油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)要點及應(yīng)用

張明亮

（中海油發(fā)展澄邁能源技術(shù)有限公司，海南 ?？?570100）

隨著全球能源需求的不斷增加，油氣田開采作為傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一環(huán)受到了極大的關(guān)注。我國作為油氣資源大國，已探明石油地質(zhì)儲量占世界總探明石油地質(zhì)儲量的10%，天然氣地質(zhì)儲量占世界總探明天然氣地質(zhì)儲量的12%。隨著油氣開采規(guī)模的不斷擴大和勘探開發(fā)程度的不斷加深，油氣產(chǎn)量遞減速度越來越快，開發(fā)后期井口壓力低、天然氣脫水困難等問題逐漸凸顯。從油田角度來看，目前國內(nèi)多數(shù)油氣田處于中后期開發(fā)階段，大部分油井已進入高含水期甚至高含水后期。因此，通過采用各種開采技術(shù)和設(shè)備，不斷提高采收率和產(chǎn)能建設(shè)水平、延長油井壽命、提高采油速度顯得尤為重要。增加天然氣壓力已成為提高天然氣產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本的必要手段之一。天然氣增壓開采工藝通過使用一種名為“增壓系統(tǒng)”的設(shè)備，將井口輸送的低壓天然氣增加至合適的壓力，在保證天然氣安全生產(chǎn)的前提下提高產(chǎn)量。本文旨在探討油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)的要點及應(yīng)用，希望能夠為相關(guān)企業(yè)和研究機構(gòu)提供專業(yè)的技術(shù)支持和實踐應(yīng)用指導(dǎo)，促進該技術(shù)在能源領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

1 天然氣增壓開采工藝技術(shù)概述

1.1 天然氣增壓開采的基本原理和工藝流程

天然氣增壓開采是對勘探開發(fā)后期地下油氣輸送中的低壓天然氣進行加壓，使其達到輸送管道所需壓力的一種技術(shù)。其基本原理是利用增壓設(shè)備將低壓天然氣壓縮為高壓氣體，同步輸送至市場或儲氣庫進行儲存使用。天然氣增壓開采步驟如圖1 所示。

圖1 天然氣增壓開采步驟

1.2 天然氣增壓技術(shù)的分類與區(qū)別

天然氣增壓技術(shù)可以根據(jù)增壓所需能量來源的不同，分為機械增壓和熱力學(xué)增壓兩類。在實際應(yīng)用中，綜合利用機械和熱力學(xué)兩種增壓方式，可以獲取較好的經(jīng)濟效益和技術(shù)性能。

（1）機械增壓。主要指利用離心壓縮機、容積式壓縮機、渦旋動壓縮機等機械設(shè)備，將低壓天然氣通過機械方式進行加壓的技術(shù)。機械增壓的主要優(yōu)點是操作簡便、壓力范圍廣、響應(yīng)速度快等，但其增壓結(jié)果也會受制于機械本身的性能。（2）熱力學(xué)增壓。指利用溫度升高而帶來的氣體體積變化，從而達到提升壓力的目的。常見熱力學(xué)增壓設(shè)備有膨脹液流增壓機、回火爐式增壓機和低溫液氮增壓機等。熱力學(xué)增壓設(shè)備具有高效節(jié)能、適用對冷卻處理要求較高的場合等特點，但其能源消耗量較大。

2 油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)要點

2.1 增加注汽量，提高注汽品質(zhì)

