试气技术难点分析.doc

深井试气技术难点分析
通过对含硫深井试气技术九个难点详细分析，提出以下解决方案：①含硫深井的试气，必须采取综合防腐措施；②深井试气施工设计、工具选用、资料录取等各个环节要严格按照高温、高压、防H：S的有关要求和技术规程进行；③试气难度最大的是关井求压；④须对下井工具和井下油套管的力学性能进行理论分析与计算。该方案为含硫深井试气研究提供了借鉴。
1．深井试气定义
所谓深井试气就是指井深超过4000 m井的试气。由于深井具有较高的井口压力和井底温度，国际高温高压井协会把井口压力大于105 MPa(或井底压力大于140 MPa)，井底温度大于175℃的井定义为超高温高压井，因此深井试气又称为超高温高压井试气。
2．含硫深井试气特点
含硫深井试气的特殊性主要表现在以下几个方面：①深天然气井地层压力较大，多数大于100MPa，相应的压力梯度值较高，有时甚至超出试气管柱及并下工具的强度极限值，加大了封隔器失效和油套管柱破坏的风险；②深天然气井地层温度较高，多数高于150C，相应的井温梯度值较高，在井下由于高温不仅引起很大的温度应力，还会引起管材的强度下降；③深井地层流体多为天然气和地层水。不管是气或地层水，都含有大量的H2S和C02，酸性流体对管材腐蚀严重，甚至直接导致试气失败。
技术难点
1．抗硫化氢腐蚀技术
深井气藏含有大量的H2 S，酸性气体对管材腐蚀严重。井下温度较高，会大大增加管材硫化物应力腐蚀开裂的敏感性，对人井材质的防腐性能提出了更高的要求心]。目前的抗硫化氢腐蚀技术虽然已有较多的研究成果，但腐蚀机理与防腐技术还需继续科研攻关。
2．井下工具的选择与应用技术
井下工具是满足试气过程中每道工序正常工作的关键。由于含硫化氢气体，深井试气对井下工具的选择要求很高，必须有一整套能适应井下高温高压的井下工具、管柱与地面设备。
3．油管柱的气密封技术
由于高温高压特性，深井试气对油管柱螺纹连接强度、密封性等提出了更高的要求。一般API圆扣油管具有一定的气密封能力，但是当压差增大时，气密封性能变差。大量的试验和油田使用结果已经证实，原来大量使用的API圆螺纹泊管与偏梯形螺纹油管涂用传统的油基脂、螺纹脂已不能满足深井的要求，所以在深井的试气中，必须采用特殊丝扣油管，这点非常重要。特殊丝扣油管与井下工具、井口装置的连接也要采用特殊扣。目前国产油管柱的气密封性能尚不能满足部分高产高压高温井的测试要求。
4．试气过程中关井求压技术
深井试气，关井测压力恢复，一般采用APR测试，井下关井，以确保井口安全，但个别情况采用井口关井，则难度增大。最大关井压力一般均大于气田开发专业。油气井测试2007年10月100 MPa，由于高压，带来一系列的技术问题。首先是井口装置的抗压强度问题，目前140 MPa的井口装置国内制造的难度大，安全系数低，主要依靠进口，价格昂贵，连接尺寸问题较多。其次是套管承压问题，要求套管关井100 MPa以上，既有耐压强度与丝扣密封问题，还有H2S与C02腐蚀问题，这给现场施工作业带来了许多困难。
5．水合物防治技术
深井试气时，气体从高温高压状态降至低温低压状态，含饱和水蒸汽的天然气流到井口后，由于温度的降低，水蒸汽由饱和状态变为过饱和状态，在节流情况下容易形成水合物，对管道冰堵。现场施工会因测试流程保温系统不科学造成测试管汇发生结水合物，从而加重对管汇的腐蚀，导致险情发生。因此为保证深井安全顺利地测试，必须根据测试管汇截流要求，通过科学的计算，采取合理的保温措施，以确保测试时地面流程畅通无阻，防止冰堵，降低后续工艺作业难度。
6．防硫堵技术
