順北油田三級(jí)脫硫全密閉試油工藝研究及應(yīng)用

劉練　楊坤　孟莉　楊勁松

摘 要：順北油田位于塔里木盆地北部坳陷中西部，埋藏深、地層溫度高，硫化氫含量高。硫化氫在試油期間從井場(chǎng)析出，給現(xiàn)場(chǎng)人員造成極大威脅。為確保安全，研究實(shí)踐了以“三級(jí)脫硫、全密閉試油”為核心的一套工藝。已成功應(yīng)用7井次，井場(chǎng)硫化氫控制在20ppm以下，確保了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全，實(shí)現(xiàn)油氣井連續(xù)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：順北；超深；高含硫；三級(jí)脫硫；全密閉

Abstract：Shun Bei oilfield in the Midwest of tarim basin northern depression are featured by buried deep， high temperature and high hydrogen sulfide. Hydrogen sulfide escaped from wellsite during oil test， which caused great threat to field personnel. In order to ensure safety， studying a set of technology of level 3 hydrogen sulfide removal and all closed oil test. This technology has been used in 7 wells successfully， which controls content of h2s under 20 parts per million in website， ensures safety of field personnel and achieves continuous production of oil and gas wells.

Key words：Shun Bei；ultradeep；high hydrogen sulfide；level 3 hydrogen sulfide removal；fully closed

隨著勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的擴(kuò)展，順北油田獲得重大油氣突破，但是高溫高壓高含硫井的試油問(wèn)題隨之而來(lái)，通過(guò)總結(jié)試油中遇到的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，研究實(shí)踐了以“三級(jí)脫硫、全密閉試油”為核心的安全試油工藝，將井場(chǎng)硫化氫控制在20ppm以下，生產(chǎn)流程處于全封閉狀態(tài)，并在順北油田7口井成功應(yīng)用，消除試油過(guò)程中的安全隱患，實(shí)現(xiàn)油氣井連續(xù)生產(chǎn)。

1 順北油田概況

順北油田位于塔里木盆地北部坳陷中西部，處于阿瓦提斷陷北斜坡、順托果勒隆起西北部與沙雅隆起西南部的傾沒(méi)端。油藏埋深7200-8100m，最高關(guān)井壓力達(dá)44.2MPa，地層壓力系數(shù)1.12-1.19，地層壓力84-87MPa，地層溫度159-171℃，硫化氫濃度10000-24592mg/m3，屬于超深、高溫、高壓、高含硫化氫的三高一超碳酸鹽巖油氣田。

2 試油技術(shù)難題

2.1 周期短、設(shè)備撬裝

順北油田試油周期一般為5-30天，試油期間鉆機(jī)還未搬離井場(chǎng)，因井場(chǎng)空間受限，只能采用撬裝式設(shè)備，試油結(jié)束后進(jìn)入集輸管線正式投產(chǎn)，無(wú)法建設(shè)固定式脫硫裝置，且撬裝式設(shè)備必須滿足運(yùn)輸、安裝方便的要求，因此不能采用重型永久式設(shè)備或者工藝進(jìn)行脫硫。

2.2 初期返排為混漿

順北油田完井測(cè)試期間使用的泥漿比重高（1.2-1.35），固相含量高，漏失量大（21.4-610.78m3），開(kāi)井測(cè)試排液初期，長(zhǎng)時(shí)間處于放噴排污階段，天然氣、硫化氫和混漿（油氣水中夾雜大量的泥漿顆粒和地層巖屑）同出，地面測(cè)試流程多處被刺壞，同時(shí)點(diǎn)火困難，威脅人員安全。

2.3 井場(chǎng)硫化氫析出威脅人身安全

順北1-1H井屬于高壓高含硫化氫油氣井，最大關(guān)井壓力43MPa，單次脫氣氣油比423m3/m3，地層硫化氫濃度高達(dá)24592mg/m3，試油采用傳統(tǒng)的密閉測(cè)試技術(shù)，流程上主要設(shè)計(jì)分離器及密閉罐二級(jí)脫硫方式，雖然能夠確保硫化氫在生產(chǎn)時(shí)不擴(kuò)散，但罐車(chē)與計(jì)量罐的量油口處于暴露狀態(tài)，仍然無(wú)法解決井場(chǎng)硫化氫彌漫的問(wèn)題。

