川东高含硫天然气井采气作业安全评价系统研究

四川盆地含硫天然气产量占总产量的80％。而我国已发现的、开发的气藏主要分布在四川盆地,该盆地的2／3气田含硫化氢。针对川东高含硫气井开采作业过程中存在的不可抗拒风险因素及其潜在的事故特征进行系统性研究,运用合理的评价方法,建立一套风险评价系统,进行科学、准确的安全风险评价,有针对性地监控和规避事故发生的可能性,是当前高含硫气井开采过程中的高风险作业环节急需解决的主要难题,也是我国石油企业HSE体系走向信息化、动态化的一种新的探索。为控制高含硫气田开发风险和降低事故成本,开展对高含硫天然气作业安全风险评价体系的研究具有重要的现实意义和应用价值。运用事故树分析法确定高含硫天然气开采作业过程中主要的安全风险因素。运用模糊层次分析法,构建了高含硫气井开采作业风险因素层次结构体系,建立了高含硫气井开采作业安全风险评价系统模型。运用所开发的高含硫气井开采作业安全评价软件对川东某高含硫气井采气作业系统进行了风险评价,验证了风险评价体系的可靠性。该评价系统的建立可以为今后川东高含硫气井开采作业过程的HSE体系提供一种科学、便捷的信息化与动态化的安全评价与管理模式。     

含硫天然气开发安全防控技术与管理措施

含硫天然气具有毒性大、腐蚀性强的特点,而中国含硫天然气气田主要分布在人口密集的川渝地区,开发利用这种天然气具有较大的安全风险。为此,开展了针对性的分析研究并形成了含硫天然气泄漏扩散中毒定量风险评价几何建模技术,通过环境风洞实验验证,事故后果模拟精度可提高50%;基于荷兰风险评价导则,自主研发了含硫天然气泄漏扩散中毒定量风险评价软件V1.0(QRA-AYY),首次把三维扩散模拟后果应用于定量风险计算。集成应用国外设备管线的失效数据库,结合企业事故数据库进行修正,建立了川渝地区高含硫天然气开发井喷、集输管道等地面设施事故概率确定方法。通过统计分析历年来我国人员意外死亡事故数据和采掘业亡人事故数据,首次提出我国石油天然气行业风险可接受基准值。最后提出了采用管道内腐蚀预测、缺陷评估与剩余寿命预测、材料适用性评价、场站完整性评价、HSE监督与教育培训等技术手段来保障含硫天然气的安全开发的具体管理措施。     

川渝地区高含硫气田开发的HSE保障体系建设探讨

高含硫气田的大规模开发在国内尚处于起步阶段,为了有效降低开发过程中的安全风险,建立相应的HSE保障体系很有必要。针对川渝地区高含硫化氢气田特点,结合中国石油西南油气田公司LG气田HSE示范工程建设成果、中国石油与美国雪佛龙石油公司在川东北高含硫化氢气田合作开发经验以及中国石化普光气田开发实践,系统分析了高含硫化氢气田开发HSE标准体系建设需求,提出了从定量风险评价、安全防护距离确定、应急处置程序、环保管理、职业健康管理等方面完善HSE标准体系的建议;另外,根据定量风险评价、三维扩散事故后果模拟技术制订安全规划,设置安全距离与应急计划区,从应急机构与装备、应急预案与企地联合应急演练等方面,提出了应急保障体系建设要求。该研究成果对高含硫气田安全、清洁、高效开发具有借鉴意义。     

含硫气井井喷事故受体致死概率分析

采用计算流体力学的方法,在基于并行计算的高性能集群系统平台上采用计算流体力学软件Fluent对川渝地区某含硫气井井喷事故状态下硫化氢气体的扩散动力学演化过程及影响范围进行数值模拟研究,并通过差分和积分计算获取了硫化氢毒性负荷的分布场,进而分析了气井周边区域的受体致死概率.结果表明,含硫气井所处的地形条件对硫化氢浓度场及受体致死概率计算结果影响很大:所选计算井其东、西、北三面地形平坦,以浅丘为主,南侧背靠海拔1 230 m的山峰,受井口南侧山峰的影响,北风下井口附近区域毒性负荷及受体致死概率最高,次高峰值处距井口约1 000 m,因此在对气井进行事故后果模拟及定量风险分析时必须充分考虑地形的影响.本方法可用于含硫气井的定量风险评价及安全规划的制定.     

