单井增压开采技术在煤层气开采中的应用_高飞飞.pdf

单井增压开采技术在煤层气开采中的应用高飞飞（山西省能源发展中心，山西太原030006）摘要：在信息时代的不断发展下，煤层气的开采技术得到了优化与广泛应用，结合目前很多企业应用的单井增压开采技术而言，其可以有效提高煤层气井开采后期的煤层产量和效率，有着较高的应用价值。在技术应用中，可以通过螺杆压缩机配合变频电动机组合的方式实现井口套管压力的降低，而且该组合方式还有着性能稳定和运行工况范围广的特点，可以实现单井煤层产气量的大幅度提高。基于此，具体分析了螺旋压缩机机组在煤层气开采中的应用，为相关企业的开采工作提供理论参考。关键词：单井增压开采煤层气螺杆压缩机中图分类号：TE37文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0264-02引言对于煤层气而言，一般在煤层中处于吸附和游离的状态，含量处于 3.117.1 m3/t 之间，因为在开采过程中有着低渗、低产和低丰度的问题，因此在开采方式上明确区别于天然气。结合目前煤层气开采中存在的产能低、衰减速度快的问题，为了更好地解决低压、低气井增产问题，需要借助螺杆压缩机在气井井口的布置来降低井内套管的压力，进而实现煤层气在煤层中的解析速度，最终提高开采效率。因此有必要对螺旋压缩机机组构成和技术应用特点进行分析，提高单井增压技术的应用价值。1压采工艺应用背景目前在煤层气的开采中，重要的问题便是井口压力过低造成的管网运行压力较大，会严重影响开采的效率和质量。一方面，在携带液流量最小时，出口的压力会增大，同时产气量也会降低，且井筒中易产生积液，制约着产能释放；另一方面，随着油井产量的持续降低，稳定生产的难度会逐渐增大，在生产压差小下，会使产量迅速下降，不能满足开采需求。在后期生产中虽然有着一定的开采气量，不过无法满足预期的目标，无法实现更好的发展，因此在当前时代对增压技术进行优化完善后，通过试验发现有着良好的经济效益和技术效益，因此单井增压开采技术在煤层气开采中有着广泛应用1。2单井增压机组构成及流程分析2.1机组构成参数分析在结合实际煤层气井的开采情况和单井增压的特点后，最终使用的单井增压机构为螺杆压缩机和电机驱动的组合，该增压机组吸气压力在-0.010.15MPa（G）之间、排气压力在 0.20.3 MPa（G）之间、日处理量在 2 1004 100 m3之间。单井增压螺杆压缩机的其他参数可以参考表 1。需要注意的是，新的机组方式为整体撬装，压缩机主机、气液分离器、现场控制柜、变频电机和风冷式冷却器都安装在同一撬座上，且只提供 3 个对外接口，分别为进气口、排气口及排污口，有着高进低出的特点2。2.2两种压缩机的性能分析结合以往使用的活塞式压缩机，在性能上无法满足煤层气井口套管压力低的需求，而螺杆压缩机可以有效降低井口套管的压力，在性能方面具体有以下几点：1）在占地空间上，螺杆压缩机占地更小且转速高；2）在压缩比上，螺杆压缩机的压缩比更大，且排气口温度低；3）在故障率上，螺杆压缩机无活塞环且运转部件少，因此故障率更低便于维护；4）在运行效率上，螺杆压缩机可以带液运行，效率更高；5）在密封性和振动上，螺杆压缩机的效果明显更好。2.3螺杆压缩机组的工作流程螺杆压缩机单井增压技术的具体工作流程有以下几点：1）压缩机的入口通过进气软管和套管相连，在入口的气水分离器作用下对气体中的液态组合成分进行去除，且该分离器还具有自动排污阀，可以对分离罐内的液位进行排污处理；2）分离后的气体会在管路的辅助下进入螺杆式压缩机，经过内部阴阳转子的啮合压缩后，将气体转向油气分离器；3）油气分离器会将润滑油和气体进行分离处理，将处理后的气体转向冷却器；收稿日期：2022-05-19作者简介：高飞飞（1987），男，山西吕梁人，本科，助理工程师，毕业于沈阳理工大学，主要从事能源行业方面的工作。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.106机组型号螺杆主机型号功率/kW转速范围/（r min-1）KRLG11GE3115129001 800表 1单井增压螺杆压缩机的其他参数技术应用2023 年第 2 期4）在经过冷却器冷却后，会将气体转向出口分离器，实现冷凝下的液体分离，在经过自动排污阀和止回阀后，由出口管路排出。具体流程可以参考图 1。需要注意的是，油气分离器中的润滑油会通过油泵输送至润滑油冷却器、油温控制阀和油过滤器后转入压缩机，保证转子、轴承和机械密封具有良好的润滑效果3。2.4螺杆压缩机单井增压技术的应用特点螺杆压缩机在单井增压技术中的特点具体有以下几方面：1）在对油喷螺杆主机的使用中，具有较低的容积比，同时在对排气孔进行优化后，可以更好地提高容积效率；2）当煤层气井的套管压力发生变化时，可以通过电动机运转速度的自动调节，确保压缩机入口位置有着较高的压力稳定性，在结合套管压力对压缩机的运转速度进行调整下，有着较高的节能效果；3）在螺杆压缩机的运转中，可以向转子腔内强制喷油从而提高压缩主机的运行效率，同时也可以通过变频驱动电机，对 40%100%范围内的流量进行无极调节；4）该增压机组有着较为完善的安全保障系统，可以在发现机组故障下及时进行停机动作，并且会通过警报的方式告知对应的管理人员，能实现增压机组的无人化或者少人化值守；5）由螺杆压缩机组成的增压机组中，有着运行振动小、噪声低和安装简单的特点，且后续的设备搬迁和维护工作也较为简单。