高含硫气田钻井、完井主要难点及对策.pdf

天然气工业 2 0 0 8 年 4 月 高含硫气 田钻井、 完井主要难点及对策 曾 时 田 四川石油管理局 曾时田． 高含硫气 田钻井、 完井主要难点及对策． 天然气工业， 2 0 0 8 ， 2 8 4 5 2 5 5 ． 摘 要 针对高含 H s和 中含 C O 气田特 点， 分析认为 除油气勘探 开发本身 的高 隐蔽 性和高风险 外， 其高 风 险还 突出表现在 H。 s和 C O 带来的强腐 蚀性和剧毒 性两个方 面。这 些风险又 主要集 中在 钻、 完 井 包括修 井 两个 主要环 节上 。在此基础上总结 出川渝地 区高含硫 气田钻、 完井的 主要难点 ， 并提 出应 牢固树立“ 安全第 一、 环 境优先、 以人为本” 理念 ； 认真总结 已开发高含硫 气田钻、 完井经验 与教训 ； 深入开展高含硫与 中含 C O 共存的腐蚀 与防护技术研究； 进 一步强化 以井控和 工程质量 为主的钻 、 完井工 艺技 术， 严格 执行高含 硫钻、 完井特殊技术 措施 和管理要求； 制定和完善高含硫气 田钻 、 完井石油行业和 企业标准 ， 严格 规范钻 、 完井行为 ； 高度重视和加 强员工队 伍和专家队伍建设 ， 努力提高队伍 的整体素质 ； 建 立和 完善 高含硫钻 、 完 井 HS E工 作体 系； 制 定和完善 涵盖钻、 完 井各环节和各层 次的应急预案等主要对策。 主 题 词 川 渝 地 区 高 含 硫 气 田 钻 井 完 井 风 险 策 略 自 1 9 5 9年 6月 1 9日， 四川 石 油 管 理 局在 重 庆 沙坪坝构造 2井加深钻探中， 首次在嘉陵江组地层 天然气中发现 H s以来， 已近 5 0年历史。而川渝地 区大规模 地正式 勘探 开发 含硫 气 田， 应 是 从 2 0世 纪 6 0年代中期开始。几十年来 ， 在川渝地区成功地开 发 了数 十个含 硫气 田 含部 分高含硫 气 田 _ l 。 j 。渡 口 河、 罗家寨和中石化普光等一批高含硫气 田的发现， 又使 我们在 高含 硫气 田开 发 中 ， 进 入 了一个 新 阶段 。 现对该种气 田钻、 完井主要难点和对策作一探讨。 一 、主要难点 除油 气 勘探 开发 ， 特 别 是 天然 气 勘 探 开发 本 身 的高隐蔽和高风 险外 ， 高含硫气田勘探开发 的高风 险还突出表现在 H。 s和 C O 带来 的强腐蚀和剧毒 两个方 面 。上 述 高风 险 又 主 要 集 中在 钻 井 和 完 井 包 括修井 两个 主要 环 节 上 ， 因为 在 勘 探 开发 各 环 节 中 ， 这 两个 环 节 首 当其 冲 。作 为川 渝 地 区高 含 硫 气 田钻 、 完 井难 点 ， 主要表 现在 以下几个方 面 1 ． 川 渝复 杂地质 条件 加上 高 含硫 ， 使 钻 、 完 井作 业 难度和风 险 整体上 进一 步加大 川渝地 区复杂地质条件突出表现在 以碳酸盐岩 为主带来的诸多问题 ①因不遵守压实效应 ， 准确预 报地层压力难 ， 也不宜专门作破裂压力试验 ， 因压开 后很难闭合 ； ②压力系统多 ， 纵、 横 向压力变化大 ， 喷 漏同层普遍存在 ， 同一裸眼相邻产层 ， 最高压力梯度 差值达 0 ． 8 ～1 ． 0 MP a ／ 1 0 0 m， 地层最高压力梯度达 2 ． 