3 三級(jí)脫硫、全密閉試油工藝

常規(guī)一級(jí)脫硫?yàn)榉蛛x器+敞口罐，若原油中滑脫出高含硫化氫天然氣，從罐口向外散逸，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)硫化氫濃度超標(biāo)，井場(chǎng)有毒有害可燃?xì)怏w不可控，對(duì)人員造成生命安全威脅，另一方面使用開(kāi)放式試油流程，夜間作業(yè)更具危險(xiǎn)性，要求現(xiàn)場(chǎng)夜間停止作業(yè)，造成試油試產(chǎn)作業(yè)不連續(xù)，影響返排和油井產(chǎn)量。

二級(jí)脫硫?yàn)榉蛛x器+密閉罐，形成了密閉測(cè)試技術(shù)，若分離器分離油氣效果不佳時(shí)，部分氣體未分離而是隨著流體進(jìn)入密閉罐中，易造成脹罐、憋壓的情況，同時(shí)上一級(jí)分離未徹底的較高濃度的硫化氫在呼吸口等位置極易腐蝕鐵質(zhì)附件進(jìn)而生成硫化亞鐵和少量單質(zhì)硫，積聚到一定程度后硫化亞鐵遇空氣急劇發(fā)熱引燃單質(zhì)硫，可導(dǎo)致出現(xiàn)明火。

針對(duì)順北油田超深、高溫、高壓、高含硫化氫的特點(diǎn)，同時(shí)基于分離級(jí)數(shù)越多，分離所得儲(chǔ)罐原油收率越高，最優(yōu)分離壓力則分離效果越好的理論[1-2]（圖1），地面流程采用分離器+緩沖罐+密閉罐三級(jí)物理脫硫工藝，通過(guò)分離器一次分離出的含硫液體進(jìn)入緩沖罐二次分離，液體中含硫氣體依據(jù)重力分異作用的原理物理脫硫，含硫氣體通過(guò)尾氣管線輸送至放噴口進(jìn)行燃燒，液體經(jīng)過(guò)液路管線進(jìn)入密閉計(jì)量罐系統(tǒng)進(jìn)行三次脫硫，設(shè)計(jì)思路詳見(jiàn)圖2。一是確保了試油期間井場(chǎng)硫化氫濃度低于20ppm，不出現(xiàn)硫化氫濃度超標(biāo)關(guān)井的情況；二是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)量。

3.1 緩沖罐

從分離器來(lái)的原油進(jìn)入緩沖罐時(shí)，應(yīng)緩慢打開(kāi)液出口的球閥，流體穩(wěn)定后，將球閥置于全開(kāi)狀態(tài)。同時(shí)觀察壓力表的示值，調(diào)整氣管線上背壓調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，將壓力控制在1MPa。排油系統(tǒng)設(shè)有兩套排油方式：自動(dòng)控制傳輸和泵傳輸。若使用自動(dòng)控制傳輸油管線排油，則先打開(kāi)液位控制閥前面的球閥，當(dāng)液體到達(dá)一定體積后，液位控制閥自動(dòng)開(kāi)啟排油；若使用泵排管線排油，則打開(kāi)泵前后的球閥，開(kāi)啟泵電路開(kāi)關(guān)，則油從泵排管線排出，兩套排油管線共用一個(gè)出口。

3.2 密閉計(jì)量裝置

傳統(tǒng)的密閉罐無(wú)法實(shí)現(xiàn)密閉計(jì)量，需要作業(yè)人員配戴正壓式空氣呼吸器，一人監(jiān)護(hù)，一人上罐計(jì)量，存在較大的人身安全風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)改進(jìn)，在罐體上設(shè)計(jì)了兩種計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)安全精準(zhǔn)計(jì)量。密閉罐設(shè)計(jì)有液位監(jiān)測(cè)儀，進(jìn)罐前管線上設(shè)計(jì)流量計(jì)，避免傳統(tǒng)敞開(kāi)式計(jì)量方式，同現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的傳至基地。

