高含硫氣田采氣集輸技術體系的構建與實施

方玉環

中國石化中原油田分公司技術監測中心 （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”）是國內首次開發的高含硫化氫氣田，具有“三高一深”特點，與常規氣田開發相比，普光氣田對采氣、集輸工藝技術及安全生產等方面要求更高。開發初期，有關高含硫氣田天然氣開采、集輸方面的國家標準、行業標準較少，可依據的標準也不健全，國內沒有可借鑒的經驗。新工藝、新技術的應用和高含硫、高危險性的生產過程使得普光氣田對采氣和集輸工藝的標準化管理、操作提出了更高要求，急需研究制定相應的技術規范。

1　采氣集輸現狀分析

1.1　標準現狀

我國對超深高酸性氣田的勘探開發工作起步晚，在采氣和集輸方面可借鑒的經驗少，生產過程中可依據的標準也不健全，標準化工作明顯滯后于國外。投產初期和開發生產過程中普光氣田主要采用了相關國家標準、行業標準和企業標準，包括：3項硫化氫環境油氣開采材料國家標準和4項含硫化氫天然氣井安全生產國家標準；7項硫化氫技術行業標準和3項氣井相關行業標準；51項川東北中石化一級企業標準。如SY/T 6610—2005《含硫化氫油氣井井下作業推薦做法》、SY/T 6277—2005《含硫油氣井硫化氫監測及人身安全防護規定》、SY/T 5087—2005《含硫化氫油氣井安全推薦作法》等。這些標準對采氣工藝技術做出了較明確的規定，基本適用于指導普光氣田高含硫化氫氣井試氣投產作業工藝設計編制，但在現場具體操作時，指導性較差，沒有針對高含硫化氫（采氣、采輸方面）的技術規范。

1.2　技術現狀

1.2.1采氣方面

1）高含硫氣井易發生腐蝕和堵塞。隨著開發時間的延長，井筒硫析出、結垢、堵塞等現象日益嚴重，特別是生產井段結垢堵塞，不僅影響氣井產能、影響氣藏可采儲量的動用，而且給氣井生產測試帶來困難，導致測井儀器遇阻遇卡，甚至發生落井事故。

2）由于H2S和CO2含量較高，給氣田的安全開發和生產帶來較大的難題。同時，生產過程中應用了大量的新工藝、新技術，沒有相應的技術規范作為支撐，致使施工質量難以保證，給高含硫氣井生產和作業帶來安全生產隱患。

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，污染物超標嚴重，產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，氣田集輸管道運行、腐蝕監測、天然氣取樣等方面需要進行統一規范。現有技術標準不能滿足現場需求，如SY/T 0612—2014《高含硫化氫氣田地面集輸系統設計規范》[1]，側重于高含硫化氫氣田集輸工藝，對于普光氣田集輸系統選擇全濕氣集輸方式，節流閥件控制參數、新型管材的腐蝕余量、腐蝕控制，以及含硫污水回注、集輸系統控制等內容涉及很少。

同時，氣田高壓、高含硫的特點對安全生產提出了更高的要求。

2　采氣集輸技術體系的構建

2.1　構建思路

通過梳理高含硫氣田采氣、集輸相關標準，對氣田采氣、集輸技術進行研究。結合生產管理實踐經驗，將氣田高含硫技術特色、科技成果及管理經驗，固化或轉化成標準，形成一套適合高含硫氣田采氣、集輸的技術規范，在生產過程中加以運用和實施，滿足高含硫氣田安全、高效開發的需要。

2.2　采氣集輸技術研究

2.2.1采氣作業技術研究

2.2.1.1新工藝、新技術的應用研究

在總結新工藝、新技術施工實踐經驗的基礎上，對工藝施工的技術內容進行研究，研究適用于氣田的施工流程，優化施工參數，確保安全、高效施工，提高施工效率及工作質量。

1）針對普光氣田高含硫、井身結構復雜、井型多樣、多層合采等特點，對國內外類似氣田監測技術進行調研，對測試工藝進行優選。采用井下電纜實時監測工藝技術，成功測井41井次，獲得了海相高含硫化氫氣井地層參數、氣井產能變化規律和措施效果評價等資料，為氣井產層倒吸、井筒堵塞等異常現象提供了控制合理生產壓差、連續油管解堵作業提供了依據。