（1）增加注汽量。要根據(jù)實際情況合理調(diào)整注汽量，對于特定油氣田，要根據(jù)具體地質(zhì)、物理、化學(xué)性質(zhì)及產(chǎn)量、井底溫度、地層厚度等參數(shù)，制定適宜的注汽量，以保證增壓的最佳效果。可以使用高效增壓設(shè)備，如柱塞泵、閥門和增壓周期控制器等增加注汽量，從而提高增壓泵流量和效率，避免加注汽速度過慢影響生產(chǎn)。另外，需要注意的是，在增加注汽量中要調(diào)整氣液比例，適量增加，并減少注水的體積，從而達到最佳效果，改善井底動態(tài)條件。（2）提高注汽品質(zhì)。油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采注汽中注汽溫度過高會導(dǎo)致氣體膨脹部分減少，影響增壓效果。因此，需要控制注汽的溫度，并嚴格掌握水汽比例。同時，為了保證注汽的質(zhì)量，要選擇合適的溶劑進行處理，以降低水汽和雜質(zhì)等對生產(chǎn)的干擾。例如，使用乙醇、乙二醇、甲醚等作為注汽劑，可以增加濕氣的溶解度，防止水和鹽堵塞毛細孔隙。另外，在提高注汽品質(zhì)時可以采用新型注汽裝置，包括電泵式增壓裝置、自然循環(huán)增壓裝置和液浸式增壓裝置等，這些新型裝置的使用可以直接提高燃料比率。

2.2 優(yōu)化井網(wǎng)結(jié)構(gòu)

優(yōu)化井網(wǎng)結(jié)構(gòu)是油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采過程中的一個重要技術(shù)要點，這一步驟的目的是通過對井網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行合理的規(guī)劃和設(shè)計，以達到提高天然氣產(chǎn)量、降低成本、提高效率的目的。優(yōu)化井網(wǎng)結(jié)構(gòu)首先要合理布置生產(chǎn)井與注水井。一方面，需要保證注水井的穩(wěn)定性和足夠的注水量，以充分利用地下儲層的水能力，提高開采效率；另一方面，需要合理布置生產(chǎn)井，使其間距適當(dāng)、排列有序，保持產(chǎn)氣均衡，避免不必要的回收損失，提高采收率。其次，要調(diào)整井底流量。通過調(diào)整井底流量、控制單井產(chǎn)能來實現(xiàn)優(yōu)化井網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進而提高場站的生產(chǎn)能力和效益。其中在確定每口井的工況時，應(yīng)綜合考慮井深、油氣含量、井徑、滲透性等因素，通過測斜數(shù)據(jù)、產(chǎn)量測試和地質(zhì)勘探等手段，精準記錄井底壓力、產(chǎn)氣量等重要參數(shù)，以作為優(yōu)化井網(wǎng)結(jié)構(gòu)的依據(jù)。

2.3 管道系統(tǒng)

管道系統(tǒng)是油氣田開發(fā)后期天然氣增壓的重要組成部分，也是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。其主要功能是將增壓后的天然氣從井口輸送到加氣站、工廠或市場等終端用戶。在此過程中，管道系統(tǒng)需要完成氣體采集、處理、傳輸和控制等多個環(huán)節(jié)，并保證安全可靠。為了確保管道系統(tǒng)的可靠性和長期穩(wěn)定運行，首先，需要選擇合適的管道材料和設(shè)備。一般來說，鋼管、玻璃鋼管和無縫管等均可以用于天然氣管道，但在選擇時，應(yīng)根據(jù)不同的使用條件和要求區(qū)別對待。同時，還應(yīng)考慮管道系統(tǒng)的額定壓力、溫度、流速、防腐保溫等因素，并配備相應(yīng)的檢測、監(jiān)控和安全閥等裝置。其次，合理的管道布局設(shè)計是管道系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，也是保證天然氣安全供應(yīng)的關(guān)鍵。在設(shè)計過程中，需充分考慮地形、管徑、交叉距離、接頭數(shù)量和位置等要素，避免彎曲和斜交，同時，留足清洗、檢修和維護的空間。此外，還需要充分考慮管道系統(tǒng)中氣體及其質(zhì)量變化對布局設(shè)計的影響，選擇合適的增壓技術(shù)和減振降噪措施。另外，管道在運行過程中具有復(fù)雜的動態(tài)特性，經(jīng)常發(fā)生流量和壓力波動。因此，在進行天然氣管道設(shè)計時，需要通過模擬計算和實驗驗證等方法分析管道動態(tài)特性，進而選擇恰當(dāng)?shù)目刂撇呗院驮鰤涸O(shè)備。

