普光高酸性气田井简管材及完井方案优选

四川盆地普光气田属于高含H2S和CO2的碳酸盐岩过成熟酸性气田,存在气藏压力高、埋藏深度大、地质构造复杂、腐蚀严重、易喷易漏、安全风险高等开发难题.为解决上述难题,实现气田的安全高效开发,在深入调研国内外高含硫气田完井技术现状的基础上,分析了硫化氢、二氧化碳以及氯离子等对井下管材的腐蚀方式,提出了管柱腐蚀的防治措施:①采用防腐蚀管材;②注入缓蚀剂;③将上述两种方式综合应用.进而设计了3种完井方案:①高镍基合金完井;②高镍基合金与高抗硫材质组合完井;③高抗硫材质完井.经分析对比,最终确定采用镍基合金和高抗硫钢套管组合,配合镍基合金油管和永久式封隔器的完井方案;射孔后下酸压—生产一体化完井管柱,酸化压裂后投产.该方案成功解决了气井酸压、生产、防腐蚀等问题,具有防腐性能优越、后期维护成本低、管柱有效生产时间长、安全系数高等特点.     

普光高酸性气田完井管柱设计

普光高酸性气田气井具有高温、高压、高产、超深的特点,流体具有腐蚀性和剧毒性,这些特点要求完井管柱设计既要充分保证安全,又要满足现场施工要求;此外,由于主要采用水平井和大斜度井完井和出现个别井套管严重变形,更加大了设计难度。通过分析普光高酸性气田的投产难点和单井特点,研究确定了完井管柱设计的原则和思路,分井型设计出常规井（永久式）、监测井（永置式）、水平井（层段可选）、套变井（永久式封隔器+遇油膨胀封隔器）等4种不同结构不同特点的永久式酸压、生产一体化完井管柱;选用INCLOY G3镍基合金油管和INC718材质井下工具,采用无固相长效环空保护液配合永久式封隔器的防腐方案,满足了高酸性气井长期安全生产的要求;完井管柱分别采用125钢级Φ88.9 mm和Φ114.3 mm油管、VAM TOP气密封扣, 整体管柱满足耐压70 MPa、耐温150 ℃、下入深度达6 000 m的实际要求。4种完井管柱应用于普光气田的投产实践,设计的可靠性和科学性均得到了验证。     

元坝长兴组完井管材腐蚀评价及优选

川东北元坝气田恶劣的腐蚀环境给完井材料的选择带来了极大困难。本文介绍了10种镍基合金(国产、进口、4c类及4d类)在H2S/CO2/S气田环境中的抗SCC、失重腐蚀性能。研究结果表明国产镍基合金与进口产品相比具有同样良好的抗腐蚀性能,其中国产G3材质能够满足元坝160℃的抗腐蚀性能要求,即使在10g/L元素硫条件下也未发生严重的局部腐蚀。而4c类材质在3g/L元素硫条件下未发生严重的局部腐蚀,但在10g/L元素硫条件下腐蚀严重。基于以上研究成果,借鉴类似气藏的选材经验,国产4c类和4d类材质分别在元坝103H井油层套管和油管中得到应用。     

土库曼斯坦酸性气田老井试气前的井筒腐蚀评估

土库曼斯坦右岸气田高温、高压,高含CO2和H2S,属酸性气田,老井封存时间较长,管柱腐蚀严重,试气前的井筒风险评估直接影响到试气作业方式、作业参数的选择及测试工作的安全性。通过研究腐蚀工况,开展现场测井获取全井段腐蚀剖面及室内实验获取腐蚀深度的精确数据,将二者数据有机结合,建立了套管在严重腐蚀情况下剩余强度的测定及校正方法,提高了现场试气的安全性。     

阿姆河大斜度酸性气井永久分段完井工艺

分段完井已逐渐成为水平井、大斜度井储层保护、控水及分段改造的主要手段。基于膨胀橡胶的遇油遇水膨胀封隔器是分段完井的关键工具。系统总结了此类封隔器的技术特征与应用特性,进行了胀封机理、影响因素研究,给出了胀封后主要技术指标及5种结构类型遇油膨胀封隔器的技术特点。研究结果表明,酸、碱、盐溶液对于已膨胀橡胶影响幅度小于10%,遇油膨胀封隔器具有结构简单、操作方便、坐封可靠、多次膨胀及永久膨胀等明显技术优势。阿姆河气田BP101D井是一口高温、高压、高含硫大斜度井,预测产量超过110×104 m3/d,底部完井工艺设计采用遇油膨胀封隔器与增产滑套为核心工具的永久分段完井管柱组合,储层的成功分段为后期的找堵水、定点有效控水、分段改造提供了技术窗口,为高产气井可持续高效采气提供了技术支持和保障。     