3单井增压技术应用及效果分析以某煤层气采场的设计煤层气生产为例，在最初的产量排查中，有着产量逐渐提高的特点，最终以1 800 m3/d 的产能持续稳定产出。不过随着排采时间的不断增加，经过 18 个月时间的持续排采下，产量逐渐出现下降的趋势，截至单井增压技术的应用前，产气量已降至 910 m3/d，降低幅度高达 50%。在对采场的实际情况进行考察后，决定使用单井增压技术。3.1单井增采效果结合煤层气产量的持续降低，最终选择使用螺杆压缩机配备变频电动机的组合对采场内的 4 口煤层气井进行单井增压开采，通过实践孔口位置的套管压力由以往的 0.13 MPa 降低至 0.05 MPa（平均值）、单井煤层的开采量由以往的 910 m3/d 提高到了 1 150m3/d，涨幅为 26.4%，有着较为明显的增采效果。具体增采数据可以参考表 2。3.2机组运行情况在机组运行中，结合实际开采的情况显示，单井煤层气的产量变化幅度较小，同时吸气压力和排气压力的变化幅度也较低，能有效提高煤层气井的产气量。以季度为单位，在秋冬季度的增压机组运行中，整体较为平稳，增压机组的运行平均时率为 97.4%，证明机组的运行情况较好，能满足稳定增采的需要。4结语在进行单井增压开采技术的应用后，可以有效提高低压煤层气井的煤层气产量，能满足企业的开采需要。具体在螺杆压缩机和变频电动机的使用中，可以有效增加机组的运行效果，在高稳定性和高运行范围的特点下，能有效满足排采时间长的煤层气井稳定性需要，具有明显的增产效果。结合目前行业竞争的加剧背景，在对单井增压开采技术进行有效改造和应用后，可以满足煤矿企业的发展需要，同时可以促进整个行业的健康发展，有着重要的应用价值。参考文献1马斌.煤层气单井增压开采技术应用研究J.现代工业经济和信息化，2021，11（5）：91-93.2范海波.单井增压开采技术在煤层气开采中的应用J.山西化工，2020，40（5）：166-168.3王宁.煤层气单井增压开采技术应用研究J.中国煤层气，2018，15（3）：26-28.（编辑：李俊慧）图 1螺杆压缩机组的工作流程煤层气井编号增压前增压后产气量涨幅/%开采量/（m3 d-1）套管压力/MPa开采量/（m3 d-1）套管压力/MPaFH43-19010.121 1240.0419.8FH43-21 1000.151 2730.0615.7FH43-37500.171 0050.0734.0FH43-48130.091 1140.0437.0表 2单井增压开采前后的产量对比煤层气螺杆压缩机后冷却器气液分离器煤层气软化水隔离气循环水（回）循环水（供）密封气（下转第 268 页）高飞飞：单井增压开采技术在煤层气开采中的应用265机械管理开发第 38 卷道顶板下沉速度较大，而在 2160 d 内，巷道顶板下沉曲线增大趋势减缓，而监测时间超过 60 d 时，此时的巷道顶板下沉量得到稳定。观察巷道两帮移近量曲线可以看出，断面 1 和断面 2 最大的两帮移近量分别为 50 mm 和 85 mm，较原支护最大移近量 90 mm 也有了一定的下降，所以经过对顶板支护的优化不仅可以改变顶板的受力情况，也可以降低两帮移近量。4结论1）对无支护条件下巷道围岩应力位移情况进行分析，发现在无支护情况下巷道顶板及两帮变形较大。2）根据地质情况给出三种支护方案，通过对三种支护方案进行对比分析，发现方案二下巷道顶板下沉量最小。3）对方案二进行应用分析，发现经过对顶板支护的优化，不仅可以改变顶板的受力情况，还可以降低两帮移近量。参考文献1闫大利.煤矿掘进巷道顶板事故预防及断面优化研究J.矿业装备，2022（2）：56-57.2卓军，范凯，刘少伟，等.弱黏结复合顶板巷道快速掘进支护关键技术与装备J.煤炭技术，2022，41（3）：80-82.3房博.浅谈煤矿掘进巷道的顶板支护技术 J.中国设备工程，2022（3）：218-219.4任德勇.矿山工程矿井下巷道掘进顶板支护技术质量研究J.中国石油和化工标准与质量，2021，41（20）：184-185.（编辑：王慧芳）Study on Roof Support of Mine Heading FaceZuo Zeyun（Jinneng Holding Coal Group Hongtai Mining Engineering Construction Datong Co.,Ltd.,Datong Shanxi037000）Abstract:In order to solve the problem of large roof subsidence during tunneling,this paper takes madoitou coal mine as the researchbackground to study the roof support,analyzes the stress and displacement of roadway surrounding rock under the condition of no supportby using the numerical simulation software,gives three support schemes according to the simulation results,compares the three supportschemes,and finds that the roof subsidence of roadway under scheme two is the