川东地区高含硫气田安全高效开发技术瓶颈与措施效果分析

高含硫气井由于天然气中H2S、CO2等腐蚀性介质含量和水合物形成温度较高,开发生产过程中在井下及地面易析出单质硫,形成水合物堵塞。严重腐蚀和堵塞设备管道,不仅影响气井正常生产,还影响企业经济效益和社会效益。通过腐蚀和堵塞对高含硫气井安全高效生产的影响,以及采取防腐解堵和实施效果的分析,提出了确保川东高含硫气井长期安全平稳生产的方法和措施。     

高含硫气井存在的问题及对策探讨

由于高含硫天然气H2S、CO2等腐蚀性介质含量较高,水合物形成温度也较高,而且,高含硫气井在生产过程中,井下及地面设备管道内易沉积单质硫等,严重腐蚀和堵塞生产设施,危急周边环境安全,从而影响高含硫气井生产、作业和企业的经济效益。因此,需要对高含硫气井进行分析,找出主要腐蚀和堵塞因素,提出有效的防治措施。本文针对重庆气矿高含硫气井生产环境、腐蚀状况和堵塞现象,在分析腐蚀、堵塞影响因素的基础上,结合室内研究,提出防腐、防堵措施以及生产管理要求。     

普光高含硫气井生产管柱合理管径优选

普光气田高含硫气井在生产过程中会出现硫沉积、冲蚀、积液和形成水合物等问题,如果生产管柱管径合理可以延缓或避免出现这些问题。为此,针对普光气田高含硫气井的生产特点,以现有生产管柱优选方法为基础,通过分析高含硫气井临界携硫颗粒流量、临界携液流量、冲蚀流量和井口水合物生成条件,确定不同尺寸油管的合适产气量范围,再结合气井配产和井筒压力损失,优选出高含硫气井生产管柱的合理管径。利用该方法,对普光气田的高含硫气井P井进行了计算分析,结果表明,在当前生产管柱管径下,P井产气量大于冲蚀流量,井筒会发生冲蚀,为保护生产管柱,延长修井周期,将该井的产气量调整到当前生产管柱管径的合适产气量范围内,调整后该井生产稳定。采用该方法不但可以优选生产管柱管径,而且可以在现有生产管柱情况下,将产气量调整到当前生产管柱的合适产气量范围内。      

井下节流防治气井水合物技术研究与应用

通过对中浅层气田水合物生成机理及产生规律的研究与实验,得出了气井水合物生成的温度、压力界限;利用气井水合物生成规律得出了水合物在井筒中生成的界限.研究设计了井下节流防治气井水合物工艺,并通过井下油嘴节流、降低井筒内天然气压力及破坏水合物的生成条件达到防止水合物生成的目的.在研究过程中,推导出气嘴的最小下入深度、最佳嘴径关系式并用于井下节流工艺参数的计算、优化,现场应用效果较好.     

气井水合物防治技术研究与应用

针对气井因产生水合物关井给气井生产管理带来一定难度的问题,对气田水合物的生成机理及产生规律进行了研究：通过室内实验,研究了气井水化物生成的温度、压力界限和破坏水合物生成条件。设计了井下节流器,将地面气嘴移到井下产层上部油管内,通过井下油嘴节流、降温后的天然气仍可吸收地层温度,降低井筒内天然气压力,提高采出天然气的井口温度,破坏水合物的生成条件,达到防止水合物生成的目的。     

含硫气藏天然气水合物生成预测及防治

在川东北含硫气藏的勘探开发过程中,天然气水合物冰堵一直是影响开发进程的一个问题。其预测与防治是急需解决的难题,而目前在国内关于这方面的研究却很少,仅有的方法也只是针对一般气井,而对于含硫气井的预测结果偏差就很大。通过现场实践研究,采用分子热力学模型法进行计算,分析得到了压力、组分等对天然气水合物温度的影响,尤其是硫化氢的存在对天然气水合物形成的影响,为含硫气藏天然气水合物的防治提供了依据,并在天然气水合物形成温度预测的基础上,结合河坝1井的实际情况进行了水套炉型号的优选。实践证明：利用该方法预测的天然气水合物生成温度和预防方法是准确、可靠的。     

高含硫气井集输系统天然气水合物的防治——以川东地区高含硫气井为例

高含硫气井因H2S含量较高,其天然气水合物形成温度较高,井筒及地面集输系统在冬季生产过程中极易形成天然气水合物,严重影响安全生产。为此,分析了高含硫气井集输系统发生天然气水合物堵塞的原因,在现有集输系统适应性分析的基础上,结合天然气水合物形成的边界条件,提出了高含硫气井集输系统天然气水合物的防治措施:井筒加注防冻剂或解堵剂;清洗井底脏物和天然气水合物;站场设备采用水套炉和电伴热加热,应用聚氨酯硬质泡沫塑料保温材料进行绝热保温;集输管线加注天然气水合物抑制剂;进行集输系统适应性改造;合理控制计量温度;制订合理的清管周期。     

高含硫气井生产状况分析及应对措施探讨

由于高含硫天然气具有H2S和CO2等腐蚀性介质含量较高、水合物形成温度较高、而且在井下及地面析出单质硫等特性,使其对设备管道造成严重堵塞和腐蚀,对生产、作业和经济效益影响较大.针对重庆气矿高含硫气井生产情况及技术管理进行分析,找出存在的问题,结合室内研究,提出了应对措施和管理要求,以供决策参考.     