2）針對連續油管沖洗作業存在的問題，開展沖洗施工技術研究，規范沖洗程序，優化施工參數：一是管材質量達不到作業要求，導致連續油管抗腐蝕應力差，造成管體斷裂；二是施工操作不規范，導致遇阻、遇卡，解卡困難和斷裂等情況；三是液體性能差，工具不配套，導致沖洗效果和質量差，達不到設計要求。

3）針對氣田開發生產過程中，由于邊底水的侵入、修井、酸化壓裂等作業可能造成生產井井筒積液而停產的問題，開展高酸性氣田膜制氮連續油管氣舉排液技術研究，對現有施工工藝進行總結、完善與優化，規范施工程序。

4）開展高含硫氣井酸化與酸壓工藝技術研究，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行規范。

2.2.1.2氣井油層套管超壓泄壓技術研究

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

2.2.2集輸管道運行及維護技術研究

高含硫天然氣的特殊性使得普光氣田開發過程中急需解決的難題之一就是地面集輸管網的堵塞問題。普光氣田的地面集輸系統從投產以來經常發生堵塞，嚴重影響了集氣站的安全平穩生產。因此需要對其開展研究，進一步規范緩蝕劑涂膜作業、集輸管道運行及維護。

1）研究高含硫天然氣集輸管道緩蝕劑涂膜作業的程序和技術參數，規范緩蝕劑涂膜作業。

2）研究清管作業的主要技術指標（氣量的計算、運行時間計算、清管器的運行速度等），規范高含硫集輸管道清管作業程序。

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

2.2.3集輸系統腐蝕防護及監測技術研究

高含硫氣田開發的特殊性和復雜性增加了地面集輸系統的腐蝕風險。與常規氣田開發相比，主要表現在因高含硫化氫而引發的劇毒性、強污染性和強腐蝕性。針對復雜地表條件下高含硫氣田集輸系統特點，從集輸管道材質抗腐蝕性能評價與優選、檢測技術及集輸系統腐蝕風險控制等多方面開展研究，通過研究形成高含硫集輸系統腐蝕控制技術規范。

2.2.4集輸系統取樣化驗技術研究

針對氣田在開發過程中隨著壓力下降、單質硫析出帶來的一系列問題，開展硫沉積析出規律研究；開展高含硫氣田天然氣取樣方法和酸壓氣井殘酸返排結束判別方法的研究；對天然氣取樣和產出液取樣的要求、取樣方法、樣品轉運和儲存等進行統一規范。

1）針對高含硫氣井對材質的特殊要求，研制高抗硫保壓井下取樣器、地面轉儲設備及相關配套技術，為獲取井底真實PVT樣品提供了關鍵技術裝備。研究確定產出液和天然氣的取樣步驟、取樣方法（形成了控制流量法），進一步規范天然氣取樣化驗方法。

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

2.2.5采氣集輸安全技術研究

與常規氣藏開發相比，普光高含硫氣田開發安全要求高、技術難度大。分析研究Q/SH 0033—2015《川東北天然氣鉆井與井下作業工程安全技術規范》、SY 5727—2007《井下作業安全規程》、Q/SH 0198.3—2008《天然氣井工程安全技術規范第3部分：海上天然氣作業》[2]等相關標準中有關HSE要求，結合普光氣田實際，有針對性地開展采氣集輸安全技術研究，明確氣田采氣、集輸風險，形成高含硫氣田安全隱患分析與控制技術，制定相應的風險控制措施，對氣田現場施工和作業、天然氣采集與處理、集氣站（場）等方面進行規范。

