同步回旋壓縮機(jī)在蘇里格氣田的應(yīng)用

趙會(huì)軍

同步回旋壓縮機(jī)在蘇里格氣田的應(yīng)用

趙東升1趙會(huì)軍1薛崗2趙雷亮3

1常州大學(xué)石油工程學(xué)院2西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司3長(zhǎng)慶油田蘇里格分公司

同步回旋式壓縮機(jī)由轉(zhuǎn)子、氣缸體、嵌入式滑板、中心旋轉(zhuǎn)軸及排氣閥等組成。轉(zhuǎn)子、滑板和氣缸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使得工作腔隨著主軸轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)由小變大再變小的周期變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)壓縮氣體的目的。低壓、低滲、低產(chǎn)氣田的地質(zhì)條件決定了氣井生產(chǎn)周期里不可避免的規(guī)律，即穩(wěn)產(chǎn)期短、自然遞減期長(zhǎng)，在壽命中后期生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)積液、水淹最終廢棄。而新型同步回旋壓縮機(jī)則很好地解決了這種有氣采不出、采出不暢的狀況，在提高現(xiàn)有積液井產(chǎn)量的同時(shí)，還能對(duì)由于積液過(guò)多而廢棄的氣井進(jìn)行激活，達(dá)到增產(chǎn)和提高利用率的目的。

同步回旋壓縮機(jī)；低壓低產(chǎn)井；井口增壓；積液；增產(chǎn)

1 集輸工藝及生產(chǎn)現(xiàn)狀

蘇里格氣田是中國(guó)陸上最大的整裝氣田，2005年開(kāi)始規(guī)模開(kāi)發(fā)，2013年底建成采氣井7000余口，形成產(chǎn)能240億立方米/年。該氣田屬于低滲、低壓、低產(chǎn)的三低氣田，由于在開(kāi)采過(guò)程中采用了井下節(jié)流技術(shù)，使得天然氣井長(zhǎng)期處于低壓生產(chǎn)狀態(tài)，在氣井內(nèi)逐漸產(chǎn)生了積液[1]。

隨著穩(wěn)產(chǎn)期的結(jié)束，積液井日趨增加，個(gè)別區(qū)塊的積液井達(dá)到了總量的60%以上，必須采取有效措施來(lái)保證氣田的穩(wěn)產(chǎn)[2]。目前蘇里格氣田采取了包括泡沫排水采氣、連續(xù)油管排水采氣、壓縮機(jī)（氮?dú)猓馀e排水采氣和井間氣舉排水等多種措施，對(duì)積液井進(jìn)行復(fù)產(chǎn)和提產(chǎn)。由于上述措施的局限性，對(duì)于氣、水比較大的氣井有效期短、投入大，急需一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的高效裝置來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

2 同步回旋壓縮機(jī)原理及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

同步回旋式壓縮機(jī)由轉(zhuǎn)子、氣缸體、嵌入式滑板、中心旋轉(zhuǎn)軸及排氣閥等組成?；逡欢饲度腴_(kāi)有滑板槽的轉(zhuǎn)子中，在滑板槽中做相對(duì)于轉(zhuǎn)子的往復(fù)滑動(dòng)，沿氣缸內(nèi)壁做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并相對(duì)于氣缸做小角度旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。轉(zhuǎn)子與氣缸偏心安裝，轉(zhuǎn)子側(cè)面與氣缸內(nèi)壁相切并形成一條密封線，該密封線與滑板共同將轉(zhuǎn)子和氣缸之間的月牙形封閉空間分隔成2個(gè)可周期變化的工作腔，一個(gè)為進(jìn)氣腔，另一個(gè)為排氣腔。主軸旋轉(zhuǎn)中心與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心重合，由主軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子做完全的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子同時(shí)帶動(dòng)滑板旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)氣缸做圍繞氣缸旋轉(zhuǎn)中心的同步回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子、滑板和氣缸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使得工作腔隨著主軸轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)由小變大再變小的周期變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)壓縮氣體的目的[3]。壓縮機(jī)工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 同步回旋壓縮機(jī)工作原理