复杂地形条件下含硫天然气开发定量风险评价技术

含硫天然气开发风险主要来自于井喷或地面设施失效时硫化氢泄漏扩散引起的中毒。为了开展复杂地形条件下含硫天然气开发定量风险评价,在含硫天然气泄漏扩散模拟中引入计算流体力学,运用复杂地形数字高程模型和网格划分技术,模拟事故状态下硫化氢的时空分布,并基于定量风险评价基本原理集成了复杂地形条件下的定量风险评价技术。以位于复杂地形下的某含硫气田发生天然气井喷泄漏事故为例,运用“含硫天然气泄漏扩散中毒定量风险评价软件”进行了个人风险值和社会风险值的计算。结果表明,基于数值模拟的定量风险评价技术较常用的拉格朗日烟团模型计算出的风险等值线,更能够客观真实地反映复杂地形条件下的风险水平分布。     

高含硫气田开发安全防护距离探讨

在高含硫气田作业场所设置安全防护距离,可以在发生井喷、含硫天然气泄漏事故时减少火灾、爆炸、H2S中毒等造成的人员伤亡,是控制和降低安全风险的有效手段之一。为此,分析了国内外相关安全标准对含硫气田安全防护距离的要求,并以四川盆地某高含硫气田为例,应用国内外相关标准或方法计算井场、集气管道及净化厂的安全防护距离,开展对比分析。结果表明,依据不同的方法确定的安全防护距离偏差较大,因此建议采用定量风险评价的方法作为确定搬迁距离的依据,采用EUB推荐的查图法及公式快速确定或依据计算的150 mg/m~3 H_2S包络线范围确定应急撤离距离。针对高含硫气田开发,建议采用以下措施降低风险:(1)设置紧急截断系统,减少含硫天然气潜在泄漏量;(2)提升装置本质安全,减少事故发生概率;(3)提高应急保障水平,减轻事故影响。     

高温高压高含硫气井生产运行期井筒完整性管理

高温、高压、高含硫气井井筒完整性管理是一个国际性难题。随着四川盆地安岳气田高石梯区块下寒武统龙王庙组、上震旦统灯影组等高温、高压、高含硫气藏的开发,气井生产运行期间陆续出现套管环空异常带压、井口装置泄漏、封隔器密封失效等异常情况,给气井的安全生产带来风险。如何有效削减或消除风险,保障气井本质安全,避免对人体健康、环境污染和企业形象等方面造成伤害,成为生产中急需解决的问题。在调研国内外油气井井筒完整性管理的发展现状和管理经验的基础上,分析高温、高压、高含硫气井井筒完整性管理需求,指出气井生产运行期井筒完整性管理应基于风险评价、风险检测、完整性评价及整改等关键技术环节,通过对比分析目前生产现场气井管理与井筒完整性管理标准的差异,结合安岳气田高石梯区块高温、高压、高含硫气井井筒完整性管理现状,分析了井筒完整性管理中存在的问题,提出了下一步完善措施,指导高石梯区块气井生产运行期的井筒完整性管理,为类似气井生产运行期的完整性管理提供了参考。     

油气田硫酸盐还原菌控制技术应用探讨

随着国内高含硫气田的相继开发,这些气田的安全评价工作越来越得到国家和行业部门的重视,对于政府和公众所关心的安全距离问题,现有的安全评价技术只能从标准、规范的要求来进行评价,不能结合工程的特点和实际情况,科学、合理地提出相应的措施。故针对高含硫气田开发的特点,提出了基于定量风险评价技术的安全评价程序和方法,并就该方法的运用进行了探讨。     

高含硫天然气开发公众安全防护距离标准的分析及建议

我国高含硫天然气开发已经形成规模并进入持续发展阶段,其公众安全防护问题一直受到企业、政府和社会的高度关注。为此,针对我国高含硫天然气开发中所面临的集输管道、站场和净化厂公众安全防护距离难以确定的问题,分析了我国高含硫气田开发所依据的标准和规范的现状,并提出了相关的建议。研究结果认为:(1)现有标准只规定了硫化氢平均含量为13%~15%的特定工况下的安全防护距离,存在规定范围的不连续性和实际操作的不确定性等问题,在含硫化氢气田和高含硫气田开发方面都需要补充相应的标准和规定条款;(2)涉及公众安全方面标准的制订应以安全行业标准为主,并与国家标准和石油天然气行业标准相互配合;(3)对于高含硫气田的采输管道,目前应以本质安全为基础,辅以降低强度设计系数、提高设计施工要求等措施;(4)现有的模拟计算方法得到的结果只能用于制订应急计划的参考,不能作为搬迁原住户的实际依据;(5)由于管道事故的危害后果往往大于公众安全防护距离所设定的范围,因此必须引入风险管理的理念,制订事故分析报告技术要求和程序格式方面的标准规范;(6)建议高含硫气田开发参考国外先进管理模式,在高含硫气田集中的地区完善政府属地管理。     

天然气长输管道的定量风险评价方法

定量风险评价是天然气管道安全管理的有效方法,通过风险评价,可以将管道事故可能造成的灾害风险降低到可接受标准以下。在对天然气长输管线风险分析的基础上,指出造成事故灾害性后果的主要方式是热辐射和冲击波。对天然气管道事故率、事故后果进行了分析,得出了热辐射引起的人员死亡概率的计算方法。天然气管道的风险可以用个人风险和社会风险进行定量评价,介绍了定量计算个人风险和社会风险的方法,并结合实例进行了计算和分析。     

