高温高压高含硫气井测试工艺技术研究.ppt

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1、川东北地区高温、高压、高含硫气井测试工艺技术研究,石油工程西南公司井下作业分公司,汇 报 主 要 内 容,三、测试工艺技术,四、社会经济效益评价,二、川东北地质构造特征,五、结论与建议,一、项目概况,石油工程西南公司井下作业分公司,一、项目概况,石油工程西南公司井下作业分公司,项目概况,川东北高温高压高含硫气井测试工艺技术研究是试油队独立承担分公司的自立项目。自2006年8月签订合同之后，组织大量人力、物力，至2007年8月在川东北区域共完成了30多层次的高温、高压、含硫气井测试施工，取全、取准地层资料，深化气藏地质特征的认识，最终总结出了一套适用于川东北地区气藏的测试工艺技术。,石油工程西南

2、公司井下作业分公司,二、川东北地质构造特征,石油工程西南公司井下作业分公司,区块位置,川东北区块位于四川盆地东北部，隶属通江、南江、巴中及达川等县、市辖区。中石化持证勘探区有通南巴、达县-宣汉天然气勘探两个区块曾是中石化西南分公司长期从事油气勘探的重点地区。,石油工程西南公司井下作业分公司,构造特征,川东北地区构造在四川盆地的东北部，北侧西段为米仓山隆起及其前缘，东段为大巴山推覆带前缘褶断带，西邻川北及川中平缓构造带，东侧及南侧为盆地东部平行及弧形断褶带。主要包括通南巴构造带、达县-宣汉地区、巴中地区和南江西乡宁强勘探区块。,石油工程西南公司井下作业分公司,沉积特征,川东北地区是一个长期处于相

3、对稳定下沉的地区，沉积盖层累计厚度达800012000m，其中中三叠统至志留系总厚度达30004000m，系有稳定连续沉降的碳酸盐岩台地沉积，具有多个沉积回旋，发育众多生、储、盖组合。,石油工程西南公司井下作业分公司,地层压力,根据川东北地区部分井实测压力数据，川东北碳酸盐岩储层地层压力在55-111MPa之间，地压系数1.0-2.28。由此可见，川东北大部分地区海相碳酸盐岩地层为异常高压地层，少量为常压、近常压地层。,石油工程西南公司井下作业分公司,地层温度,川东北海相碳酸盐岩气藏地层温度一般介于90160之间，由于目的层位的不同，温度差异较大，如位于元坝构造的元坝1井在石炭系4869.77

4、m处产层温度可高达158.6。根据川东北7口井实测地层温度情况统计（见表2.5），其地层温度90-159.2，地温梯度为1.782.30/100m。,石油工程西南公司井下作业分公司,地层流体,川东北气藏天然气成分以甲烷为主，含量在7698.0%，天然气相对密度在0.570.65左右；同时气藏流体中还含有H2S、CO2等非烃类气体组分，气体中H2S百分含量为3.11268 mg/L不等，CO2百分含量09.15%不等。从总体上看，研究区地层水不活跃，只在部分构造低点井中有地层水出现，地层水矿化度变化较大，离子以Cl-、K+、Na+、Ca2+、Sr2+为主，水型以CaCl2和NaHCO3型为主，总

5、矿化度在0.15344.05g/L。,石油工程西南公司井下作业分公司,三、测试工艺技术研究,石油工程西南公司井下作业分公司,测试工艺研究,三、井下测试工具优化组合,四、测试工程中硫化氢的防护,二、井口装置优选,一、地面测试流程配套,石油工程西南公司井下作业分公司,测试工艺技术,测试工艺包括地面控制工艺和井下工具工艺两部分。地面测试流程的一般具有替浆、洗井、放喷、求产、计量和压井等功能，但针对四川盆地川东北海相碳酸岩含气区域复杂地质条件，系统的配置还包括：保温系统、数据采集系统、自动紧急控制系统。本次研究主要解决试气过程的降压问题、防硫问题、冰堵问题、出砂问题、自动点火问题和井下工具优化组合问题