2.4 自動化控制

自動化控制是油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采過程中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。隨著科技的不斷進步，自動化控制技術(shù)在該領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在提高天然氣產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、保證生產(chǎn)安全等方面發(fā)揮著重要作用。其中，監(jiān)測系統(tǒng)是自動化控制的基礎(chǔ)，其主要任務(wù)是對天然氣增壓設(shè)備進行監(jiān)測和控制。安裝傳感器和測量儀器，監(jiān)測設(shè)備的溫度、壓力、流量、振動等指標。將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中進行分析、處理和控制，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中的異常情況，可幫助工作人員及時處理問題?？刂葡到y(tǒng)是自動化控制的核心，包括程序控制和邏輯控制兩個部分。通過安裝控制電路、PLC 等設(shè)備自動控制工藝流程，如啟停設(shè)備、調(diào)節(jié)閥門或泄壓閥門，在實現(xiàn)降低設(shè)備維護費用的同時，也可以保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。通訊系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)和計算機等科技手段被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)過程中，以優(yōu)化工作流程、提高生產(chǎn)效率為目標。溝通和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，使非現(xiàn)場操作人員遠程查看和管理生產(chǎn)過程中設(shè)備的數(shù)據(jù)，幫助監(jiān)控設(shè)備運行情況，并對其進行必要的調(diào)節(jié)。人機界面是自動化控制操作的最后一道關(guān)口，是人和機器之間進一步交互的平臺。通過安裝顯示屏、控制按鍵等可視觀測設(shè)備，實時展示天然氣增壓設(shè)備的運行狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)，方便工作人員迅速獲得關(guān)鍵信息，及時做出相應(yīng)處理并加強設(shè)備控制。

3 油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)的應(yīng)用

3.1 科學(xué)選擇氣井和氣田

在油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采過程中，科學(xué)選擇氣井和氣田是增壓開采工藝技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵一步。合理地選擇氣井和氣田可以最大限度地發(fā)揮增壓開采工藝技術(shù)的優(yōu)勢，提高天然氣產(chǎn)量和開采效率，減少生產(chǎn)成本和環(huán)境污染。（1）要綜合分析氣田的地質(zhì)構(gòu)造、儲氣條件、地下水情況等數(shù)據(jù)，科學(xué)確定氣井選址。氣體的運移受到巖石孔隙結(jié)構(gòu)、巖性、滲透率等因素的影響，針對每個氣藏的特點分別選址，在選址時，要考慮復(fù)雜因素。需要充分分析氣藏地質(zhì)構(gòu)造，尤其是尋找氣藏的突破口，評估儲存能力并測量天然氣含量、品位等參數(shù)。同時也需要了解氣田的地下水情況，避免現(xiàn)場作業(yè)受到地下水的干擾。（2）根據(jù)不同的儲氣模式，選擇適合的增壓開采方案。不同類型的氣體儲藏方式和含氣層地質(zhì)構(gòu)造都有其獨特的增壓開采方式。有時候需要將不同氣藏組合起來，構(gòu)成復(fù)合氣井和復(fù)合氣田，實現(xiàn)綜合開發(fā)利用。如利用雙重洞埋法、橫向鉆孔等工藝方案去提高氣田儲存利用率。（3）根據(jù)天然氣和巖石性質(zhì)考慮改良和調(diào)整開采方案。在考慮科學(xué)選擇氣井和氣田時，一般還要結(jié)合巖石性質(zhì)，分析其物理和化學(xué)變化數(shù)據(jù)以及土壤狀況等，確立合理且可行的工藝流程。使用各種調(diào)整工具，軟硬件相結(jié)合等方法，進行系統(tǒng)優(yōu)化，使其恰當(dāng)?shù)丶骖櫺阅芎涂煽啃浴?/p>

3.2 確定工藝參數(shù)

確定工藝參數(shù)是油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。它對于提高天然氣生產(chǎn)量、保證生產(chǎn)安全和降低生產(chǎn)成本都有著至關(guān)重要的作用。在確定工藝參數(shù)時，天然氣增壓開采工藝可以考慮多個方面因素：（1）壓縮比，壓縮比是指進入壓縮機前后天然氣壓力的比例關(guān)系。通過調(diào)整壓縮機的運行參數(shù)來控制天然氣的壓縮比，可有效提升天然氣產(chǎn)量。（2）天然氣的溫度與流速。通常情況下，天然氣的溫度越高，其密度也就越小，從而使天然氣容易被壓縮并提高其流動性。天然氣的流速是氣體在管道中的瞬時流量。根據(jù)類似伯努利定律的原理，當(dāng)天然氣的流速提高時，其壓力也會隨之升高，增加了天然氣輸送過程中的穩(wěn)定性。