4 MP a ／ 1 0 0 m； ③ 大 裂 缝 和 溶 洞 预报 困难 ， 井 漏 ， 特别是恶性井漏仍是该地区损失最大 的复杂情况 ； ④ 产 层 埋 藏 深 ， 产 层 一 般 深 于 4 5 0 0 m， 不 少 超 过 6 0 0 0 m， 近期钻探 的龙 岗构造 ， 飞仙关组和长兴组 气藏平均井深达 6 5 0 0 m； ⑤构造高陡， 不少地层倾 角超 过 4 0 。 ， 井眼 轨迹控 制难度 大 。 上述复杂地质情况多数井都同时存在， 而套管 层次 有 限 ， 故 天然气 钻 、 完井作 业 本 身 的难度 和风 险 就大 ， 现又加上高含硫 的强腐蚀 和剧 毒， 给钻遇高 压、 高含硫气层时的压力控制 ， 特别是喷漏 同层等复 杂情 况 的预 防和处理 造成 严重 威 胁 。在钻 井 、 测井 、 固井 、 测试及完井等各环节作业 的难度和风险 ， 整体 上进 一步 加大 。 2 ． 高含 Hz S等 情 况 有 很 多 新 的 变 化 。 钻 、 完 井 安全 风险级 别进 一步提 高 按天然 气 中 H。 S含 量大 于等 于 2 为 高含硫 气 田分类 ， 到 目前为止， 中石油在川渝地区共发现高含 硫气 田 1 7 个 未含龙岗 ， 其 中已开发 1 1 个， 待开发 作者简 介 曾时 田， 1 9 4 0年生 ， 教授级高级工程师 ， 原 四川 I 石油管理局总工程师 ， 本刊第六届编委会顾 问； 1 9 6 3年毕业 于原 北京石油学院油气井工程专业 ， 长期从事含硫气井钻探与开采的研 究、 生产及全面工程技术管理工作 。地址 6 1 0 0 5 1 四川省 成都市府青路一段 3号。电话 0 2 8 8 6 0 1 1 0 3 3 。 5 2 维普资讯 第2 8 卷第4 期 天然气工业 6 个。将待开发 的 6个高含硫气 田与 1 1个已开发的 高含硫气 田对 比， 从分 析可 以看 出 ， 主要有 如下变化 1 H S含 量增 加一倍 左 右 ， 大部分 在 2 0 0 g ／ m。 以上 。待开发的 6个高含硫气 田， H s含量大部分在 2 0 0 g ／ m。 以上 ， 最高达 2 4 4 ． 0 5 g ／ ms 。而 已开发 的 1 1 个高含硫气 田， H s含量大部分在 1 0 0 g ／ m。以下。 2 C O 含量普遍增大 ， 6个待开发高含硫气 田 均属高含 H s、 中含 C O ， 腐 蚀机 理不 同。H s和 C O 共存条件下与两者单独条件下 ， 尽管腐蚀类型 仍为开裂和电化学腐蚀两大类 ， 但对金属的腐蚀机 理不同。因为任何材料的腐蚀是一个 由介质环境和 材料构成的体系， 是介质环境对材料的作用 。 3 单井产量增 高， 罗家寨气 田单井配产达 1 0 0 1 0 m。 ／ d 。待 开 发 的 6 个 高含 硫气 田中 ， 单 井产 量 总体上都增加 ， 其 中罗家寨气 田原开发方案确定 的 1 3口生 产 井 ， 初 始 配产 中 ， 有 8口井 均 在 1 0 0 X 1 0 1 T I 。 ／ d以上 ， 最高达 1 4 5 1 0 m。 ／ d ， 其余 5口井也在 5 O 1 0 m。 ／ d以上 。而 已开 发 的 1 1个 高 含 硫 气 田 单井定产大部分在 5 O 1 0 m。 ／ d以下。 上述 3个方面新的变化 ， 使钻、 完井安全作业 的 风险级别进一步提高 。加拿大根 据 H s潜在 释放 量， 将含 H s气井分 为 4类 。其 中 0 ． 1 ～0 ． 3 m。 ／ s 为一类 ； 0 ． 3 ～ 2 ． 0 m。 ／ s为二 类 ； 2 ． 0 ～ 6 ． 0 m。 ／ s为 三类 ； 大于 6 ． 0 m。 ／ s为四类。