6、。,石油工程西南公司井下作业分公司,节流降压技术,川东北地区多采用地面管汇多级节流，根据测试井的不同状况，通过两套、三套或四套不同压力级别的管汇台逐级节流，将高压气体逐步转变为低压气体，并进行测试求产。节流降压选择级别主要根据预测最高关井井口压力。一般遵循以下原则：（1）预测最高关井井口压力低于35MPa，采用一级管汇控制；（2）预测最高关井井口压力介于3570MPa之间，采用二级管汇节流控制；（3）预测最高关井井口压力介于70105MPa之间，采用三级管汇节流控制。,地面测试流程配套研究,两级节流技术,根据金鸡1井的具体情况（井深4750m，地层温度75左右，地压系数1.25），选用了两级节

7、流（一级管汇105MPa、二级管汇70MPa）测试成功。,地面测试流程配套研究,三级节流技术,2006年12月至2007年9月试油队完成了大湾1井4层9次试气施工（井深5693m，预测地层压力80.558MPa），采用三级节流管汇进行测试（一级管汇KQ-105Mpa/65、二、三均为级管汇KQ-70Mpa/65），飞二飞三段无阻流量高达349.05104m3/d，施工安全结束。,地面测试流程配套研究,双套三级节流技术,针对类似河坝1井的高压、高温、高产、含硫气井，预测井口压力接近100MPa，测试系统主要以能够控制高压和防刺蚀为主。采用双套三级节流地面管汇进行系统测试，喜获天然气高产40210

8、4m3/d。,地面测试流程配套研究,在元坝1井安装了两套相对独立、又相互并联的EE级三级节流地面流程，一套环空监测管汇，分两个方向（150）放喷。每套测试流程能够独立放喷、测试、压井施工。,改进双套三级节流技术一,地面测试流程配套研究,改进双套三级节流技术二,地面测试流程配套研究,在河坝2井安装两套并串结合的的EE级三级节流地面测试流程，即能满足施工要求，又能满足紧急情况的特殊工况。,进口与国产流程的配套技术,国产地面测试设备自动化程度低，计量精度较低，材质抗硫能力和抗冲刷能力较弱，而这些缺点进口EXPRO高抗硫测试系统都能很好的克服。但进口流程也有很多缺点：节流油嘴管汇上下游通道太少，无备用

9、通道；配件少，采购周期长，价格昂贵；职工操作还不熟练等等。综合这两个方面，我队首次采用进口高抗硫地面测试流程与国产流程的配套技术，最大限度的保证了施工的安全高效的进行，在马1井测试施工中得以充分体现。,地面测试流程配套研究,进口与国产流程的配套技术,地面测试流程配套研究,快速截流技术,整个试气流程设置有两个紧急控制装置，一是在105MPa控制管汇上安装三个液控阀、远程控制操作台、压力传感器等构成，保护35MPa、70MPa、105 MPa控制管汇的紧急控制装置。二是在分离器前安装一个截止阀，以保护分离器的紧急控制装置。,地面测试流程配套研究,保温技术,利用锅炉将水加热成水蒸汽，通过管道输送到热

10、交换器，通过热交换器将天然气加热提高温度，使天然气节流降压膨胀后的温度高于形成水化物的临界温度，从而可以防止天然气形成水化物堵塞流程和管道。,地面测试流程配套研究,油气水分离技术,我队现有目前世界先进的英国EXPRO三相卧式分离器，额定工作压力为9.8MPa，能处理天然气日产量160万方、油产量8700桶、水处理量6969桶的油气井。,地面测试流程配套研究,自动数据采集技术,利用安装在流程上的压力、温度传感器，将压力、温度转变为模拟信号传输到数据采集箱，通过计算机软件系统转化为数据，以实现自动采集压力温度数据，同时为自动紧急控制系统通过准确的压力数据，在出现紧急情况实现迅速关井。,地面测试流程