深井试气，高温、高压、高产、高含硫化物，气体中的硫化物在高温蒸汽作用下发生脱硫反应，生成的元素硫有明显的过冷倾向，在低于它正常凝固点下，仍然保留着液体状态随气流通过管道。固化的元素硫核心将催化其余滚体元素硫，以很快的沉积速度聚集固化。较早给出元素硫沉积现场实例的是C．H. Ku(1972)，在其研究报告中描述了密西西比以南Smackover高含硫气藏元素硫沉积的特征。根据元素硫沉积的实例，研究表明：(1)元素硫沉积现象在含硫气田开发过程中客观存在；(2)元素硫沉积带来了地层堵塞、产管线堵塞和毁坏、设备表面污染、腐蚀等诸多问题；3)含硫气井试气难度随元素硫沉积量的增加而加大。目前，国内深井防硫堵技术尚未成熟。
7．射孔测试联作技术
由于深井深度超过4000 m，地层温度高、压力大，同时高含硫化氢，严重影响射孔测试联作器材的性能，主要表现在射孔测试联作器材的强度及耐压、耐腐蚀性能；密封橡胶件失去其原有的弹性和强度，密封性能下降；由于井下温度高，起爆器和炸药速降解，长时间在高温条件下会降低射孔弹的性能，甚至引起系统自爆，造成严重后果。因此，有必要对射孔测试联作器材进行技术改进。
8．安全监测技术
井口和地面测试流程的安全监测技术对于含硫深井的安全与计量特别重要。如何实现井口超压和失控状态下的自动关井与报警，采用井下安全阀和地面测试安全阀是必要的，必须坚持每天24 h监测，使井口和测试流程全都处于控制之下。目前国产地面降压保温、分离测试、自动记录、安全监测报警装备基本上成熟，但地面紧急关闭阀关闭速度太慢，不如国外紧急关闭阀，还需要继续科研攻关。
9．含硫气井安全与防护技术
含硫深井试气具有一定危险性，必须制定一套规范的安全与防护技术H]。该技术应该包括以下几个方面：
(1)井场及试气设备的布置。科学合理的井场及试气设备布置，能最大限度满足含硫气井安全试气的需要，保障施工人员的生命健康与安全。
(2)井控装置。有关井控装置的配套、安装、固定和试压应符合SY/T5964 - 2003和SY/T5087 -2003的规定；并安装剪切闸板和双四通。所有井控装置、井控管汇及工具都必须达到防硫的规定要求。
(3)硫化氢防护设备。施工队当班全部工作人员应每人配备一套自给式正压呼吸器，其它技术服务单位到井场进行服务时，工作人员应自带自给式正压呼吸器。其他必须配备的防护与救护设备有：急救箱、担架（配有毯子、救护捆扎带）、快速夹板、便携式扬声器、个防爆手电筒等。硫化氢防护设备应由专人负责进行检查和保养，严格执行SY6277 -1997《含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规定》。
(4)硫化氢检测设备及监测。空气中硫化氢含量超过安全临界浓度时，监测仪能自动报警，使井场所有人员能及时获得警示。硫化氢监测仪器应由专人负责例行常规检查和保养，并进行周检和强检，严格执行SY6277 - 1997《含硫油气田硫化氢监测与人身安全防护规定》。
(5)硫化氢安全防护信号与警示。所有通向井场的路口及钻台扶梯下都应有适当的警告信号，并且要有明确的逃生路线图。
(6)硫化氢防护应急预案的编制。应急预案应包括：应急组织机构与职责、应急通讯、区域联防网络图、应急指挥、硫化氢防护设备与监测设备、井场布置、附近居民、医疗设施等位置图、硫化氢泄漏紧杜现飞等：含硫深井试气技术难点分析急处理程序、撤退、中毒后的处理、点火计划等内容。
解决方案针对目前含硫深井试气存在的技术难点，总结现场测试施工的经验，提出以下解决方案。
(1)采取综合防腐措施。选用抗硫材料对井下试气管柱和作业工具进行改造；在试气过程中加缓蚀剂保护；采用永久封隔器完井；采取措施减少井下积液；测试液垫采用碱性液，用以综合产生的H2S气体等综合防腐方法。
(2)合理选择测试设备。管材的强度越大，对硫化物应力腐蚀就越敏感，选择时应充分考虑设备的材质、钢级、热处理以及井下压力、温度等条件。①测试工具、井口控制头、管汇、分离器应具防硫化氢性能，并有防硫化氢标识。在满足强度要求的前提下，尽可能选用强度和硬度较低的设备组合。②用的油管和接头应尽量避免损伤表面，接头或丝扣部分应经过高温调质处理。③避免使用焊接件，必须使用时，应对焊接件的焊缝和热影响区进行先淬火再回火的调质处理。④下测试工具组合，应调整好管柱刚度比例，避免“狗腿”现象严重。