普光高含硫气田完井工艺技术研究与应用

普光气田属于高含H2S和CO2的碳酸盐岩酸性气田。由于H2S气体的剧毒性及H2S和CO2对钢材的强腐蚀性等问题,对该气田的采气工艺技术提出了更高的安全、防腐要求。针对酸性气田开采工艺进行了深入研究,对工艺成果进行了现场推广应用,取得了显著的经济效益和社会效益,为普光气田的顺利、高效投产奠定了坚实的技术基础。     

普光气田高含硫气井安全快速优质钻完井配套技术

普光气田是目前中国已发现的最大的高含硫天然气田,天然气储层埋藏深, 其天然气具有高温、高压、高含硫的特点,钻井面临喷、漏、塌、卡、斜、硬、毒等世界级难题。为此,围绕高含硫气井安全钻井技术、快速钻井技术和优质固井技术的科技攻关、配套和现场示范应用,形成了普光气田安全优快钻井集成配套技术：①配套了70 MPa封井器、内防喷工具组合为主的双加双井控装备,确定钻井液安全密度附加值,强化钻井液、加重料、堵漏材料的储备和硫化氢监测及检测,井控安全率达到了100%,井喷失控事故率为0;②普光陆相地层集成应用空气、雾化、泡沫、氮气、空气锤等钻井技术快速钻进易漏、易塌、地层出水出气等复杂地层,海相地层应用PDC+螺杆复合钻井技术,全井钻井周期平均缩短了33%,平均机械钻速提高了61.21%;③应用耐腐蚀防气窜胶乳水泥浆体系、高强低密度水泥浆体系并综合应用尾管悬挂、正注反挤、分级固井等工艺技术,技术套管固井合格率为94.7%,产层套管固井合格率达100%、优良率为83%。实现了该气田高含硫气井安全、快速、优质钻完井的目标。     

普光气田集输管材腐蚀评价及缓蚀剂加药工艺优化

普光气田H₂S平均含量15.18%,CO₂平均含量8%,且含单质硫。为解决该气田湿气集输工艺管材的腐蚀问题,参考NACE MR0177/ISO15156,规定了试样的制备方法,避免了因试样问题产生的评价结果偏差。评价条件增加了单质硫含量、介质流速两个条件,实现了对普光气田工况条件的模拟,解决了按NACE MR0175标准H₂S分压大于1 MPa时无法选材的难题。开展了L360抗硫管材的氢脆、硫化物应力开裂及电化学腐蚀的分析评价,结果表明,采用淬火加回火制造工艺、严格控制S（0.003%）、P（0.02%）元素含量、硬度小于248 HV的L360管材,其抗硫性能满足使用要求;但在高含H₂S、CO₂且单质硫共存的条件下, L360抗硫管材电化学腐蚀严重,平均腐蚀速率达0.165 7 mm/a,腐蚀产物主要为FeS,电化学腐蚀主要受H₂S控制。因此对缓蚀剂加注工艺进行了优化,制订了一套预膜型缓蚀剂+连续缓蚀剂的实验室评价方法,规定了试片预膜处理的具体步骤,并优选出有机胺盐和季胺盐复配物为主的连续缓蚀剂+咪唑啉和吡啶衍生物为主的预膜缓蚀剂,现场应用后腐蚀速率控制在0.043 2 mm/a。优选的L360抗硫钢和缓蚀剂在普光气田湿气输送集输工艺得到成功应用。     

普光高含硫气田套管变形井的修井新工艺

普光高含硫气田采气完井方案采用的G3高镍基一体化采气管柱以及永久封隔器等配套工具,因“5·12”汶川大地震诱导下三叠统嘉陵江组膏盐层蠕变,数十口气井的生产套管在较短时间内发生了不同程度“屈曲”或“剪切”变形,先后发现普光201-2等多口井套管严重变形,制约了一体化采气管柱配套的永久封隔等工具下井,投产采气技术难度极大。为此,提出采用滚压整形、井下震击整形等修井技术对套管适度整形,扩径至132 mm以上,使用永久封隔器加遇油膨胀封隔器新型一体化采气管柱作业完井,保证了井筒的完整性和气密封性,同时解决了气井酸压、生产过程中套管防腐问题。该工艺对类似气田套管变形井的修井,为高含硫气田开发工程探索了一条新的技术途径。     