11、配套研究,防刺技术,在流程防刺漏技术上我队也尝试了很多方法，其中比较有价值和实用的技术就是，在排液后期从流程中注入循环水，很好的克服了油嘴和油嘴套刺坏严重的难题。,地面测试流程配套研究,采油（气）井口装置主要零件材料选择,井口装置选择,石油工程西南公司井下作业分公司,采油树选择表 API修订日期：2004-10-8,石油工程西南公司井下作业分公司,井口装置选择,由于流体性质、产能具有较大的不确定性，同时考虑目前川东北含H2S、CO2的特点，综合成本因素，井口装置的选择依据两种情况确定：（1）对于勘探评价井，套管头采用国产EE级（抗硫化物应力腐蚀破裂（SSCC）。测试评价采用国产EE级KQ105

12、/78-65型采油树，若产量大要进行长期生产可下带永久式封隔器的完井管柱对套管头进行保护，采气树更换为国外HH级抗腐蚀的采气树。（2）对于开发井，由于建成高产工业气井可能性非常大，设计采用压力级别为70或105MPa、温度类别U或PU、材料类别HH、规范级别PSL3G（PSL4）、性能级别PR2，国外HH级抗腐蚀的井口装置。,石油工程西南公司井下作业分公司,井口装置选择,采用压力级别105MPa、温度类别U或PU、材料类别HH、性能级别PSL4的具有抗硫和抗CO2性能的耐蚀合金钢采气树（根据川东北气田单井日产气量差异大的特点，考虑到部分井采用增产措施和从经济角度出发，井口装置采用三种方案）。,

13、气藏特点：H2S、CO2含量较高。井口最大关井压力较高。,石油工程西南公司井下作业分公司,井口装置选择,美国腐蚀工程师协会（NACE）公布的标准认为：如果气体总压等于或大于0.448MPa，硫化氢分压大于0.000343MPa（绝）时，应该作为含硫气体考虑其选材及控制硫化物腐蚀。H2S腐蚀包括电化学腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀三种。硫化物应力腐蚀破裂（SSCC）是含硫气井的主要腐蚀类型。,H2S气体只在与水共存时才对金属产生腐蚀。H2S在水溶液会电离（有H+），在与金属铁反应后，生成FeS和H2S（电化学腐蚀）；H+吸附于金属表面，并渗入存在缺陷金属晶格内（夹杂物、晶间空隙或微裂缝），原子氢生成

14、分子氢体积膨胀，致使钢表面产生裂纹，称为氢脆。在拉应力作用下，裂纹迅速扩大，使管材在应力远低于其强度的情况下发生断裂，称为硫化物应力腐蚀破裂（SSCC）。,川东北地区油管的优选,油管的选择材质选择,影响因素:1、H2S的影响与含量和分压有关，在高压气井中微小的含量也会构成较大分压，使应力腐蚀开裂发生。2、环境温度。温度对腐蚀的影响与腐蚀机理或类型有关。对于电化学腐蚀，腐蚀严重度随温度加剧。而室温2530是H2S应力腐蚀的最显著敏感区，3066 管材应力腐蚀开裂敏感性随温度的增加而下降，温度在80以上，金属开裂敏感性明显下降。川局在实际运用中临界温度选用85，目前标准选用93。3、酸碱度。在酸性

15、环境（PH8）应力腐蚀减缓。4、应力状态。对应力腐蚀影响敏感的是拉应力。拉应力越大，5、钢材特性。钢材特性对应力腐蚀十分敏感，选用能防止应力腐蚀的合金组分和钢材特性，是管材设计的关键。,川东北地区油管的优选,油管的选择材质选择,H2S与CO2共存腐蚀规律 H2S与CO2往往共存，二者的腐蚀机理存在竞争与协同效应H2S不仅造成应力腐蚀开裂，而且对电化学减薄腐蚀也有很大影响虽然对减薄腐蚀，CO2的腐蚀性比H2S强，但是一旦H2S出现，又往往起控制作用Pots等认为，H2S 与CO2含量的比值对腐蚀状态的影响符合的规律,川东北地区油管的优选,油管的选择材质选择,H2S与CO2共存腐蚀规律,川东北地区