基于H2S毒性负荷的山区含硫气井应急计划区的划分方法

研究山区含硫气井应急计划区划分方法,为制订其安全生产标准提供科学依据。选择典型山区地形的3口含硫气井,采用大涡模拟方法,模拟了不同H₂S释放速率、不同风速和风向、不同井喷点火时间的组合条件下H₂S在大气中的扩散浓度场。用积分方法计算了各井H₂S毒性负荷的时空分布,研究了H₂S毒性负荷与H₂S释放速率之间的关系,建立了以H₂S释放速率为指标的山区含硫气井应急计划区的划分方法。结果表明,本次分析所用的591口H₂S释放速率大于零的川渝地区含硫气井中,16.75%的含硫气井应急计划区半径大于公众安全防护距离。对于中国主要含硫气井集中分布在人口密集的川渝地区的实际情况而言,该方法是比较适用且可行的。     

普光气田高含硫化氢气井开发测井工艺优选与应用

四川盆地普光气田高含硫化氢气井的井下工况非常恶劣,井口安全控制风险极大,对开发测井设备的材质、井口控压装置的防喷能力和井口动态密封系统的密封性等方面要求非常苛刻,而国内缺乏高含硫化氢气井成熟的开发测井工艺和施工经验。普光气田投产后,为了安全有效地组织开发测井,取全取准气井动态资料,开展了高含硫化氢气井开发测井先导性试验,优选电缆输送直读测试工艺,并制订了细致可行的施工方案和有针对性的安全应急预案。P302井成功进行了开发测井施工,其井下测试资料全准率达100%,顺利完成了我国第一口超深、高压、高含硫化氢气井的开发测井施工,实现了国内高含硫化氢气井开发测井的突破,为类似气井安全有效地开展开发测井积累了经验。     

元坝气田超深酸性气藏石油工程技术实践与展望

位于四川盆地的元坝气田是我国目前已开发的埋藏最深的大型海相碳酸盐岩酸性气田,其上二叠统长兴组生物礁气藏具有超深、高含硫化氢、中低孔渗、储层厚度较薄等特征,气藏经济评价结果认为只有水平井才能降低总体开发投资进而有效开发该气藏。目前,全球开发该类超深高酸性气藏的石油工程技术实践较少,面临着超深水平井安全优快钻完井、测录井、井下作业、安全环保等一系列石油工程技术难题。为此,中石化西南石油工程有限公司以工程地质一体化为手段,基于成功开发普光气田的经验,通过针对性技术攻关和7年潜心实践,形成了超深高酸性气藏水平井钻井提速提效关键技术、超深水平井测录井关键技术、超深高酸性气藏井下作业核心技术和超深高酸性气藏安全环保技术等18项核心技术成果,在元坝气田一、二期产能建设中应用近40口井,全部建成商业气井,实现了34×108 m3净化气产能建设目标。所形成的超深酸性气藏石油工程系列技术对于国内外类似气藏的勘探开发具有借鉴作用。     

普光气田大湾区块高含硫水平井完井管柱优化设计

为实现高含硫气藏“少井高产、安全高效”的开发目的,对四川盆地普光气田大湾区块碳酸盐岩储层采用了以水平井为主的开发模式。根据大湾区块气藏及流体特点,综合考虑国内外高含硫水平井完井工艺技术现状,选择一次管柱多级卡封,逐级投球打开各层滑套改造储层作为本区块水平井完井工艺,进而开展了管柱参数和结构设计,优化设计出高含硫水平井完井管柱：套管完井分段酸压管柱、裸眼完井分段酸压管柱、套管监测水平井分段完井管柱。该管柱通过8口井现场应用,首次实现了国内高含硫水平井分段储层改造,增产效果明显,为气田的安全高效开发提供了有力的技术支撑,也为类似气田的开发提供了借鉴。     

四川气田腐蚀特征及防腐措施

四川气田的开发一直伴随着腐蚀与防护的问题，气田开采过程中存在多种腐蚀环境，70％以上的气井是含硫气井，如川中磨溪气田的H2S—CO2-Cl^-和细菌腐蚀环境、311东大天池气田高CO2低H2S腐蚀环境、川西北中坝雷三气田含油高H2S气田和须二高CO2腐蚀环境、川东北高H2S及高CO2和元素硫的腐蚀环境等。面对复杂的腐蚀环境，四川气田在开发过程中不断总结经验，逐渐形成了一系列有效的防腐措施，包括材质与防腐工艺技术选择、缓蚀剂防腐技术、腐蚀监测技术等，保证了气田的顺利开采。面对川东北高含硫天然气更加恶劣的腐蚀环境，建立了高含硫腐蚀评价实验室和天东5—1井现场腐蚀综合试验装置，为深入开展高含硫条件下的腐蚀防护技术研究奠定了基础。目前在H2S、CO2和元素硫存在条件下的腐蚀机理和防腐措施，对腐蚀的影响及耐蚀合金钢应用等方面需要进一步研究。     

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。