2014年1月8日，蘇東48—47井場(chǎng)安裝1臺(tái)入規(guī)格為4L/r的同步回旋壓縮機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)增壓試驗(yàn)。采用井口接入式流程，直接增壓方式，氣井中天然氣被壓縮機(jī)吸入，壓縮至輸氣管網(wǎng)后外輸，經(jīng)過(guò)2h左右的抽取，氣井油壓降至0.15MPa，氣液瞬間噴出，油壓迅速恢復(fù)至2.2MPa，流量計(jì)指示顯示為340～420m3/h，折合日產(chǎn)氣9000m3左右。隨后，油壓逐步降至0.7MPa左右，壓縮機(jī)出口壓力恢復(fù)到系統(tǒng)壓力（1.0～1.1MPa）。此狀態(tài)由1月8日延續(xù)到至今，瞬時(shí)流量穩(wěn)定在280～300m3/h，折合日產(chǎn)氣7000m3；同時(shí)，氣井中套壓維持在8.0MPa，外輸壓力1.0～1.1MPa。

井口增壓裝置由同步回旋壓縮機(jī)（4L/r、200～320L/min，1MPa壓力下排量約18000m3/d）、氣液緩沖器、潤(rùn)滑液循環(huán)及冷卻系統(tǒng)等組成，同時(shí)配備了1套75kW的柴油發(fā)電機(jī)組和變頻裝置。設(shè)施全部成橇組裝，增壓和發(fā)電各成一橇。

3 氣井生產(chǎn)運(yùn)行及試驗(yàn)效果

根據(jù)近一個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所得出的日產(chǎn)量圖可以發(fā)現(xiàn)，由于初期積累了大量的水，壓力釋放后，產(chǎn)量迅速升高至9000m3/d，隨后逐步下降，10天后基本穩(wěn)定在7000m3/d左右，與原產(chǎn)量1000m3/d相比有了很大的提升。

試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)同步回旋壓縮機(jī)進(jìn)行了數(shù)次停機(jī)和啟機(jī)，每次停機(jī)、啟機(jī)后，表現(xiàn)為氣井套壓忽然下降，瞬時(shí)流量上升，隨后套壓緩慢上升，產(chǎn)量逐漸穩(wěn)定。從生產(chǎn)曲線來(lái)看日產(chǎn)氣量變化不大，其生產(chǎn)特征類似短暫關(guān)井后的開(kāi)井?？傮w上套壓、油壓基本保持穩(wěn)定，可以達(dá)到持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的效果。

為了加快試驗(yàn)速度，擴(kuò)大試驗(yàn)成果，2014年1月21日在蘇48—48井安裝了第二套增壓裝置，對(duì)低壓低產(chǎn)井進(jìn)行了提產(chǎn)試驗(yàn)。投運(yùn)前該井日產(chǎn)氣量0.2×104m3，套壓4.06MPa。投運(yùn)后產(chǎn)氣量有所上升，提高到0.4×104m3/d，持續(xù)約6天，隨后逐漸降低至原產(chǎn)氣量。目前氣井產(chǎn)量0.1×104m3/d，油壓0.26MPa，套壓3.71MPa，外輸壓力1.1MPa。在該井同步回旋壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行了數(shù)次停機(jī)和啟機(jī)，每次停機(jī)、啟機(jī)后，氣井瞬時(shí)流量上升，隨后逐漸穩(wěn)定，從生產(chǎn)曲線來(lái)看日產(chǎn)氣量變化不大。

為了對(duì)同步回旋壓縮機(jī)井口增壓效果進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)，2014年3月27日和29日對(duì)蘇48—17—52和蘇6—7—9兩口間歇生產(chǎn)井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)增壓試驗(yàn)，目前，氣井產(chǎn)量均由0.2×104m3/d增加到0.6×104m3/d。對(duì)同步回旋壓縮機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)也進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料由柴油改為天然氣，實(shí)現(xiàn)了燃料就地取用的目的，電機(jī)功率由75kW降為55kW，減少了能耗，優(yōu)化后的井口增壓裝置具備了在氣田規(guī)模推廣應(yīng)用的基本條件。