而潜 在释放 量 又与 H s含量和单井产能有直接关 系。一 、 二类为一般 监控井， 三 、 四类为重点监控井 。 3 ． 抗高含 H s 、 中含 C O 管材和井 口装置等产 品级 别都 很高 。 价格 昂 贵 。 主 要靠 进 口 高 含 硫 气 田开 发 的 核 心 问 题 ， 就 是 根 据 高 含 H s 、 中含 C O 共存条件下 ， 对材料腐蚀机理的研究 和如 何搞 好相 应 的防护 。而 国内外 高 含 硫 气 田 开发 中 ， 特别是 钻 、 完 井 作 业 中 ， 因腐 蚀 和剧 毒 造 成 的灾 难性事故时有发生。 4 ． 气 井周 围人 口密度大 。 外部安全与环境条件差 与加拿大 、 法国、 美 国和俄罗斯等高含硫气 田较 多的 国家相 比， 我 国除西北地 区外 ， 人 口密度都很 大 ， 川渝地区更 属特别 突出地 区之一 。以罗家寨气 田为例 ， 全 部 1 3 个 井组 距井 口 5 0 0 m 范 围 内共 有住 户 2 3 3 4户 9 3 3 4人 ， 平均每个 井组 为 1 8 0户 7 1 8 人 。不仅 拆迁 或撤 离人 员 多 ， 而且 难 度 大 ， 潜 在 的人 身安 全 和环境 保护 等外 部安 全环 境条 件差 。 5 ． 高含 H S与 C O 在气 藏 和 井 简 中的相 态 、 水 合 物和硫 沉积 等 的形成 和影 响还 待研 究 室 内研究认 为， 在 相应 高温 、 高压和高 含 Hz s 与 C O 气 藏 中 ， H S与 C O 极 有 可 能 处 于 超 临界 态 ， 即既 有 气 态 特 征 又 有 液 态 特 征 。钻 、 完 井 过 程 中 ， H S与 C o 进 入 井 筒 内 ， 随着 天 然 气 在 井 筒 中 上 升 ， 温度 和压 力下 降 ， 其 超 临界 态 就有 可 能 转化 为 气态 。在钻井作业 中， 这种相态转变很可能发生爆 炸性膨胀 ， 诱发或加速井喷。 硫沉积和水合物形成 ， 在高含硫气 田开发中均 不同程度存在 。但在钻 、 完井作业中， 因温度和压力 较 高 ， 与气 藏原 始状 态相 比变 化 不 大 ， 上 述 两 个 问题 一 般不存 在 或不 突 出 ， 这在 罗 家 1 1井试 井 又 一次 得 到了证 明 。在 储 层 改 造 中 ， 可 能 会 造 成 一 定 程 度 上 的二次 伤 害 。 总之 ， 目前 ， 对 上 述 问题 的研 究 还 相 当薄 弱 ， 对 钻 、 完 井作 业 的影 响 等 尚在深 入研 究 中 。 6 ． 高含硫气 田钻、 完井标准还不配套 。 井简完整 性 设计 和评 价还 十分 薄 弱 “ 1 2 2 3 ” 特大井喷事故发生后 ， 普遍反映“ 这个 事 故不 是 技 术 问题 ， 而 是 管 理 问 题 ” 。虽 然 这 样 ， 但 也暴露出高含硫气 田钻 、 完井标准还很不配套。如 高含硫气藏标准 、 高含硫气 田钻 、 完井安全作法 包 括何种条件下实施井 口点火 、 高含硫气井安全距离 设 置 、 空气 中 H S安 全 浓 度标 准 以及 高 含 硫气 井 工 程 质 量 评 定 方 法 与 标 准 等 ， 都 还 不 配 套 ， 难 以 规 范 钻 、 完井行为。已有 s Y／ T6 1 6 8 气藏分类标准 还是 1 9 9 5年制定的而且与国际标准很不一致 ， 应尽早修 定 。