酸性气井关井后重组分沉降对井筒组分变化的影响

目前经典的井筒稳态多相流流动模型没有考虑关井后重组分沉降作用,可能导致井筒压力-温度预测不准。针对酸性气井井筒复杂流动特征,基于热动力学平衡原理和热扩散理论,考虑酸性气井关井后H₂S及CO₂重组分在重力、化学势变化以及热扩散作用下向下沉降,建立了重组分沉降过程中组分梯度方程和扩散模型,模拟计算了井筒压力分布和组分变化。研究表明：关井后井筒中H₂S和CO₂重组分沉降导致流体密度、H₂S、CO₂摩尔浓度从井口到井底逐渐增大,而C₁、C₂组分含量逐渐减少。实例井5 000 m井深井口样和井底样H₂S含量差别近10%,建议酸性气井流样分析宜采用井底样。这也解释了为什么酸性气井井底一般腐蚀更为严重。     

我国高含H2S/CO2气藏安全高效钻采的关键问题

我国高含H₂S/CO₂气藏天然气探明地质储量已经超过5000×10⁸m³，由于国内在高含H₂S/CO₂天然气藏钻探与开采方面缺乏系统的理论和成熟的工程技术，经常遇到系统失稳、压力失控、硫堵塞、工具失效及测试失败等棘手问题，不仅造成了巨大的直接经济损失，而且还严重制约了这类天然气藏的勘探开发与产能建设。为此，系统阐述了高含H₂S/CO₂气藏安全高效钻采的若干关键问题，包括：高含H₂S/CO₂气藏流体相态特征与渗流规律、元素硫积机理与防治、天然气水合物形成与防治、基于超临界流体相态与压力传递规律的井控及预报、高含H₂S/CO₂气藏安全开发模式等，以期为这类气藏的安全、高效生产提供帮助。     

超临界二氧化碳流体引发井喷探讨

针对超临界流体状态下CO₂的特性，结合p-T-ρ图和PR状态方程，计算了天然气与CO₂按各种不同比例构成的混合物的_p-Z图，从密度、偏差因子和压缩系数的角度，对二氧化碳可能导致井喷的原因加以分析。提出了地层中一定含量的超临界二氧化碳流体可能引发井喷的观点。并且通过对国内外一些类似的井喷事故原因研究后，提出了有效的防喷措施，为高含量CO₂和H₂S的油气井钻井作业提供一定参考。     

硫酸盐热化学反应蚀变天然气模拟

高H₂S天然气一般被认为是硫酸盐热化学还原反应(TSR)的结果。在高温高压不饱和水蒸气条件下对天然气与硫酸镁TSR反应进行了热模拟实验研究,确定了TSR反应途径,探讨了TSR可能的地质影响因素。结果表明,天然气与硫酸镁反应主要生成MgO、H₂S、CO₂及焦炭等产物,随着模拟温度升高,TSR转化率逐渐增大,天然气中总烃含量减少,CH₄比例逐渐增大,C₂H₆与C₃H₈ 含量呈递减趋势。干燥系数与CO₂含量呈明显的正相关关系,干燥系数与H₂S含量以及CO₂与H₂S含量之间正相关性低,这可能是由于TSR不同阶段主要控制因素不同导致的。地质条件下,高硫化氢天然气的形成与演变很可能受控于温度、碳链长度、金属离子、水和硫化氢含量这几种主要因素。     

川西地区雷口坡组气藏气源分析与成藏模式

文中以地震、钻井、岩心、气体组分及同位素等资料为基础,分析了川西地区不同构造中三叠统雷口坡组的气藏特征,划分了天然气来源,明确了油气成藏模式。研究表明：根据天然气组分特征差异,可将川西地区雷口坡组气藏划分为烷烃体积分数略低、H₂S和CO₂等非烃体积分数略高的山前隐伏构造带,以及烷烃体积分数略高、H₂S和CO₂等非烃体积分数略低的山前坳陷带;根据天然气烷烃同位素特征差异,山前隐伏构造带可划分为δ¹³C₂偏轻、同位素倒序分布的石羊镇、鸭子河构造和δ¹³C₂偏重、同位素正序分布的金马构造;山前坳陷带可划分为δ¹³C₂偏轻、碳同位素值正序分布的新场构造和δ¹³C₂偏重、碳同位素值正序分布的永兴、马井构造。基于天然气运移条件和成藏模式分析认为：石羊镇、鸭子河构造天然气来源于龙潭组和雷口坡组烃源岩;金马、马井构造天然气来源于龙潭组、雷口坡...     