(3)提高螺纹密封性的措施。改变螺纹加工公差，严格控制螺纹齿高、牙形角、锥度和中径的公差；使用特殊密封螺纹脂；提高螺纹表面处理的镀层厚庋，使镀层厚度超过60pm；增加密封环，即在接箍螺纹部位加工密封槽，然后放置弹性密封环；严格控制上扣操作，采用扭矩一圈数及扭矩一位置等上扣控制方法。
(4)深井试气关井求压方法。深井一般是高温高压天然气井，由于气柱压力小，井口压力接近地层压力，所以关井求压，井口压力往往非常高。解决办法之一是采用井下开关阀关井，但井下开关阀一定要安全可靠。最大关井压力一般先预测地层压力，而地层压力的预测有三种方法：一是采用钻井过程中实钻产层的钻井液液柱压力近似为地层压力；二是采用射孔后立即关井求压，井口压力加上液柱压力可近似为地层压力；三是邻井同层实际的地层压力。有了地层压力，通过静气柱计算公式，即可计算出最大关井压力。
(5)元素硫沉积将严重影响含硫气井动态，具有巨大危害，目前主要采取向井中加入溶硫剂等事后措施防治硫沉积。由于元素硫在天然气中的溶解度是随着温度和压力的改变而变化的，因此有必要研究元素硫的溶解度随温度和压力之间的变化关系，而有关预防硫沉积危害的技术有待进一步研究。
(6)深井试气施工设计、资料录取等各个环节要严格按照高温、高压、防H2S的有关要求和技术规程进行。封隔器的胶筒、井下工具等其宅橡胶密封件的选择要耐温180℃以上，保证在高温高压等恶劣环境中一要坐得住，二要封得严，三要起下作业畅通。因此，在选用井下工具时，一定要注意其可靠性，要满足耐压耐温和抗硫的要求。其次井下工具要有封隔油套管的能力，同时能满足射孔和封隔器测试联作，能循环压井，以及油管内开关等基本要求。最后，还要考虑试气后投产问题。选用的封井器、采气树等井控设备，其压力等级应大于预测的最大井口关井压力。
(7)含硫深井试气，风险较大，进行完善的施工设计十分必要，并且是保证安全施工的关键。试气前一定要严密设计，既要取全取准各项资料，又要考虑施工过程中可能遇到的复杂情况。试气时严格按照操作规程施工，认真通井，严格控制上提和下放速度。建议在保证人身安全的情况下，施工前仍要充分洗井和通井，洗井返出的压井液也要经过地面分离管线，有气体产出立即烧掉，以保证测试一次成功及录取资料的真实准确。
(8)在深井试气作业前，要对下井工具和井下油套管的力学性能进行分析和计算。通过分析计算，合理组合管柱，选择合适的井口（采油树或控制头），选择合适的封隔器及其它辅助工具；了解组合管柱在作业过程中的载荷、应力、变形情况，了解下井工具和井T油套管的强度储备（安全系数），确定操作（压力）极限。深井试气管柱的受力分析和计算，是设计和校核管柱强度、选择作业工具、确定施工参数的基础，决定着测试施工的安全和成败。必须建立一套先进的、能反映深井高温高压等复杂情况的力学模型和受力分析计算方法，编制一套适合本地区测试施工的综合设计软件，为准确地掌握施工过程中作业管柱的受力及变化规律提供可靠的理论依据，以确保施工设计的准确性，从而大大提高深井试气效果和成功率陆。
结 论
(1)含硫深井试气要早期介入，并且有一整套能适应井下高温高压的井下工具、管柱与地面设备；采取全面的防腐技术；编制一套适合本地区深井试气的综合设计软件。
(2)含硫深井试气，必须进行完善的施工设计，要有一套规范的安全与防护技术，以保证测试成功和施工人员的安全。
(3)含硫深井试气是一项难度很大的技术，目前H2S的利用和开发还没有成熟的技术。不断地总结深井试气经验，引进国内外先进试气技术和开展科研攻关是当前试气工程的一项重要任务。