高含硫氣田采氣集輸技術(shù)體系的構(gòu)建與實(shí)施

方玉環(huán)

中國石化中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心 （河南 濮陽 457001）

中國石化中原油田分公司普光氣田（以下簡稱“普光氣田”）是國內(nèi)首次開發(fā)的高含硫化氫氣田，具有“三高一深”特點(diǎn)，與常規(guī)氣田開發(fā)相比，普光氣田對采氣、集輸工藝技術(shù)及安全生產(chǎn)等方面要求更高。開發(fā)初期，有關(guān)高含硫氣田天然氣開采、集輸方面的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)較少，可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)也不健全，國內(nèi)沒有可借鑒的經(jīng)驗。新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用和高含硫、高危險性的生產(chǎn)過程使得普光氣田對采氣和集輸工藝的標(biāo)準(zhǔn)化管理、操作提出了更高要求，急需研究制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

1　采氣集輸現(xiàn)狀分析

1.1　標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國對超深高酸性氣田的勘探開發(fā)工作起步晚，在采氣和集輸方面可借鑒的經(jīng)驗少，生產(chǎn)過程中可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)也不健全，標(biāo)準(zhǔn)化工作明顯滯后于國外。投產(chǎn)初期和開發(fā)生產(chǎn)過程中普光氣田主要采用了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括：3項硫化氫環(huán)境油氣開采材料國家標(biāo)準(zhǔn)和4項含硫化氫天然氣井安全生產(chǎn)國家標(biāo)準(zhǔn)；7項硫化氫技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和3項氣井相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；51項川東北中石化一級企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如SY/T 6610—2005《含硫化氫油氣井井下作業(yè)推薦做法》、SY/T 6277—2005《含硫油氣井硫化氫監(jiān)測及人身安全防護(hù)規(guī)定》、SY/T 5087—2005《含硫化氫油氣井安全推薦作法》等。這些標(biāo)準(zhǔn)對采氣工藝技術(shù)做出了較明確的規(guī)定，基本適用于指導(dǎo)普光氣田高含硫化氫氣井試氣投產(chǎn)作業(yè)工藝設(shè)計編制，但在現(xiàn)場具體操作時，指導(dǎo)性較差，沒有針對高含硫化氫（采氣、采輸方面）的技術(shù)規(guī)范。

1.2　技術(shù)現(xiàn)狀

1.2.1采氣方面

1）高含硫氣井易發(fā)生腐蝕和堵塞。隨著開發(fā)時間的延長，井筒硫析出、結(jié)垢、堵塞等現(xiàn)象日益嚴(yán)重，特別是生產(chǎn)井段結(jié)垢堵塞，不僅影響氣井產(chǎn)能、影響氣藏可采儲量的動用，而且給氣井生產(chǎn)測試帶來困難，導(dǎo)致測井儀器遇阻遇卡，甚至發(fā)生落井事故。

2）由于H2S和CO2含量較高，給氣田的安全開發(fā)和生產(chǎn)帶來較大的難題。同時，生產(chǎn)過程中應(yīng)用了大量的新工藝、新技術(shù)，沒有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范作為支撐，致使施工質(zhì)量難以保證，給高含硫氣井生產(chǎn)和作業(yè)帶來安全生產(chǎn)隱患。

1.2.2集輸方面

高含硫酸性氣田采出水以天然氣凝析水為主，產(chǎn)生的氣田水是從高壓高含H2S的天然氣中分離出來的，溶解有飽和有毒氣體H2S，污染物超標(biāo)嚴(yán)重，產(chǎn)水量隨著氣田開采時間的延長而增加，氣田水處理難度大。

氣田復(fù)雜的地表條件以及高含硫特性，使集輸方面面臨新的難題，氣田集輸管道運(yùn)行、腐蝕監(jiān)測、天然氣取樣等方面需要進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范?，F(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不能滿足現(xiàn)場需求，如SY/T 0612—2014《高含硫化氫氣田地面集輸系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[1]，側(cè)重于高含硫化氫氣田集輸工藝，對于普光氣田集輸系統(tǒng)選擇全濕氣集輸方式，節(jié)流閥件控制參數(shù)、新型管材的腐蝕余量、腐蝕控制，以及含硫污水回注、集輸系統(tǒng)控制等內(nèi)容涉及很少。