准噶尔盆地气井天然气水合物生成实验研究与分析

针对准噶尔盆地气井高压易形成水合物冰堵的情况,应用实际矿场的气样进行水合物生成室内实验研究与分析。实验分析结果表明,气样中甲烷含量与氮气含量之和可作为判断天然气生成水合物难易程度的标准;气样中杂质对水合物生成有一定促进作用,实验搅拌速度越快水合物生成时间越短,反映到气井中则是杂质颗粒越多越容易生成水合物,气井产量越大且开关井频繁越容易生成水合物。研究结果可为指导气井水合物预测与预防提供依据。     

塔里木油田高压气井井下节流防治水合物技术

塔里木油田高压气井开采过程中水合物堵塞问题严重,影响了气井的正常生产,因而研究应用了合理的井下节流防治水合物技术。利用水合物生成预测模型与气井井筒压力温度预测模型,对高压气井的水合物生成温度和生成位置进行了预测;采用节点系统分析方法,以节流器为节点预测气井井下节流后的温度压力分布,对比节流前后的井筒压力和温度分布,分析高压气井井下节流防治水合物效果。根据高压气井LN422井的水合物相态曲线和井筒内温度压力场,认为水合物形成风险区为500 m以浅井段。应用井下节流技术后,LN422井的井口压力由29.2 MPa降至12.0 MPa,井口温度由21.0 ℃升至23.7 ℃,且井筒中各处的温度均高于该处的水合物生成临界温度。研究结果表明,井下节流技术可显著降低高压气井的井筒压力和水合物生成风险,延长生产免修期。      

深水高温钻井液体系研究

深水高温高压井作业面临气体水合物、高温、井漏等诸多问题,严重影响深水油气资源开发作业安全。为此室内构建和评价了一套深水高温高压钻井液体系,通过引入抗高温抗盐聚合物改善保障高温性能,通过引入纳微米封堵材料提高井壁封堵稳定性,通过使用水合物抑制剂来预防水合物的生成。该体系经评价抗高温达200℃、封堵承压性能好、模拟地层条件下无水合物生成,为海上深水高温高压井作业提供了钻井液技术支持。     

高含硫天然气水合物生长特性实验研究

目的解决高含硫气田开发过程中在井筒和管道中形成的天然气水合物造成冰堵的问题。 方法在恒温、恒容条件下,采用耐高压哈氏合金釜研究了高含硫天然气水合物宏观生长速率及气田水矿物离子对其的影响情况,同时,采用直接观察法从俯视角度研究了压力、气田水矿物离子及溶液形态对气液界面高含硫天然气水合物生长过程形貌特征、生长特性及延展规律的影响。 结果气田水中矿物离子的存在可降低水合物的生长速率,同时改变水合物形貌。在气液界面,水合物从成核点以二维拓展模式向四周生长。升高压力对水合物形貌影响较小,但会提高水合物的生长速率。 结论分析认为,矿物离子主要是通过离子化作用来降低水的活性,从而影响水合物的生长过程。研究结果对水合物安全防治和高含硫气田的顺利开发具有理论指导意义。      

普光高含硫气田开发动态监测技术

为了解决普光超深高含硫气田动态监测技术系列和相关标准规范缺乏的难题,基于对国内外高含硫气田的调研,通过设备研制、室内实验、理论研究和现场试验形成了超深高含硫气井产气剖面测井、井下取样及流体相态特征分析、水侵动态预测及产水层位识别、气井产能测试及评价、开发监测安全控制等5项动态监测关键技术,并制订了相关规范标准,进而在该气田进行了应用验证。结果表明:(1)所研制的高抗硫产气剖面测井仪器耐温175℃、耐压105 MPa,产气剖面测井43井次,成功率达100%;(2)所研制的高抗硫井下保压取样器耐温150℃、耐压70 MPa,井下保压取样7井次,成功率达100%;(3)地层压力下降至29.5 MPa时地层中有单质硫析出,气井产气量高于20×10~4m~3/d时井筒中不会产生硫沉积;(4)应用产水层位识别技术和水侵动态预测模型可准确识别产水层位和预测气井出水时间,通过优化、调整气井工作制度以控制水侵速度,延长气井的无水采气期;(5)应用"井下永置式压力计+绳缆输送+井口变流量"测试技术和压力计算模型、试井解释模型实现了气井产能测试全覆盖,气井产能评价结果准确;(6)所设计的绳缆式超高压气密封多级防泄漏控制系统动态气密封压力达50 MPa,研发的防喷装置余气处置工艺实现了143井次测试作业"零泄漏、零污染"。结论认为,上述动态监测技术系列为普光气田科学制订增产增储措施、确保长期稳产发挥了重要作用。     