16、油管的优选,油管的选择材质选择,材质主要根据H2S、CO2分压对钢材的选择影响分压图选择,CO2分压，1atm,从图中可以看出，对于单纯含H2S环境，只需选用SS系列高抗硫管材。对于高含H2S、CO2环境，要满足长期生产要求，需要采用含铬20以上，镍30以上，钼3以上的高镍基合金钢材料。,川东北地区油管的优选,H2S分压，1atm,油管的选择材质选择,国外用于酸性环境油套管,川东北地区油管的优选,油管的选择材质选择,Special Metals 选材准则,028H2S分压小于5MPa、温度低于100825H2S分压小于7MPa、温度低于120G3H2S分压小于17MPa、温度低于175C276

17、基本可以抵抗所有油气环境,川东北地区油管的优选,油管的选择材质选择,SM2535系列高级合金钢组分表,SM2535系列高级合金钢管材非常昂贵，厂商报价3042万元吨；高抗硫油管（SS）国内厂家（天钢、宝钢）报价约68万元/吨。,川东北地区油管的优选,油管的选择材质选择,川东北套管、油管材质设计初步思路,由于目前川东北流体性质、产能具有较大的不确定性，综合成本因素和目前川局罗家气田的经验。套管油层套管采用SS系列高抗硫材质，封隔器预座封段以下下入高镍基合金钢材质保护套管。油管材质选择依据情况确定：对于含H2S、CO2的气井，若进行测试评价，则采用高抗硫材质作为测试作业管柱（根据NACE标准，要满

18、足720h内，在抗拉强度80%载荷下不发生H2S应力腐蚀开裂），根据测试的产能、气样分析进行经济评价后，确定后续完井管柱材质：高产气井全部采用高镍基耐蚀合金油管材质，考虑到成本因素，在川东北地区采用的是希姆莱斯油管。低产气井采用采用SS系列高抗硫油管配合加缓蚀剂。,川东北地区油管的优选,API圆丝扣油管由于密封机理主要靠圆扣扭紧面接触密封，不能满足高压差下的密封要求，需采用特殊螺纹扣。特殊扣螺纹靠圆锥体的过盈配合产生线接触起主密封作用，端面的紧密接触起辅助密封作用，而斜梯形丝扣只起连接作用，不起密封作用，确保了主密封和辅助紧密结合，因而密封性得到很大提高。常见的特殊扣有FOX、3SB、VAM或

19、SEC等特殊丝扣油管。,应用：川西和川东北高温高压气井已选用了FOX（新851井、新856井）、3SB（CF563）或SEC（毛坝1）等特殊丝扣的套管和油管。,川东北地区油管的优选,油管选择,密封性能,油管选择,密封性能,3SB扣扣型剖面示意图,FOX扣扣型剖面示意图,油管选择,密封性能,部分特殊丝扣评价试验结果,现在世界上有上百种特殊丝扣，但是种类繁多的特殊丝扣也有一个优良程度问题，经西安管材检验中心对国外四家特殊丝扣评价试验，兼顾价格选用各项试验结果优秀的日本钢管公司（NKK）的3SB扣和世特佳的SEC扣进行了入井实践，证明了特殊扣的气密封性。,永久式封隔器完井管柱一般附带滑套、伸缩短节（

20、或插管短节）、座放短节、磨铣延伸管、流动短节、堵塞器等工具。,对高温高压含酸性气体气井，国内外都采用永久式封隔器完井。高温高压井完井工具主要是指封隔器及其它配套工具，考虑高温高压及可能高产的特点，对其有特殊要求。采用永久式封隔器的意义：（1）封隔器本身能承受高温高压；（2）封隔器以上油层套管内壁和油管的外壁，不会受到H2S和CO2的腐蚀；（3）封隔器以上的油层套管不会承受很高的内压差和外挤压差。,对于川西须二气井，井下工具材质选用13Cr;对于川东北飞仙关气井井下工具材质选用INCOLOY 718/925,含Ni 42.0 46.0%,含Cr19.5 22.5%。,川东北地区井下工具的选择,封