smallest,so the application analysis of scheme two iscarried out.It is found that the optimization of roof support can not only change the stress of roof,but also reduce the displacement of twosides.Key words:numerical simulation;roof subsidence;support optimizationApplication of Single-well Pressurized Mining Technology in Coalbed Methane ExtractionGao Feifei（Shanxi Energy Development Centre,Taiyuan Shanxi 030006）Abstract:With the continuous development of the information age,coalbed methane mining technology has been optimized and widelyused.Combined with the single well pressurization mining technology currently applied by many enterprises,it can effectively improve thecoal seam production and efficiency at the later stage of coalbed methane well mining,and has a high application value.In the applicationof this technology,the wellhead casing pressure can be reduced by means of a screw compressor combined with a variable frequency motor,and the combination has the characteristics of stable performance and a wide range of operating conditions,which can achieve a significantincrease in the production of gas from the coal seam in a single well.Based on this,the application of screw compressor units in CBMmining is specifically analysed to provide theoretical reference for the mining work of relevant enterprises.Key words:single well booster mining;coalbed methane;screw compressor（上接第 265 页）7杨光宇.特厚煤层掘进巷道冲击地压分区防控研究D.北京：北京科技大学，2019.（编辑：李俊慧）Analysis of Deformation Characteristics of Surrounding Rocks and Support Technology inDeep Area Dug TunnelLi Bin（Fenxi Mining Yixing Coal Industry,Xiaoyi Shanxi 032300）Abstract:The amount of surrounding rock deformation in deep area mining is large due to the influence of unreasonable original supportparameters and high ground stress.Taking 21503 haulage lane as the research object,combined with the geological conditions of the 21503haulage lane and with reference to the engineering analogy method,the design of the lane support scheme was carried out and applied tothe project.The application shows that the deformation of the top,bottom and both sides of the roadway are controlled within 40 mm,220mm and 262 mm,respectively,achieving a good control effect on the surrounding rock.Key words:deep mining;ground stress;rock deformation;roadway support（上接第 263 页）268