3.3 協(xié)調(diào)氣田與壓縮機的工況

協(xié)調(diào)氣田與壓縮機的工況是油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)應(yīng)用中需要重視的一項內(nèi)容。它對于保證天然氣生產(chǎn)效益、提高安全性和降低生產(chǎn)成本都有著至關(guān)重要的作用。在協(xié)調(diào)氣田與壓縮機的工況時，主要是要根據(jù)氣田的具體情況來確定適當(dāng)?shù)膲嚎s機類型、參數(shù)配置和工作流程等方面的內(nèi)容，以充分發(fā)揮天然氣資源的生產(chǎn)潛力。在協(xié)調(diào)氣田與壓縮機應(yīng)用中，首先，要確定合適的壓縮機。在選擇壓縮機時，需要根據(jù)氣田的特點來理解并選擇適合的壓縮機。通常情況下，第一級氣體壓縮機選用離心壓縮機或軸流壓縮機；第二級則建議使用螺桿壓縮機或渦旋壓縮機。其次，還需要考慮壓縮機的工作效率。在協(xié)調(diào)氣體與壓縮機的工況時，應(yīng)嘗試匹配合適且能夠提高天然氣生產(chǎn)效率的壓縮機類型。在使用壓縮機的過程中，要根據(jù)地質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征評估氣田原有壓力，并確定需要增加的壓縮比。同時，還要考慮天然氣的流量、溫度以及滑膜阻力，從而選擇出最適合的壓縮機型號以及壓縮比等參數(shù)。

3.4 多元化方法的結(jié)合

在油氣田開發(fā)后期，為了保證天然氣生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)成本的降低，需要采用多元化方法，結(jié)合工程技術(shù)、裝備設(shè)施和管理經(jīng)驗等方面，以適應(yīng)復(fù)雜多變的氣田環(huán)境，提高生產(chǎn)效益。在工程技術(shù)中，針對油氣田的不同特點和生產(chǎn)狀況，可采取多種工程技術(shù)手段來提高天然氣的生產(chǎn)效益。例如，通過增強注水壓力和流量等方式改善蓄注情況，提高注水效果；通過管路優(yōu)化設(shè)計和維護，降低能耗；同時，加強井筒清洗工作、進行擴孔修裂等操作技術(shù)，有效進行沉積物的處理、維護井底正常涌出能力等。在裝備設(shè)施方面，利用現(xiàn)代化裝備設(shè)施對天然氣采集過程進行優(yōu)化也是一個重要的多元化方法。例如，運用先進的技術(shù)手段如高清攝像機站外掃描孔效果、逆向微震和重力反演等監(jiān)控和管理油氣田生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以保障生產(chǎn)效益與安全。在油氣田開發(fā)后期，需要具備相應(yīng)的管理經(jīng)驗和勞動組織策略來引導(dǎo)工程技術(shù)和裝備設(shè)施的進一步提升。例如，建立科學(xué)合理的管理框架、強化現(xiàn)場人員安全培訓(xùn)、加強項目考核評估等，以優(yōu)化天然氣生產(chǎn)過程。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國油氣田的不斷開發(fā)，在開發(fā)后期，由于部分油井井況惡化，導(dǎo)致天然氣無法正常開采，因此采用天然氣增壓開采工藝技術(shù)顯得十分重要。本文對油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)要點展開了分析，從科學(xué)選擇氣井和氣田、確定工藝參數(shù)、協(xié)調(diào)氣田與壓縮機的工況、結(jié)合多元化方法等論述了油氣田開發(fā)后期天然氣增壓開采工藝技術(shù)的應(yīng)用，以期為今后我國油氣田開發(fā)工作提供一定參考。