4 試驗(yàn)分析及存在的問(wèn)題

4.1 試驗(yàn)分析

（1）同步回旋壓縮機(jī)具有良好的濕氣輸送能力，在蘇里格氣田可以逐步取代僅能輸送干氣的活塞式壓縮機(jī)，從而大大簡(jiǎn)化地面集輸流程，特別是可以用于氣田生產(chǎn)后期單井及井組增壓。將氣井開(kāi)發(fā)初期確定的氣井廢棄壓力由0.5MPa降低至0.1MPa左右，這對(duì)延長(zhǎng)氣井壽命，提高氣田采收率，增加地質(zhì)可動(dòng)用儲(chǔ)量將產(chǎn)生十分重要的影響。

（2）對(duì)類似于蘇48—47套壓高、壓力補(bǔ)充能力強(qiáng)、氣水比高、易水淹的氣井，采用同步回旋壓縮機(jī)作為措施采氣或高峰供氣時(shí)段提高單井產(chǎn)量具有十分重要的意義，尤其是作為措施采氣手段簡(jiǎn)單易行，氣井復(fù)產(chǎn)后可迅速撤移至另一口井。同時(shí)，取消了通過(guò)泡排劑來(lái)增加氣體攜液能力的過(guò)程，在節(jié)約成本的同時(shí)還避免對(duì)伴生液和氣井井筒的二次污染，降低了集氣站和處理廠對(duì)積液的處理難度。

（3）對(duì)于類似于蘇48—48套壓低、壓力補(bǔ)充能力差、氣水比相對(duì)較低、能夠連續(xù)生產(chǎn)或間歇生產(chǎn)的氣井，可以起到短期提高產(chǎn)量的效果，但對(duì)該井總體產(chǎn)量意義不大。但通過(guò)該井抽吸試驗(yàn)，證實(shí)同步回旋壓縮機(jī)具有將油壓穩(wěn)定抽吸至0.1MPa能力，壓縮機(jī)進(jìn)、出壓力及輸量的自平衡能力基本得到證實(shí)。

4.2 存在的問(wèn)題

（1）目前井口動(dòng)力輸出端由移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)或天然氣發(fā)電機(jī)供電，電機(jī)提供動(dòng)力帶動(dòng)同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)工作。三次功能轉(zhuǎn)換造成大量能量損失，下一步可嘗試將動(dòng)力端改為由單缸柴油機(jī)或單缸燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)直接提供動(dòng)力，可以節(jié)約大約60%的設(shè)備成本與80%的燃料成本。

（2）盡快研制6～8L/r的同步回旋壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)井組或區(qū)域低壓低產(chǎn)井的集中增壓。

（3）由于每口井的地層條件差異，油套壓、氣水比不同，用于氣井措施采氣時(shí)，必須對(duì)氣井進(jìn)行一段時(shí)間的增壓試驗(yàn)，才能確定出不同的啟、停機(jī)規(guī)律。

5 結(jié)語(yǔ)

低壓、低滲、低產(chǎn)氣田的地質(zhì)條件決定了氣井生產(chǎn)周期里不可避免的規(guī)律，即穩(wěn)產(chǎn)期短、自然遞減期長(zhǎng)，在壽命中后期生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)積液、水淹最終廢棄，措施采氣和井組或區(qū)域增壓不可避免。蘇里格氣田經(jīng)過(guò)6年的開(kāi)發(fā)建設(shè)，生產(chǎn)井中積液井已經(jīng)占總生產(chǎn)井?dāng)?shù)的60%左右，大大影響了氣田的穩(wěn)定生產(chǎn)。而新型同步回旋壓縮機(jī)則很好地解決了這種有氣采不出、采出不暢的狀況，在提高現(xiàn)有積液井產(chǎn)量的同時(shí)，還能對(duì)由于積液過(guò)多而廢棄的氣井進(jìn)行激活，達(dá)到增產(chǎn)和提高利用率的目的。

[1]楊爽月．低滲透油氣田地面生產(chǎn)工藝技術(shù)探討[J]．油氣田地面工程，2013，32（9）：116-118.

[2]肖述琴，商永濱，楊旭東．蘇里格叢式井井下節(jié)流技術(shù)研究[J]．油氣田地面工程，2010，29（9）：47-47.

[3]楊驊，屈宗長(zhǎng)，周慧，等．同步回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，42（5）：565-568.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.025