3.3 打油鶴管及配套設(shè)備

通過(guò)調(diào)研不同罐車(chē)口徑，引進(jìn)了鶴管，設(shè)計(jì)了膠皮楔形蓋，實(shí)現(xiàn)與罐車(chē)密閉，同時(shí)又設(shè)計(jì)了防靜電聲光報(bào)警裝置，三項(xiàng)技術(shù)的完美結(jié)合實(shí)現(xiàn)了密閉裝車(chē)，極大的降低了現(xiàn)場(chǎng)硫化氫濃度，確保作業(yè)人員人身安全。

3.3.1 鶴管及密封系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)裝車(chē)時(shí)的全密閉，研制帶膠皮的楔形蓋密封系統(tǒng)，楔形蓋高200mm，上直徑340mm，下直徑160mm，楔形蓋膠皮厚度5mm，可以實(shí)現(xiàn)與油罐車(chē)罐口的無(wú)縫銜接。

3.3.2 防靜電聲光報(bào)警系統(tǒng)

系統(tǒng)通過(guò)傳感器檢測(cè)液位信號(hào)和靜電接地夾檢測(cè)接地信號(hào)，當(dāng)液位超過(guò)報(bào)警位置或接地回路電阻超過(guò)規(guī)定電阻值時(shí)，系統(tǒng)輸出聲光報(bào)警信號(hào)供現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，同時(shí)輸出繼電器開(kāi)關(guān)信號(hào)供付油系統(tǒng)控制。

3.3.3 打油操作平臺(tái)

該平臺(tái)上固定有鶴管及密封系統(tǒng)，防靜電聲光報(bào)警系統(tǒng)固定在鶴罐立柱上，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)全密閉生產(chǎn)。

3.4 設(shè)計(jì)伴燒系統(tǒng)

傳統(tǒng)伴燒系統(tǒng)火炬口采用液化氣或者柴油長(zhǎng)明伴燒，成本高、風(fēng)險(xiǎn)大；改進(jìn)伴燒系統(tǒng)采用分離器分離過(guò)后天然氣做長(zhǎng)明火，循環(huán)利用、安全可靠。另外，分別對(duì)分離器氣管線、緩沖罐氣管線、密閉罐氣管線等進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)布局。

4 應(yīng)用情況

高壓高含硫油氣井試油期間的防硫化氫工藝已成功在順北油田7口井推廣應(yīng)用，流程見(jiàn)圖7，正常試油期間井場(chǎng)硫化氫濃度低于20ppm，未出現(xiàn)硫化氫濃度超標(biāo)關(guān)井的情況，三級(jí)物理脫硫效果明顯。

以SHB XX井為例，分別在分離器處取樣、取樣口0.5m處測(cè)量硫化氫濃度、罐車(chē)0.5m處測(cè)量硫化氫濃度，結(jié)果見(jiàn)表1。

綜上所述，經(jīng)分離器、緩沖罐、密閉罐三級(jí)脫硫效果明顯。

5 結(jié)論及建議

通過(guò)在順北區(qū)塊試油的實(shí)踐中，不斷創(chuàng)新與探索工藝、技術(shù)，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)緩沖罐、密閉罐、鶴管及伴燒系統(tǒng)的研制與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了三級(jí)脫硫、精準(zhǔn)計(jì)量、試油流程全密閉的流程化試油防硫化氫工藝，該套技術(shù)在順北7口井的成功應(yīng)用，表明了其能夠滿足此類(lèi)高含硫化氫井的試油作業(yè)，對(duì)類(lèi)似井的試油具有一定的借鑒意義。

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作者簡(jiǎn)介：

劉練（1982- ）男，高級(jí)工程師，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為西南石油大學(xué)在讀碩士研究生，主要從事完井測(cè)試工作。