同時，氣田高壓、高含硫的特點(diǎn)對安全生產(chǎn)提出了更高的要求。

2　采氣集輸技術(shù)體系的構(gòu)建

2.1　構(gòu)建思路

通過梳理高含硫氣田采氣、集輸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對氣田采氣、集輸技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)合生產(chǎn)管理實(shí)踐經(jīng)驗，將氣田高含硫技術(shù)特色、科技成果及管理經(jīng)驗，固化或轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)，形成一套適合高含硫氣田采氣、集輸?shù)募夹g(shù)規(guī)范，在生產(chǎn)過程中加以運(yùn)用和實(shí)施，滿足高含硫氣田安全、高效開發(fā)的需要。

2.2　采氣集輸技術(shù)研究

2.2.1采氣作業(yè)技術(shù)研究

2.2.1.1新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用研究

在總結(jié)新工藝、新技術(shù)施工實(shí)踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對工藝施工的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行研究，研究適用于氣田的施工流程，優(yōu)化施工參數(shù)，確保安全、高效施工，提高施工效率及工作質(zhì)量。

1）針對普光氣田高含硫、井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、井型多樣、多層合采等特點(diǎn)，對國內(nèi)外類似氣田監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，對測試工藝進(jìn)行優(yōu)選。采用井下電纜實(shí)時監(jiān)測工藝技術(shù)，成功測井41井次，獲得了海相高含硫化氫氣井地層參數(shù)、氣井產(chǎn)能變化規(guī)律和措施效果評價等資料，為氣井產(chǎn)層倒吸、井筒堵塞等異常現(xiàn)象提供了控制合理生產(chǎn)壓差、連續(xù)油管解堵作業(yè)提供了依據(jù)。

2）針對連續(xù)油管沖洗作業(yè)存在的問題，開展沖洗施工技術(shù)研究，規(guī)范沖洗程序，優(yōu)化施工參數(shù)：一是管材質(zhì)量達(dá)不到作業(yè)要求，導(dǎo)致連續(xù)油管抗腐蝕應(yīng)力差，造成管體斷裂；二是施工操作不規(guī)范，導(dǎo)致遇阻、遇卡，解卡困難和斷裂等情況；三是液體性能差，工具不配套，導(dǎo)致沖洗效果和質(zhì)量差，達(dá)不到設(shè)計要求。

3）針對氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，由于邊底水的侵入、修井、酸化壓裂等作業(yè)可能造成生產(chǎn)井井筒積液而停產(chǎn)的問題，開展高酸性氣田膜制氮連續(xù)油管氣舉排液技術(shù)研究，對現(xiàn)有施工工藝進(jìn)行總結(jié)、完善與優(yōu)化，規(guī)范施工程序。

4）開展高含硫氣井酸化與酸壓工藝技術(shù)研究，對酸化與酸壓施工的液體注入方式、施工管柱、入井液的性能以及配液要求進(jìn)行規(guī)范。

2.2.1.2氣井油層套管超壓泄壓技術(shù)研究

開展高酸性氣田氣井油層超壓泄壓技術(shù)研究，對套管超壓泄壓條件、泄壓控制裝置及材質(zhì)要求、流程安裝等方面加以規(guī)范。

2.2.2集輸管道運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)研究

高含硫天然氣的特殊性使得普光氣田開發(fā)過程中急需解決的難題之一就是地面集輸管網(wǎng)的堵塞問題。普光氣田的地面集輸系統(tǒng)從投產(chǎn)以來經(jīng)常發(fā)生堵塞，嚴(yán)重影響了集氣站的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。因此需要對其開展研究，進(jìn)一步規(guī)范緩蝕劑涂膜作業(yè)、集輸管道運(yùn)行及維護(hù)。

1）研究高含硫天然氣集輸管道緩蝕劑涂膜作業(yè)的程序和技術(shù)參數(shù)，規(guī)范緩蝕劑涂膜作業(yè)。

2）研究清管作業(yè)的主要技術(shù)指標(biāo)（氣量的計算、運(yùn)行時間計算、清管器的運(yùn)行速度等），規(guī)范高含硫集輸管道清管作業(yè)程序。

3）研究高含硫天然氣集輸管道的工藝運(yùn)行參數(shù)、管道運(yùn)行監(jiān)測和維護(hù)、管道腐蝕監(jiān)測與防護(hù)、清管與緩蝕劑加注等，規(guī)范高含硫氣田管道的管理。