21、隔器的选择,SB-3型(Baker hughes)、B Arrowdrill（Weatherford）和HPHT Perma-Series永久型封隔器示意图,(1)生产封隔器 带双卡瓦，双向承压，无管柱拉伸压缩的影响，封隔油层套管与产层，使套管在完井作业及开采期间不承受高压和腐蚀，是测试管柱中的重要工具。进行完井测试时，常采用插管式和锚定式封隔器。,川东北地区井下工具的选择,封隔器的选择,井下安全阀,川东北地区井下工具的选择,滑套:为替喷、排液、酸化、压井等作业提供循环通道。,座放短节：用于座放井下测试仪器（包括座放油嘴，实现井下节流），管内封堵产层等。,伸缩短节：由相互伸缩的两根同心管所组成

22、,内管上的密封元件使环空压力和流体与油管柱相隔离。用于在保持压力的情况下，可自由上下活动，能够有效补偿因压力、温度变化引起的长度变化，避免管柱变形。利用剪切销钉可使伸缩接头启动，当伸缩接头被下入井内时，其位置取决于预计的油管移动.备注:对于插管封隔器,靠插管短节在密封延伸筒内移动，补偿管柱变形.,座放短节,伸缩短节,滑套,川东北地区井下工具的选择,密封延伸管:位于封隔器底部可分离的管形构件，其目的是延长封隔器的密封筒以提供一个较长的筒座，容纳较长的密封装置。装有密封延伸管的封隔器可容纳9.144m或更长的密封组。密封延伸管能灵活地加长密封筒的长度以满足油管上下移动的要求。所选择的密封组一般必须

23、比预计的油管活动度稍长一些。备注：密封延伸管只有采用插管封隔器才有,主要功能容纳插管短节移动。,插管短节,川东北地区井下工具的选择,密封延伸管,磨铣延长管：永久式封隔器只能靠磨铣解封，为了磨铣时封隔器钢体以及下部工具不至于掉入井中，磨铣短节提供了足够的长度和内径，以容纳磨捞一体化工具。,流动短节：为壁厚大于油管柱的短管，用来延缓安全阀上下紊流位置的冲蚀破坏。,堵塞器：用以封堵下部产层。或射孔前座封封隔器使用。,磨铣延长管,堵塞器,流动短节,川东北地区井下工具的选择,井下工具优化组合,在川东北地区采用的典型APR射孔测试管串结构,APR射孔测试管串结构图,APR射孔酸化测试联作管串结构,石油工程

24、西南公司井下作业分公司,应用实例,大湾1井飞三段射孔测试管串结构,大湾1井长兴组酸化测试管串结构,大湾1井飞三段上部射孔酸化测试联作管串结构,石油工程西南公司井下作业分公司,在川东北地区河坝1井飞三段系统测试时选用进口美国WOM-140型采气树，井内采用单SB-3、DB永久式双封隔器的三封隔器管柱并带井下安全阀，地面采用双套三级节流测试流程测试施工方案，为川东北地区高温、高压气井测试提供了很好的模版。该层段测试天然气无阻流量高达402.88104m3/d,三封隔器完井测试管串,石油工程西南公司井下作业分公司,H2S的危害很大，人体一旦吸入硫化氢可引起急性中毒和慢性损害。急性硫化氢中毒可分为三级

25、，轻度中毒、中度中毒和重度中毒，重度中毒表现为明显的中枢神经系统的症状，首先出现头晕、心悸、呼吸困难、行动迟钝，继而出现烦躁、意识模糊、呕吐、腹泻、腹痛和抽搐，迅速进入昏迷状态，最后可因呼吸麻痹而死亡。在接触极高浓度硫化氢时，可发生“电击样”中毒，接触者在数秒内突然倒下，呼吸停止。长期反复吸入一定量的硫化氢可引起嗅觉减退，以及出现神经衰弱综合征和植物神经功能障碍。H2S不仅都人体有害，对我们的测试设备也有很大伤害，H2S腐蚀的形式主要有电化学腐蚀和硫化物应力腐蚀开裂（SSC），在含H2S的环境中，SSC是最严重的问题，SSC可使管材在短时间内、毫无先兆的情况下开裂失效。,测试过程中H2S防护技