虽针对高含硫气井地层压力和储 层特征等 ， 从 井身结构、 油、 套管和井 口装置选材及其套管强度与 密封设计， 到钻、 完井作业每个环节， 按照有关标准 从地质到工程都有一个较系统的设计 ， 但从完整性 理念 ， 到满足长期开发需要对钻 、 完井要求 ； 从各环 节受控状态、 完整性设计和评价到管理上 ， 都还十分 薄弱。这一点从前阶段对罗家寨等高含硫气井隐患 排查 和处 理 中可 明显看 出 。 二 、 主要对 策 为安全高效开发好高含硫气田， 特别是当前面I} 缶 的罗家寨 和渡 口河 这类 高 含 H S 、 中含 C 0 2 气 田， 作 为首当其冲， 矛盾最为尖锐的钻、 完井 ， 不单是一个技 术问题 ， 必须从 管理 、 技术 和人 才等 各方 面全 面规 划 ， 严格前期论证与井位审批， 从源头抓起 ， 综合治理。 1 ． 牢 固树 立“ 安 全 第一 、 环 境优 先 、 以 人 为本 ” 理 念 。 使 本质 安 全首先 在认 识上 真正 落实 高 含硫 气 田 因天 然 气 中所 含 H S和 C o 的 强 腐蚀和剧毒 ， 使本身十分隐蔽和易燃易爆的天然气 5 3 维普资讯 天然气工业 2 0 0 8 年 4 月 勘探开发的安全风险极大增加 ， 任何一个环节稍有 不 慎 ， 都 可能 给气 田 、 给人 的生 命安 全 和环 境 造成 严 重损害 ， 必须牢固树立“ 安全第一、 环境优先、 以人为 本 ” 的理 念 。首先 ， 应 以该 理 念 作 为 指 导 思想 ， 以 维 护人民群众根本利益出发， 正确处理好安全 、 环保与 生产发展和企业效益等各种关系。第二 ， 充分认识 强腐 蚀 和剧 毒 给高含硫 气 田勘探 开发 带 来 的极 大风 险 ， 在钻、 完井高风险作业首当其 冲， 必须高度重视 ； 第 三 ， 虽然 有 的事 故确 实存 在客 观原 因 ， 包括 对 客 观 情况 的认识 有 一 个 过程 在 内 ， 但 只 要尽 到 主 观最 大 努力 ， 事故 是 可 以 防止 的。为 实 现 高含 硫 气 田安 全 高效开发 ， 必须使本质安全首先在认识上真正落实。 使高含硫气田钻 、 完井作业的安全做到万无一失 。 2 ． 认 真 总 结 已开 发 高 含硫 气 田钻 、 完 井经 验 与 教训， 研究新情况 ， 解 决新 问题， 坚定安全高效开发 信 心 通过几十年 的努力， 我们不仅建成 了我国第一 个天 然 气 工业 基 地 ， 而 且成 功 开 发 了数 十 个 含硫 气 田， 其中高含硫气 田 1 1 个 。如川西北 中坝气 田雷三 段 气藏 ， H。 S和 C 0 。含 量 分别 达 到 5 ． 2 5 ～ 8 ． 6 和 3 ． 2 9 45 ． 4 3 ， 是一 个典 型的高 H S 、 中含 C O。 气田， 很具代表性 。该气 田平均井深为 3 2 0 0 m， 最 深井 为 3 7 0 6 ． 9 2 m。9口高 含硫 气井 中 5口井 测试 产量在 5 0 1 0 m。 ／ d以 上 ， 平 均 达 8 0 1 0 m。 ／ d 。 其余 4口井在 5 01 0 m。 ／ d以下 ， 平均达 3 O 1 0 m。 ／ d 。 由于大部分 井 为 2 0世 纪 7 0年代 开 发 ， 基 于 当时管材供应情况 和技术水平所 限， 油管全为抗硫 管， 而油层套管还有少数井不能全为抗硫管 ， 5口井 为封 隔器 完井 ， 4口井还是 光 油管完成 。由于制定 和 实施 了一 套 先进 而 有 效 的材 质 选 择 、 防腐 工艺 技 术 含缓蚀剂防腐技术 和防腐在线监测技术， 严格各 环节静、 动态管理 ， 已安全生产 3 0多年， 现仍在生 产。