2.2.3集輸系統(tǒng)腐蝕防護(hù)及監(jiān)測技術(shù)研究

高含硫氣田開發(fā)的特殊性和復(fù)雜性增加了地面集輸系統(tǒng)的腐蝕風(fēng)險。與常規(guī)氣田開發(fā)相比，主要表現(xiàn)在因高含硫化氫而引發(fā)的劇毒性、強(qiáng)污染性和強(qiáng)腐蝕性。針對復(fù)雜地表條件下高含硫氣田集輸系統(tǒng)特點(diǎn)，從集輸管道材質(zhì)抗腐蝕性能評價與優(yōu)選、檢測技術(shù)及集輸系統(tǒng)腐蝕風(fēng)險控制等多方面開展研究，通過研究形成高含硫集輸系統(tǒng)腐蝕控制技術(shù)規(guī)范。

2.2.4集輸系統(tǒng)取樣化驗技術(shù)研究

針對氣田在開發(fā)過程中隨著壓力下降、單質(zhì)硫析出帶來的一系列問題，開展硫沉積析出規(guī)律研究；開展高含硫氣田天然氣取樣方法和酸壓氣井殘酸返排結(jié)束判別方法的研究；對天然氣取樣和產(chǎn)出液取樣的要求、取樣方法、樣品轉(zhuǎn)運(yùn)和儲存等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范。

1）針對高含硫氣井對材質(zhì)的特殊要求，研制高抗硫保壓井下取樣器、地面轉(zhuǎn)儲設(shè)備及相關(guān)配套技術(shù)，為獲取井底真實(shí)PVT樣品提供了關(guān)鍵技術(shù)裝備。研究確定產(chǎn)出液和天然氣的取樣步驟、取樣方法（形成了控制流量法），進(jìn)一步規(guī)范天然氣取樣化驗方法。

2）研究Cl-含量、pH值和液氣比等指標(biāo)隨時間的變化趨勢，形成酸壓氣井殘酸返排結(jié)束判別方法。

2.2.5采氣集輸安全技術(shù)研究

與常規(guī)氣藏開發(fā)相比，普光高含硫氣田開發(fā)安全要求高、技術(shù)難度大。分析研究Q/SH 0033—2015《川東北天然氣鉆井與井下作業(yè)工程安全技術(shù)規(guī)范》、SY 5727—2007《井下作業(yè)安全規(guī)程》、Q/SH 0198.3—2008《天然氣井工程安全技術(shù)規(guī)范第3部分：海上天然氣作業(yè)》[2]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)HSE要求，結(jié)合普光氣田實(shí)際，有針對性地開展采氣集輸安全技術(shù)研究，明確氣田采氣、集輸風(fēng)險，形成高含硫氣田安全隱患分析與控制技術(shù)，制定相應(yīng)的風(fēng)險控制措施，對氣田現(xiàn)場施工和作業(yè)、天然氣采集與處理、集氣站（場）等方面進(jìn)行規(guī)范。

2.3　采氣集輸技術(shù)體系的建立

在充分認(rèn)識普光氣田開發(fā)技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過分析、研究國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，按照“簡化、統(tǒng)一、協(xié)調(diào)和優(yōu)化”的標(biāo)準(zhǔn)化原理，形成了一套適合高含硫氣田采氣集輸技術(shù)規(guī)范（詳見表1～表5），滿足高含硫氣田安全、環(huán)保、高效開發(fā)的需要。該規(guī)范集成了目前超深高含硫氣田采氣集輸技術(shù)與管理的先進(jìn)成果，其內(nèi)容及性能指標(biāo)體現(xiàn)了當(dāng)前海相碳酸鹽巖氣田勘探開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)和管理水平。為普光氣田天然氣產(chǎn)能建設(shè)的順利完成，提供了保障和技術(shù)支撐。

表1　普光氣田采氣作業(yè)技術(shù)規(guī)范

表2　普光氣田集輸管道運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)規(guī)范

表3　普光氣田集輸系統(tǒng)腐蝕防護(hù)與監(jiān)（檢）測技術(shù)規(guī)范

表4　普光氣田集輸系統(tǒng)取樣化驗技術(shù)規(guī)范

表5　普光氣田采氣集輸HSE要求（安全環(huán)保工程）技術(shù)規(guī)范

3　采氣集輸技術(shù)體系的實(shí)施

通過研究編制的技術(shù)規(guī)范的實(shí)施與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)成果標(biāo)準(zhǔn)化，解決了采氣集輸過程中的一些難題，確保了高含硫氣田安全高效生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。如：在氣井生產(chǎn)測試、作業(yè)施工以及集輸管道運(yùn)行、腐蝕監(jiān)測和取樣等采氣集輸生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范，優(yōu)選取樣方法、施工方法、施工參數(shù)和施工程序，規(guī)范操作。