2.3　采氣集輸技術體系的建立

在充分認識普光氣田開發技術難點的基礎上，通過分析、研究國內外相關技術標準和規范，按照“簡化、統一、協調和優化”的標準化原理，形成了一套適合高含硫氣田采氣集輸技術規范（詳見表1～表5），滿足高含硫氣田安全、環保、高效開發的需要。該規范集成了目前超深高含硫氣田采氣集輸技術與管理的先進成果，其內容及性能指標體現了當前海相碳酸鹽巖氣田勘探開發的先進技術和管理水平。為普光氣田天然氣產能建設的順利完成，提供了保障和技術支撐。

表1　普光氣田采氣作業技術規范

表2　普光氣田集輸管道運行及維護技術規范

表3　普光氣田集輸系統腐蝕防護與監（檢）測技術規范

表4　普光氣田集輸系統取樣化驗技術規范

表5　普光氣田采氣集輸HSE要求（安全環保工程）技術規范

3　采氣集輸技術體系的實施

通過研究編制的技術規范的實施與應用，實現了技術成果標準化，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，取得了較好的經濟效益和社會效益。如：在氣井生產測試、作業施工以及集輸管道運行、腐蝕監測和取樣等采氣集輸生產過程中，嚴格執行技術規范，優選取樣方法、施工方法、施工參數和施工程序，規范操作。

3.1　優化施工程序和施工參數

行業標準和企業標準作為工程設計的依據，對設計起到指導、約束與檢驗的作用，保證了根據標準編寫的施工設計是最優化的設計[3]。編制施工設計時，依據研究形成的技術標準，優化施工程序和參數。如Q/SH 1025 1006—2016《高含硫氣井連續油管井筒沖洗作業規范》[4]的現場應用：明確了高含硫氣井井筒沖洗的主要工序，施工準備、壓井、連續油管沖洗、復探、泵酸解堵、起連續油管、連續油管設備撤離井場、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進行現場調整、優化。避免了沖洗不到位、沖洗效果差、連續油管腐蝕穿孔、斷脫甚至噴出井口等問題。2016年普光氣田應用該規范對P301-3井等10井次進行沖洗作業，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　優選緩蝕劑用量

在高含硫天然氣集輸管道緩蝕劑涂膜作業時，優選緩蝕劑的用量，防止電化學腐蝕的發生。每年普光氣田緩蝕劑涂膜作業約175次，在作業時，依據研究制定的Q/SH 0486—2012《高含硫化氫天然氣集輸管道緩蝕劑涂膜技術規程》[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行速度從3 m/s以內，推薦穩定速度在0.8～1.0 m/s以內，清管效率提高了33.3%。按照規范技術要求、操作步驟、安全管理等方面進行管道緩蝕劑涂膜作業，過程規范，效果顯著，集輸管道未發生一次因局部腐蝕引起的穿孔事件。

3.3　規范集輸管道的管理

在地面集輸系統管道運行管理中，嚴格執行《氣田集輸管道運行及維護技術規范》。明確了集輸管道試運投產的步驟及方法，規定了管道及閥室的日常維護、管理及要求。通過該規范的實施，提高了高含硫化氫集輸管道的安全運行技術水平，在管道試運、運行監測、運行維護等方面起到積極的作用，并在管道搶修與維護作業實施過程中提供有效的操作規范和指導作用，減少管道運行管理方面的盲目性，進一步規范高含硫化氫氣田管道的規范管理。

4　結論與認識

形成的高含硫氣田采氣、集輸技術規范在普光氣田采氣、集輸生產過程中加以運用和實施，對氣田安全高效開發、提高標準化管理水平具有積極指導作用。在標準的引領下，不斷地推進新技術、新工藝、新裝備在普光氣田的應用，使普光“三高”氣田勘探開發、采氣集輸工藝的實踐經驗和技術水平踏入世界前列。通過項目的研究與應用，科學指導普光氣田的生產，對氣田安全、優質、高效開發發揮重要的保障作用，有助于推動氣田生產、管理水平的提升，有助于提高標準化水平，為普光氣田標準化工作提供有力的技術支撐。