井下節流技術在川東地區含硫氣井應用初探

張鳳瓊 況雪梅 游建國 張 奎 朱英杰

(中國石油西南油氣田公司重慶氣礦)

1 概述

川東地區主力氣藏石炭系、長興氣藏井口壓力高，天然氣中含有不同程度的硫化氫，傳統開采方式是采用地面節流降壓、水套爐加熱方式防治水合物形成。近年來隨著天然氣工業的發展，用氣需求增加，新井產能建設任務艱巨、地面配套產能建設周期長，導致新井產能不能按預期時間投產，同時由于氣井配產偏高、穩產時間縮短，導致地面配套工藝有效使用時間短，造成了水套加熱爐、脫硫塔等大量設備的浪費。在冬季低溫季節，即使采取地面水套加熱爐保溫，也常會出現集輸管線水合物堵塞，影響氣井產能的發揮。

井下節流技術是將節流器置于井下油管某一適當位置，實現井下節流降壓、防治水合物形成的一種采油氣工藝技術。上世紀80年代中期，四川氣田開始研發井下節流工具，研制的Ⅰ型油嘴在川中金11井、角56井等氣井投入試驗并取得成功；90年代初期，在Ⅰ型油嘴的基礎上又研制了Ⅱ型油嘴，Ⅱ型油嘴著重從投撈和密封上作了重大改進，2002年～2004年在川西北和蜀南地區30多口氣井上實施，實現了井下節流技術的規模化應用；2005年～2006年針對磨溪嘉二氣藏大壓差、大產量的特點，研發了70MPa固定式節流器，并在磨溪嘉二氣藏、廣安須家和氣藏70余口高壓氣井成功應用，實現了氣藏的規模效益開發。

前期研究與應用表明，活動式井下節流器適用于H2S含量≤5g/m3、節流壓差≤35.0MPa的氣井；固定式進行節流器適用于H2S含量≤5g/m3、節流壓差≤70.0MPa的氣井。

2 含硫氣井井下節流工具優化改進

川東地區石炭系、長興氣藏H2S含量0.02%～8.6%(0.3 g/m3～125.0g/m3)，CO2含量0.5%～8.7%(9.0 g/m3～157.0g/m3)，開發中伴隨氣田水的產出，前期研制的活動式、固定式井下節流器不能適應含硫氣井。為了推廣井下節流技術在含硫氣井的應用，在前期研制的固定式井下節流器的基礎上進一步優化和改進，以適應含硫氣井。

根據川東地區含硫氣井特征，制定井下節流器的適用條件為：H2S含量30g/m3～75g/m3(H2S分壓≤2MPa)，CO2含量≤10%(CO2分壓≤5.0MPa)，Cl-≤150000mg/L，節流壓差≤35MPa，溫度0～100℃。

2.1 材質優選

為了提高井下節流工具耐硫化氫等腐蝕等級，采用《ISO15156/ NACE MR 0175 石油和天然氣生產中含H2S環境使用的材料標準》對材質進行優選，將所選材質制作成試片進行室內性能評價，節流器各部件材質性能評價見表1。

通過對節流器各部件性能評價，優選的節流器材質適用于H2S含量≤75g/m3(H2S分壓≤2MPa)、節流壓差≤35.0MPa的氣井。

2.2 結構優化

為了提高節流器卡定和打撈的成功率和穩定性，改良了卡瓦牙及卡座的結構，增大卡瓦牙與工作筒卡座之間的接觸面積和貼合程度，見圖1。

表1 節流器部件性能評價

圖1 節流器結構優化

3 井下節流技術在川東地區含硫氣井應用

川東地區池037-3井含硫氣井首次采用井下節流技術開井投產，氣井H2S含量4.3g/m3，CO2含量10.1 g/m3。該井采用井下節流技術生產數據見表2，井口氣流溫度28.0℃，遠遠高于地面輸壓下水合物形成溫度，在生產過程中未出現水合物堵塞。

隨著含硫氣井井下節流技術的優化與完善，黃龍004-X3井采用井下節流技術開井投產，氣井H2S含量27.4g/m3，CO2含量54.8g/m3。該井采用井下節流技術生產數據見表2，井口氣流溫度21.0℃，遠遠高于地面輸壓下水合物形成溫度，在生產過程中未出現水合物堵塞。

4 應用效果分析

4.1 降低了井口壓力，有效防治了水合物形成

川東地區14口含硫氣井采用井下節流工藝組織生產，開井后井口油壓從17.50MPa～42.80MPa降至2.80MPa～8.10MPa，井口氣流溫度均在23.0℃～35.0℃，地面集輸管線壓力下水合物形成溫度約2.1℃～10.8℃，井口氣流溫度遠高于地面集輸管線壓力下水合物形成溫度，生產過程中均未發生水合物堵塞。

4.2 簡化了地面工藝及配套設施，節省了投資費用

采用井下節流工藝后氣井井口氣流溫度高于管輸壓力下水合物形成溫度，從而節省了地面水套加熱爐、脫硫裝置及其輔助系統。與常規地面節流工藝對比，采用井下節流工藝后單井可節省107.0萬元～238.0萬元(表3)。

表3 地面建設投資費用對比

川東地區含硫氣井應用井下節流工藝14口井35井次，節省了水套加熱爐14套，節省了脫硫塔13套，節省了氣液分離、計量裝置10套，均采取無人職守井站，累計節省地面工藝、設備投資近4282.0萬元，扣除節流工藝總費用1400萬元，共節省投資費用2882.0萬元。

4.3 節省了生產維護費用

600kW型水套加熱爐燃料氣耗量約為20m3/h，采用井下節流工藝后取消或停用了水套加熱爐燃料，每天可節約水套爐加熱用燃料氣480m3/d。14口井下節流工藝氣井累計生產3865d，天然氣氣單價目前0.97元/m3計算，折算節約燃料氣費用約179.9萬元。

采用井下節流工藝的氣井井口設置安全切斷閥，地面工藝流程簡單，采取無人職守、定期巡查生產管理模式，節省人力費用約15.0萬元/(井次·年)。

5 結論及認識

(1)井下節流技術在H2S含量≤30.0g/m3的氣井應用成功，降低了氣井井口壓力，有效防治了水合物形成。

(2)采用井下節流技術簡化了地面工藝、設備及配套設施，采取無人職守、中心站巡查生產管理模式，可節省單井產能建設107.0～238.0余萬元，經濟效益顯著。

(3)根據分公司建設300億大氣區的戰略目標，到2015年將部署開發井上千口，符合條件的中低含硫氣井可以推廣應用該技術，在具備條件的高含硫氣井可以開展井下節流技術先導性試驗。

1 佘朝毅，李川東，雷振中，等.井下節流技術在氣田開發中的應用[J].鉆采工藝，2003，(26)：52-56.

2 余江，趙松，何明，等.川中磨溪氣田嘉二氣藏高壓井下節流工藝現場試驗效果跟蹤[J].鉆采工藝，2006，(29)58-59.

3 孫振勇.井下節流技術在黃沙坨油田氣井中的應用[J].石油化工應用，2010，29(2-3)：38-39.