O nível de compactação gzip não garante que níveis mais altos de compactação resultem em saída menor. Na verdade, a seção BUGS do meu man gzip observa que, em alguns casos, pode ser o oposto.
Para xz (e bzip2), isso é ainda mais documentado, já que, de acordo com o manual, o nível numérico controla a quantidade de memória usada pelo compressor. Usando mais memória é suposto para fazer uma melhor compressão, mas novamente isso não é garantido.
Especialmente se seus dados de teste são pequenos, não é surpreendente para mim ter o mesmo tamanho de tamanho.