3.1　優(yōu)化施工程序和施工參數(shù)

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為工程設(shè)計的依據(jù)，對設(shè)計起到指導(dǎo)、約束與檢驗的作用，保證了根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編寫的施工設(shè)計是最優(yōu)化的設(shè)計[3]。編制施工設(shè)計時，依據(jù)研究形成的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化施工程序和參數(shù)。如Q/SH 1025 1006—2016《高含硫氣井連續(xù)油管井筒沖洗作業(yè)規(guī)范》[4]的現(xiàn)場應(yīng)用：明確了高含硫氣井井筒沖洗的主要工序，施工準(zhǔn)備、壓井、連續(xù)油管沖洗、復(fù)探、泵酸解堵、起連續(xù)油管、連續(xù)油管設(shè)備撤離井場、放噴、清場、交井驗收。對沖洗泵壓、排量、一次酸液用量、沖洗時間、遇阻加壓量等主要施工參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整、優(yōu)化。避免了沖洗不到位、沖洗效果差、連續(xù)油管腐蝕穿孔、斷脫甚至噴出井口等問題。2016年普光氣田應(yīng)用該規(guī)范對P301-3井等10井次進(jìn)行沖洗作業(yè)，成功率100%，平均單井施工時間縮短46 h，入井液用量減少30 m3。

3.2　優(yōu)選緩蝕劑用量

在高含硫天然氣集輸管道緩蝕劑涂膜作業(yè)時，優(yōu)選緩蝕劑的用量，防止電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。每年普光氣田緩蝕劑涂膜作業(yè)約175次，在作業(yè)時，依據(jù)研究制定的Q/SH 0486—2012《高含硫化氫天然氣集輸管道緩蝕劑涂膜技術(shù)規(guī)程》[5]，計算高含硫化氫集輸管道緩蝕劑用量：緩蝕劑用量增加15%左右的富裕量，避免操作過程中的損失造成緩蝕劑量不足；將緩蝕劑段塞與清管器的運(yùn)行速度從3 m/s以內(nèi)，推薦穩(wěn)定速度在0.8～1.0 m/s以內(nèi)，清管效率提高了33.3%。按照規(guī)范技術(shù)要求、操作步驟、安全管理等方面進(jìn)行管道緩蝕劑涂膜作業(yè)，過程規(guī)范，效果顯著，集輸管道未發(fā)生一次因局部腐蝕引起的穿孔事件。

3.3　規(guī)范集輸管道的管理

在地面集輸系統(tǒng)管道運(yùn)行管理中，嚴(yán)格執(zhí)行《氣田集輸管道運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)規(guī)范》。明確了集輸管道試運(yùn)投產(chǎn)的步驟及方法，規(guī)定了管道及閥室的日常維護(hù)、管理及要求。通過該規(guī)范的實(shí)施，提高了高含硫化氫集輸管道的安全運(yùn)行技術(shù)水平，在管道試運(yùn)、運(yùn)行監(jiān)測、運(yùn)行維護(hù)等方面起到積極的作用，并在管道搶修與維護(hù)作業(yè)實(shí)施過程中提供有效的操作規(guī)范和指導(dǎo)作用，減少管道運(yùn)行管理方面的盲目性，進(jìn)一步規(guī)范高含硫化氫氣田管道的規(guī)范管理。

4　結(jié)論與認(rèn)識

形成的高含硫氣田采氣、集輸技術(shù)規(guī)范在普光氣田采氣、集輸生產(chǎn)過程中加以運(yùn)用和實(shí)施，對氣田安全高效開發(fā)、提高標(biāo)準(zhǔn)化管理水平具有積極指導(dǎo)作用。在標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)下，不斷地推進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新裝備在普光氣田的應(yīng)用，使普光“三高”氣田勘探開發(fā)、采氣集輸工藝的實(shí)踐經(jīng)驗和技術(shù)水平踏入世界前列。通過項目的研究與應(yīng)用，科學(xué)指導(dǎo)普光氣田的生產(chǎn)，對氣田安全、優(yōu)質(zhì)、高效開發(fā)發(fā)揮重要的保障作用，有助于推動氣田生產(chǎn)、管理水平的提升，有助于提高標(biāo)準(zhǔn)化水平，為普光氣田標(biāo)準(zhǔn)化工作提供有力的技術(shù)支撐。