的增压技术和减振降噪措施。另外，管道在运行过程中具有复杂的动态特性，经常发生流量和压力波动。因此，在进行天然气管道设计时，需要通过模拟计算和实验验证等方法分析管道动态特性，进而选择恰当的控制策略和增压设备。

2.4 自动化控制

自动化控制是油气田开发后期天然气增压开采过程中至关重要的一个环节。随着科技的不断进步，自动化控制技术在该领域得到了广泛应用，在提高天然气产量、降低生产成本、保证生产安全等方面发挥着重要作用。其中，监测系统是自动化控制的基础，其主要任务是对天然气增压设备进行监测和控制。安装传感器和测量仪器，监测设备的温度、压力、流量、振动等指标。将监测数据传输到控制系统中进行分析、处理和控制，及时发现设备运行中的异常情况，可帮助工作人员及时处理问题。控制系统是自动化控制的核心，包括程序控制和逻辑控制两个部分。通过安装控制电路、PLC 等设备自动控制工艺流程，如启停设备、调节阀门或泄压阀门，在实现降低设备维护费用的同时，也可以保证设备的安全稳定运行。通讯系统是实现自动化控制的关键。网络和计算机等科技手段被广泛应用于各种生产过程中，以优化工作流程、提高生产效率为目标。沟通和联网设备，使非现场操作人员远程查看和管理生产过程中设备的数据，帮助监控设备运行情况，并对其进行必要的调节。人机界面是自动化控制操作的最后一道关口，是人和机器之间进一步交互的平台。通过安装显示屏、控制按键等可视观测设备，实时展示天然气增压设备的运行状态及相关数据，方便工作人员迅速获得关键信息，及时做出相应处理并加强设备控制。

3 油气田开发后期天然气增压开采工艺技术的应用

3.1 科学选择气井和气田

在油气田开发后期天然气增压开采过程中，科学选择气井和气田是增压开采工艺技术应用的关键一步。合理地选择气井和气田可以最大限度地发挥增压开采工艺技术的优势，提高天然气产量和开采效率，减少生产成本和环境污染。（1）要综合分析气田的地质构造、储气条件、地下水情况等数据，科学确定气井选址。气体的运移受到岩石孔隙结构、岩性、渗透率等因素的影响，针对每个气藏的特点分别选址，在选址时，要考虑复杂因素。需要充分分析气藏地质构造，尤其是寻找气藏的突破口，评估储存能力并测量天然气含量、品位等参数。同时也需要了解气田的地下水情况，避免现场作业受到地下水的干扰。（2）根据不同的储气模式，选择适合的增压开采方案。不同类型的气体储藏方式和含气层地质构造都有其独特的增压开采方式。有时候需要将不同气藏组合起来，构成复合气井和复合气田，实现综合开发利用。如利用双重洞埋法、横向钻孔等工艺方案去提高气田储存利用率。（3）根据天然气和岩石性质考虑改良和调整开采方案。在考虑科学选择气井和气田时，一般还要结合岩石性质，分析其物理和化学变化数据以及土壤状况等，确立合理且可行的工艺流程。使用各种调整工具，软硬件相结合等方法，进行系统优化，使其恰当地兼顾性能和可靠性。

3.2 确定工艺参数

确定工艺参数是油气田开发后期天然气增压开采工艺技术中至关重要的一个环节。它对于提高天然气生产量、保证生产安全和降低生产成本都有着至关重要的作用。在确定工艺参数时，天然气增压开采工艺可以考虑多个方面因素：（1）压缩比，压缩比是指进入压缩机前后天然气压力的比例关系。通过调整压缩机的运行参数来控制天然气的压缩比，可有效提升天然气产量。（2）天然气的温度与流速。通常情况下，天然气的温度越高，其密度也就越小，从而使天然气容易被压缩并提高其流动性。天然气的流速是气体在管道中的瞬时流量。根据类似伯努利定律的原理，当天然气的流速提高时，其压力也会随之升高，增加了天然气输送过程中的稳定性。

3.3 协调气田与压缩机的工况

协调气田与压缩机的工况是油气田开发后期天然气增压开采工艺技术应用中需要重视的一项内容。它对于保证天然气生产效益、提高安全性和降低生产成本都有着至关重要的作用。在协调气田与压缩机的工况时，主要是要根据气田的具体情况来确定适当的压缩机类型、参数配置和工作流程等方面的内容，以充分发挥天然气资源的生产潜力。在协调气田与压缩机应用中，首先，要确定合适的压缩机。在选择压缩机时，需要根据气田的特点来理解并选择适合的压缩机。通常情况下，第一级气体压缩机选用离心压缩机或轴流压缩机；第二级则建议使用螺杆压缩机或涡旋压缩机。其次，还需要考虑压缩机的工作效率。在协调气体与压缩机的工况时，应尝试匹配合适且能够提高天然气生产效率的压缩机类型。在使用压缩机的过程中，要根据地质和结构特征评估气田原有压力，并确定需要增加的压缩比。同时，还要考虑天然气的流量、温度以及滑膜阻力，从而选择出最适合的压缩机型号以及压缩比等参数。

3.4 多元化方法的结合

在油气田开发后期，为了保证天然气生产效率的提高和生产成本的降低，需要采用多元化方法，结合工程技术、装备设施和管理经验等方面，以适应复杂多变的气田环境，提高生产效益。在工程技术中，针对油气田的不同特点和生产状况，可采取多种工程技术手段来提高天然气的生产效益。例如，通过增强注水压力和流量等方式改善蓄注情况，提高注水效果；通过管路优化设计和维护，降低能耗；同时，加强井筒清洗工作、进行扩孔修裂等操作技术，有效进行沉积物的处理、维护井底正常涌出能力等。在装备设施方面，利用现代化装备设施对天然气采集过程进行优化也是一个重要的多元化方法。例如，运用先进的技术手段如高清摄像机站外扫描孔效果、逆向微震和重力反演等监控和管理油气田生产环节，以保障生产效益与安全。在油气田开发后期，需要具备相应的管理经验和劳动组织策略来引导工程技术和装备设施的进一步提升。例如，建立科学合理的管理框架、强化现场人员安全培训、加强项目考核评估等，以优化天然气生产过程。

4 结语

综上所述，随着我国油气田的不断开发，在开发后期，由于部分油井井况恶化，导致天然气无法正常开采，因此采用天然气增压开采工艺技术显得十分重要。本文对油气田开发后期天然气增压开采工艺技术要点展开了分析，从科学选择气井和气田、确定工艺参数、协调气田与压缩机的工况、结合多元化方法等论述了油气田开发后期天然气增压开采工艺技术的应用，以期为今后我国油气田开发工作提供一定参考。