延长气田抗CO2/H2S复配缓蚀剂的研究及应用

为了解决延长含硫气田管材严重腐蚀问题，通过对试片腐蚀形貌以及腐蚀产物组成、含量的检测来确定含硫气田管材的腐蚀成因，以3种现场抗腐蚀缓释效果较好、主要成分为咪唑啉的KS系列抗CO₂/H₂S腐蚀缓蚀剂为助剂，以抗CO₂腐蚀性能较好的E-04缓蚀剂为主剂进行复配，通过失重法、图像采集等手段对3种复配缓蚀剂进行缓蚀性能效果评价，并探究不同H₂S分压下3种复配缓蚀剂的缓蚀效果，筛选出缓蚀效果较好的复配缓蚀剂，并将其在现场应用。结果表明：溶解氧、侵蚀性CO₂、CI^-引起的吸氧腐蚀、CO₂腐蚀和点蚀是导致管材腐蚀的主要原因，细菌造成的结垢腐蚀对其也有一定影响；在CO₂/H₂S腐蚀联合控制条件下，抗CO₂/H₂S复配缓蚀剂KS-02缓蚀效果最优，缓蚀效率可达80%以上。现场含硫气井监测显示抗CO₂/H₂S复配缓蚀KS-0...     

CO2、H2S对3Cr钢静态腐蚀的影响

为了研究3Cr钢在不同CO₂、H₂S腐蚀介质中耐蚀性，对3Cr钢分别在1 MPa CO₂、0.3 MPa H₂S及1 MPa CO₂+0.3 MPa H₂S腐蚀环境中的腐蚀速率和电化学性能进行测试，同时采用SEM、EDS和XRD等手段对上述三种腐蚀环境中的腐蚀产物进行分析对比。结果表明，3Cr钢在1 MPa CO₂环境下腐蚀速率最大，通过对腐蚀产物进行分析，发现其表面未形成连续分布且具有致密性腐蚀产物保护膜是其腐蚀速率高的主要原因。电化学测试发现3Cr钢EIS阻抗在1 MPa CO₂中呈现单容抗弧，而在0.3 MPa H₂S和1 MPa CO₂+0.3 MPa H₂S环境中呈现双容抗弧，进一步印证了其在1 MPa CO₂环境中耐蚀性较差的结果。     

国外高含硫气藏开发经验与启示

比较常规气藏而言，高含硫气藏的开发存在很大难度和挑战性。目前国内尚无一套指导高含硫气藏合理开采的开发标准，也没有形成系统开发高含硫气藏实践经验，为此分析了国外典型高含硫气藏开发成功经验，指出了国内高含硫气藏开发的技术关键和面临的技术难点，总结出了目前完成国家自然科学基金研究的进展，并提出目前急需开展的研究工作。即：①高含硫气藏多尺度储层评价研究；②H₂S及天然气混合物赋存状态及成因研究；③H₂S、CO₂、H₂O、天然气共存系统流体相态理论及实验研究；④高含硫碳酸盐岩气藏非线性渗流理论及应用基础研究；⑤储层综合伤害数学模型（应力敏感、硫沉积、水合物）及防治应用基础研究；⑥H₂S、CO₂腐蚀机理及防腐技术研究；⑦储层增产改造机理和改造技术研究；⑧井漏机理及堵漏应用基础研究工艺。     

超临界CO2水平环空携砂试验研究

为明确超临界CO₂在水平段环空的携砂性能,分析关键施工参数对其携砂性能的影响,根据相似原理设计了超临界CO₂水平环空携砂试验装置,试验研究了超临界CO₂注入质量流量、砂比、出口压力和流体温度对砂粒在水平环空中运移的影响。试验结果表明:超临界CO₂能够以悬浮输送的方式在水平环空内有效携砂,增大其质量流量,会增强环空内流体的紊流强度,进而提高悬浮携砂效果;在较高砂比下,水平环空底部更容易出现砂床,使过流面积减小,从而使砂粒运移速度增大;在相同注入条件下,环空内砂粒运移速度随出口压力升高而降低,但降低幅度逐渐减小;在合理温度范围内提高流体温度,有利于减少环空内砂粒的堆积。研究结果可为超临界CO₂钻井和超临界CO₂压裂优化设计关键施工参数提供参考。      