26、术,石油工程西南公司井下作业分公司,H2S监测仪的主要工作原理是当大气中H2S气体浓度达到人体安全警戒线时，发出自动报警信息，以保证测试施工安全。H2S监测仪分为固定式和便携式几种，量程也不同（固定式的量程为0-1000PPM，便携式的有100PPM、1000PPM等）。测试施工除了在测试管汇周围安装H2S监测仪外，还井场四周安装风标，以便一旦发生H2S泄漏时根据风向变换修正逃生路线。,H2S监测仪,石油工程西南公司井下作业分公司,空气呼吸器,RS2036/0.36M3充气泵,HTK106空气呼吸器,空气呼吸器可以较长时间进行抢险等作业,石油工程西南公司井下作业分公司,流程防腐技术,选用防硫管

27、材一般选用低屈服强度（52.78Kg/mm2以下）的管材，温度低于79时，采用高镍合金钢，温度大于79时，采用低合金钢。针对含硫深井，可以采用日本NKK公司生产的NK系列管材和美国生产的内外衬玻璃钢的管材。目前川东北应用较多的是西姆莱斯油管。选用合适PH值的压井液用PH值大于10完井液或用油基泥浆完井，尽量少用CaCL2、KCL溶液洗井、替喷，而用NaOH等碱性溶液洗井、替喷。,石油工程西南公司井下作业分公司,流程防腐技术,技术要点测试管线不能焊接，以免在焊接处形成马氏体金相组织，加速腐蚀。下油管时不能用管钳而用油管钳，以免造成管材表面损伤，造成应力集中点，加速硫化氢对金属的腐蚀速度。完井液中

28、加入除硫剂、除氧剂。完井液中加入缓蚀剂，缓蚀剂分子在金属表面形成保护膜，隔绝硫化氢与钢材的接触，使之能减缓抑制钢材的失重腐蚀（电化学腐蚀）作用，达到延长管材和设备寿命的目的。常用缓蚀剂有：康多尔、PA23等。对管材进行探伤、表面或内部损伤、应力集中的管材不能使用。从钻井设计开始测试人员应提前介入，从钻井设计、完井方案、管材使用等方面提供意见。,石油工程西南公司井下作业分公司,四、社会经济效益,石油工程西南公司井下作业分公司,社会经济效益,在川东北工区施工，其地质条件和自然条件都非同一般，特别是高温、高压、高含硫化氢，因而测试施工风险很大，重庆“12.23”事故就是一个很好的例子。我队总结以往经

29、验，应用新技术新工艺，从工艺技术方面保证了施工的安全性，其社会经济效益是非常明显的。就以APRTCP+酸化测试联为例，以前进行射孔和压裂最少需要起下油管两趟，现在一趟就可以了，并且少了压井等很多步骤，减轻了对油气层的污染，减少了施工时间，节约了施工成本，保障了员工的生命安全。,石油工程西南公司井下作业分公司,五、结论与建议,石油工程西南公司井下作业分公司,结 论,通过大量的资料调研，从原理、选材、实际施工上进行分析研究，选择适合川东北地区高温、高压、高含硫气井测试用井内油管、井下工具以及井口装置，优化了井下工具组合。研究出了一套适合川东北地区的高温、高压、高含硫气井的测试流程工艺技术，满足了川

30、东北地区高温、高压、高含硫气井测试施工要求。针对川东北地区高温高压高含硫气井的测试施工，从技术、经济、管理、环境等角度，进一步完善了硫化氢防护及监测技术，提高了队伍整体对硫化氢防护能力。,石油工程西南公司井下作业分公司,建 议,保证压井液的各项性能指标。既要满足保护油套管和井下工具的作用，又要防止其污染地层。加强后勤保障工作。川东北地区施工涉及材料的特殊性，尤其对于进口设备材料，应提前考虑备用配件，及时、保质保量的满足现场施工的要求，防止由于材料因素而引起各种工程事故。增加川东北测试工程定额。在川东北施工的危险性、复杂性决定了测试成本大为增加，经济效益明显没有社会效益好，建议分公司增加川东北施工井的投资。,石油工程西南公司井下作业分公司,汇报结束,石油工程西南公司井下作业分公司,