高温高压高含硫气井固井水泥环封隔能力评价技术

随着中海油海上及海外复杂油气田大力开发,高温高压高含硫井开采数量不断增多,固井水泥环封隔性能失效引起的环空带压或酸性气体泄漏问题,已经成为制约高温高压高含硫气田安全作业和生产的瓶颈。从分析固井水泥环封隔能力影响因素、失效机理等方面出发,总结了高温高压高含硫固井水泥环封隔能力失效的主要原因,分析认为在高温高压高含硫条件下水泥石力学性能和结构变化是影响水泥环封隔能力的重要因素之一;结合高温高压高含硫井特点,设计了固井水泥环封隔能力评价思路,建立了固井水泥环层间封隔能力评价方法,提出了改善水泥环长期封隔能力的技术措施,为提高高温高压高含硫固井水泥环密封完整特性和延长油气井生产寿命,提供了新的工程技术发展方向与解决途径。     

GWY194-70BB型保温保压取心工具的研制和应用

GW194-70BB型保温保压取心工具是为寻找和提升天然气水合物实物样品钻取率而研制的特殊取心工具。该工具通过内筒独立密封机构、复合真空隔热保温内筒、氮气压力补偿系统、电子多点随钻测量总成实现了岩心样品的温度保持、压力保持和海量的数据测量,解决了常规工具无法保持岩心压力和温度造成的天然气水合物实物挥发、测量数据不全等难题。在常规井实验中取得了保压成功率93%、保温率80%、温度变化率2~2.5℃/h的良好效果,现场试验表明,该工具在温度保持、压力保持方面可以完全满足天然气水合物样品的钻探与取样要求,对获取天然气水合物样品、提升天然气水合物勘探开发效果具有重要意义。     

利用井下节流技术防止水合物形成

井下节流技术是将节流嘴置于油管某一适当位置,使井筒压力降低,改变水合物形成条件,防止井筒水合物堵塞,同时可有效降低井口装置的压力,使井口装置更加安全可靠,使用寿命延长。为准确预测井下节流后气井井筒温度、压力分布．判断水合物形成条件,将井筒节流温压分布模型与水合物预测模型相结合,建立了气井井下节流水合物预测模型。结合油田实例．预测了气井节流后温度、压力沿井筒的分布,计算了节流后温度、压力条件下井筒内水合物的形成温度,为气井井筒水合物的防治提供了重要依据。,在气井中,利用井下节流技术能够有效地防止水合物的形成,研究成果已用于指导双家坝气田采气工程设计。     

Research on hydrate formation and prevention during deepwater gas wells cleanup stage

Abstract

Wellbore cleanup is an important part of deepwater gas wells completion testing and also a critical stage for hydrate formation. For evaluating hydrate risk and proposing specific hydrate prevention-control measures, based on multiphase flow theory, combined hydrates formation-deposition characteristics, the flow risks under different discharge stages are evaluated. It is concluded that hydrate formation in annular flow pattern needs to be focused on importantly. Meanwhile, the research results were verified with the cases of deepwater gas wells in the South China Sea. Finally, the hydrate risk period and critical discharging institution were determined for deepwater gas wells. Optimizing the inhibitor injection time and the amount of the inhibitor injection, combining the discharge pressure differences reasonably can play an economical and effective role in preventing and controlling hydrate risk during deepwater gas well cleanup stage.     

深水气井测试求产阶段管柱内天然气水合物防治方法

深水气井测试求产过程中,预防与控制天然气水合物(以下简称水合物)堵塞对于保障测试安全至关重要。为此,通过分析不同测试条件下的井筒温压场分布,应用水合物生成—沉积及分解计算方法,评价了不同测试制度下全测试过程中管柱内水合物的沉积与堵塞程度的变化;在此基础上,提出了基于水合物防治的深水气井测试求产方法。研究结果表明:(1)深水气井测试过程中井筒内常形成水合物堵塞风险最大的环雾状流型,测试过程中采取防止水合物堵塞措施比防止水合物生成更加合理;(2)常规四点测试方法要求设置流温较低的低产气量测点,但高压、低温的井筒环境容易导致水合物生成、沉积,测试持续时间过长会增加测试管柱的堵塞风险;(3)所提出的适合于深水气井测试的混序测试制度在不改变测试产气量与时长的前提下,通过调整测点顺序形成的井筒温度变化使水合物沉积层分解,降低了测试过程中测试管柱的最大堵塞程度;(4)对于无出砂、无应力敏感、无反凝析且不产水的深水气井推荐使用三点或二点测试法,相对于四点测试法,前者能有效降低测试管柱内的水合物沉积、堵塞风险,同时又能在保证产能方程准确性的前提下缩短测试时间、降低测试成本。结论认为,该研究成果可以为深水气井的现场测试施工提供帮助。