国产SGI-10型高含硫天然气焚烧炉在普光D401 1井试气中的应用

目前,国外的焚烧炉已很好地解决了高含硫气井试气燃烧效率低、H₂S燃烧不充分、有害气体排放超标、试气时间短而难以准确评价气井产能等问题,但设备价格昂贵、供货周期长、维修保养困难。鉴于此,介绍了国内最新研制的SGI-10型焚烧炉的工作原理及主要技术指标,指出该焚烧炉因喷嘴的特殊结构设计和导风器成功研制,使得高含硫天然气与空气产生正反气旋并能充分混合,保证了高含硫天然气的完全燃烧及SO₂排放达标。同时,根据高含硫气井的试气要求对普光D401-1井进行了试气,设计处理量为10×10⁴ m³/d,累积试气燃烧时间8 h,设备运行平稳。经环境监测,各项监测指标达到环保要求,其中部分指标还优于国外同类产品。实践证明,该焚烧炉性能可靠,能满足高含硫气井长时间安全环保试气的要求。     

普光气田高含H2S天然气中硫含量及临界析出压力测定

普光气田高含H₂S天然气中的单质硫含量及临界析出压力是研究硫沉积问题首先要获取的两项关键参数,为此,基于气相色谱定量测定方法（外标标准曲线法）,利用从普光104-1井取得的井下气样、DMDS-DMA高效溶硫剂及气相色谱-质谱联用仪等样品和仪器,首次测定出普光气田高含H₂S天然气中的硫含量为0.78 g/m³（每标准立方米气样中的硫含量）,处于未饱和状态;进一步结合测定的不同压力下气样中硫的饱和含量变化曲线确定出临界析出压力为30.5 MPa;对比气田目前地层压力认为地层中尚未发生硫析出和沉积现象。     

普光高含硫气井环空带压风险诊断与治理

含硫气井的环空带压过高会造成井下油管、套管、封隔器超压或挤毁失效,舍H2S的气体还会造成井口套管及套管头腐蚀,降低气井生产安全系数,增大事故隐患。文中针对油管、套管、封隔器的承压强度,借鉴APIRP90（（海上油气井环空套压管理》,对环空气压来源进行了分析,探索了气井的环空压力许可值理论计算方法,指出套管高压异常井应采取环空卸压和环空保护液灌注等措施,使环空压力和环空保护液的pH值均在受控范围之内,以此指导高含硫气井服役期间的安全管理。该方法已经在普光气田进行了推广应用,对于环空压力异常井的安全管理具有重要意义。     

井下永置式测试技术在普光气田的应用

目前,国内永置式压力、温度监测系统中,井下传感系统主要是采用电子元件、钢丝外铠装,从而导致井口穿越密封效果差、不具有抗腐蚀功能等。为此,结合普光气田高含硫、深井气藏的工况条件,详细阐述了PROMORE永置式测试系统的工作原理及主要技术指标,因其井下采用了ERD传感系统、外钢管电缆铠装、Swagelok扣金属对金属进行密封的技术,消除了井下电子部件受高温、高压环境的影响所带来的故障隐患,具有抗腐蚀及气密封性好等特点。经普光气田现场应用,获取了可靠的试气资料和开发过程中的井下压力、温度数据,通过对生产数据的分析,为进一步落实普光气田的储量提供了准确的基础资料。该装置的成功应用,标志着高含硫、深井气藏井下永置式监测问题可以得到根本性的解决。     

高含硫天然气净化新工艺技术在普光气田的应用

普光气田的天然气具有高含H₂S和含CO^₂及有机硫的特点,天然气净化难度大。为满足高含硫天然气净化的要求,普光天然气净化厂采用了MDEA法脱硫脱碳、TEG法脱水、常规Claus硫磺回收、加氢还原吸收尾气处理的天然气净化工艺路线。同时,在国内首次应用了气相固定床水解脱除羰基硫（COS）、中间胺液冷却、MAG^R液硫脱气等国际先进的天然气净化新工艺和专利技术,通过不断地摸索及优化工艺参数,解决了原料气脱除有机硫、CO₂选择性吸收、液硫深度脱除H₂S等技术难题;还应用了溶剂串级吸收和联合再生工艺、能量回收利用等多项技术,通过优化调整胺液循环量、降低能耗等手段,降低了操作费用。高含硫天然气净化新工艺技术应用于普光气田后,净化装置运行稳定,净化气质量超过设计要求,达到了国家标准一类气的指标。