酸性气田气井采用组合油管柱的优越性

在高含H₂S和CO₂共存的气田深井中,为了既保证生产气井井底不积水,又要保证气井在生产过程中管柱不发生冲蚀;实现低成本高效地开发酸性气田,保证气井安全生产,必须对气井井下管柱进行优化。以徐深气田气井为例,在给定的生产条件下,采用73.0 mm×850 m+60.3 mm×2 880 m组合油管柱和73.0 mm单级油管柱都不会有天然气水合物生成;采用组合油管柱比采用73.0 mm单级油管柱更不容易生成天然气水合物,说明采用两级或两级以上不同尺寸的组合油管柱在高含二氧化碳和高含硫化氢气田气井中具有更大的优越性。该方法对低成本高效地开发酸性气田具有重要的参考价值。     

普光气田高含硫气井溢流压井期间井筒超临界相态特征

针对超临界流体状态下烃类、硫化氢 、二氧化碳的特性,结合ｐ-Ｔ-ρ图版和实际气体状态方程,以及普光气田高含硫化氢、二氧化碳气井的实际情况,计算得出普光气田烃类与硫化氢、二氧化碳构成的混合物的相态图;建立了相应的数学模型,模拟了高酸性高压气井环空温度、偏差因子、压力和体积膨胀情况。从模拟计算结果可以看出： 高含硫气体在溢流压井期间,在井筒较长井段处于超临界状态,远离临界点附近区域,从超临界状态转向低压气态时体积较明显的膨胀但不剧烈,不会出现在超临界点附近处特有的瞬时体积急剧膨胀现象;普光气田气井的酸性气体运移至距地面12%左右（即1 120 m）井深时,有体积膨胀趋势,运移至距地面10%左右（即560 m）井深时有较明显的膨胀特征。     

土库曼斯坦酸性气田恢复产能工程关键技术

土库曼斯坦Sa气田是一个高含H2S与CO2的底水块状碳酸盐岩气田,恢复利用老井产能是第一期产能建设目标的重要保证。该气藏老井封存时间长达13 ａ,修井采气面临井筒腐蚀评价、重新完井、腐蚀与防治、水合物预测等难题,存在较大的技术难度和安全风险。在对33口老井的采气工程进行了分析和评估的基础上,采用MIT/MTT井筒腐蚀评价和生产系统节点分析等方法,针对气田的储层特点和修井采气工程技术的难点,形成了高含硫气田恢复产能工程关键技术,主要包括老井修复与测试配套技术、生产系统优化技术、H2S与CO2的腐蚀与防治技术以及酸性气田高效酸化解堵技术。在已修复的9口井中恢复年产能12×１０８ｍ３,修复26口井预计恢复年产能（25~30）×１０８ｍ３,26口老井修复利用至少可节约钻井直接投资 8 000万美元以上。     

乳化钻井液条件下高温高压气井气体扩散研究

高温高压下甲烷在油里的溶解度大，水包油乳化钻井液中存在油相，钻井作业中钻井液静置期间如起下钻、工具故障抢修等时间过长，储层中的甲烷气体会扩散到井眼里。在钻高含硫化氢及二氧化碳气井时，高温高压条件下天然气更有可能到达与油完全互溶的状态。文章将储层内的水平段井眼的气体扩散区域划分为4个区，外滤饼区、内滤饼区、滤液滞留区、滤液未污染区，根据外滤饼区、内滤饼区、滤液滞留区不同计算参数条件，计算预测了在使用水包油乳化钻井液情况下，储层中天然气通过扩散穿过3个区后，进入储层内井眼段环空导致的环空含气质量浓度变化，对环空内含气质量浓度随扩散时间、含油浓度因素的变化进行了定量计算。用伽略金有限元方法求解，计算表明，气体扩散量随钻井液静置时间延长而增加，水基钻井液加入油后与不加油的钻井液相比增大了气体扩散量。     

超临界二氧化碳钻井基础研究进展

超临界CO2钻井技术是以CO2为钻井介质的新型钻井技术,在实现CO2资源化利用和提高非常规油气钻探效益等方面潜力巨大,其关键理论和技术问题主要体现在超临界CO2在井筒中的流动规律、携岩能力、射流破岩及井壁稳定性等井筒多相流和流体与岩石相互作用方面。为此,利用超临界CO2在井筒中的流动模型分析了影响超临界CO2钻井环空压力分布的因素;通过理论计算和室内携岩试验分析了超临界CO2的携岩能力;根据理论分析和室内射流破岩试验分析了超临界CO2射流破岩机理;利用临界CO2与井壁围岩的力-热耦合模型并结合超临界CO2对岩石力学性质的影响,分析了超临界CO2钻井的井壁稳定性。结果表明:循环流量和井口回压是影响超临界CO2钻井环空压力分布的主要因素;井斜角为48°~72°时超临界CO2携岩最小返速比较高,超临界CO2的携岩效果与清水接近,但远优于空气;超临界CO2射流破岩产生的温度应力可有效降低破岩门限压力,提高破岩效率;采用超临界CO2钻进水平层理硬质页岩地层时井壁稳定性好。研究结果为完善超临界CO2钻井理论和尽快形成超临界CO2钻井技术奠定了理论基础。      

酸性气田碳酸盐岩储层抗盐抗酸性气钻井液技术

为预测酸性气田钻井作业所用钻井液中酸性气的侵入量,根据地质参数和钻井参数计算了现场酸性气侵入量和除硫剂碱式碳酸锌与二氧化碳清除剂氧化钙的加量。为评价酸性气污染对钻井液性能的影响,设计了一套酸性气对钻井液污染的室内评价方法——气瓶压力控制灌注法,并根据理想气体状态方程,推导了灌注不同浓度酸性气体所需要的灌注压力计算公式。室内采用此方法评价了H2S、CO2对适合于南帕斯气田碳酸盐岩储层无黏土相NaCl盐水钻井液和无固相甲酸钾有机盐钻井液体系性能的影响,实验表明两套钻井液体系具有能够抗200 mg/L H2S、1000 mg/L CO2酸性气污染的能力,以及抗灰岩钻屑、地层盐水和各种盐相污染能力,且具有优越的流变性能、润滑性能、防腐蚀性能和储层保护效果,能够满足南帕斯酸性气田碳酸岩储层安全、快速、高效钻井。     

川渝高含硫气田钻完井主要难点及对策探讨

针对川渝地区高含H2S和中含CO2气田特点,并结合国内外高含硫气田开发情况,分析认为:除油气勘探开发本身的高隐蔽和高风险外,其高风险还突出表现在H2S和CO2带来的强腐蚀性和剧毒性两个方面。这些风险又主要集中在钻、完井(包括修井)两个主要环节上。在此基础上分析并提出了川渝地区高含硫气田钻、完井主要六个方面难点和八个方面对策。     

高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压机理

在高温高压含硫气井中,环空带压值过大将会影响正常生产,一旦超过允许值将诱发潜在的安全事故。针对开采过程中井筒温度升高使密闭环空流体受热膨胀而导致的环空带压问题,建立了高温高压含硫气井环空流体热膨胀带压值的计算模型,并进行了实例计算。结果表明,高温高压含硫气井环空流体热膨胀引起的带压值很有可能会引起生产管柱的失效,给油气井安全生产带来威胁。因此,有必要在井身结构设计、套管强度设计与环空保护液优选时,根据油气井正常开采的工作制度,降低开采过程中环空带压值并开展有效的环空带压管理,确保高温高压含硫气井的长期安全生产。     

有机酸盐环空保护液在元坝海相气藏的应用

元坝海相气藏具有埋藏深、高温、高压、高含硫化氢、中含二氧化碳等特性,气井生产中硫化氢、二氧化碳的存在使环空腐蚀环境极为恶劣。针对高含硫气井环空特殊的腐蚀环境,以有机酸盐为基液,添加高效咪唑啉类抗H2S和CO2缓蚀剂、铁离子稳定剂、除氧杀菌剂、助排剂、pH值调节剂,形成一套可控密度为1.59 g/cm3、抗温160℃有机酸盐环空保护液。室内评价实验表明:有机酸盐环空保护液抗高温稳定性强、腐蚀速率远低于设计要求0.076 mm/a,杀菌能力达99%以上。应用于元坝海相气藏3口超深井,取得较好效果,其中,元坝204-1H井酸压测试累计产气量133.92×104 m3/d,试气测试过程中,环空油、套管柱均无渗漏,环空保护液对油管外壁和套管内壁起到防腐作用,确保了油套管长期安全使用。