据有关专家评价 ， 其技术水平与 2 0世纪 9 0年 代世界水平相 当 解剖已开发的每个高含硫气 田十 分重要 ， 现场这 个大 试验场 ， 直 接 而长 期考 验 着腐 蚀 与防护工作 ， 无论是 经验或教训都十分宝贵。2 0世 纪 9 0年代后期 ， 特别是 1 9 9 5年 1 2月渡 口河飞仙关 组 高含硫 气藏 发现后 ， 高含 硫气 田腐 蚀 与 防护 技 术 ， 又在 一个 新 的 起 点开 始 。为适 应 高 含 硫气 田开发 ， 在 1 9 7 9年 卧 6 3井高 含硫 现场试 验装 置基 础上 ， 2 0 0 4年又专门在天东 5 一l井这 口高含硫气井 H。 S 含量为 6 ． 5 7 ， C O 含量达 2 ． 7 6 井场上 ， 建设起 了更完善的动、 静态试验装置 。无论室内室外研究 ， 或是 4 O 余年生产中实际应用 ， 值得分析总结的内容 5 4 十 分丰 富。 3 ． 深入 开 展 高 含 H S与 中含 C 0 共存 的腐 蚀 与 防护 技 术研 究 ， 为不 同类 型高 含硫 气 井 优选 抗 腐 蚀油、 套管和制定防护措施， 提供可靠依据 对 H S与 C O 共存 条件下 的腐 蚀 与防 护技术 ， 我 国研究还不多， 面对当前高含 H s与中含 C O 共 存 的研究 就更 为薄 弱 。而该 问题 又 是 高含硫 气 田核 心的问题之一 ， 直接关系着每 口气井 ， 每个高含硫气 田百年大 计 的问题 。深入研 究并 进 一 步弄 清其 腐蚀 机 理 、 H S和 C O 不 同含量 与 腐蚀 速 率之 间的 直接 关 系及 其 相 互之 间 的影 响关 系 ， 就 能 为针 对不 同类 型 高含 硫 气井 区别 不 同情 况 优选 抗 腐 蚀材 质 ， 特 别 是油、 套管及井 口装置和制定有效防护措施， 提供可 靠和可操 作 的依据 。 4 ． 进 一 步强 化 以 井控 和 工程 质 量 为主 的 钻 、 完 井工艺技术 ， 严格执行高含硫钻 、 完井特殊技术措施 和管理 要求 尽 管 高 含硫 气 井 与 高压 气 井 和 中 、 低 压 含 硫气 井 的钻 、 完 井 工艺 技 术 ， 在 基 础 方 面 的要 求 都 相 同 ， 都很 严格 ， 但 却有 一些 自身 的特殊 性 ， 突 出表 现 在强 腐蚀 和剧 毒 的 程 度 更 为 严 重 。 因此 ， 对 钻 、 完 井 来 说， 控制和防护等难度进一步增大。对此 ， 应在高压 气井和中、 低含硫气井钻、 完井作业基础上， 进一步 强化以井控和工程质量 为主 的工艺技术 和关键环 节 ， 更为严格地制定和执行高含硫气井钻、 完井相应 的特殊技 术措施 和管 理要求 。 5 ． 制定和完善高含硫气 田钻、 完井石油行业和 企 业标 准 ， 系统 和严格 规范钻 、 完 井行为 针对 目前 现状， 建 议尽 快制、 修定 如下标 准 ①参考 国外 情况 ， 修定我 国高 含硫 气 藏 标准 ； ② 制定 高含硫安 全评价方法、 风 险分级和安全距离标准； ③修定高含硫气井固井评价方法与分级标准； ④制 定 H s ／C O 共存气井油、 套管管材选择 、 强度与密 封设计标准； ⑤修定高含硫钻柱设计、 使用与维护标 准 ； ⑥制定高含硫气井井筒完整性设计与评价标准 ； ⑦制定高含硫气 田地方政府安全 监管与援助标准 等 。系统 和严格规 范钻 、 完井作 业行 为 。 6 ． 高度 重视 和 加 强 员工 队 伍 和专 家 队伍 建 设 。 努力提 高 队伍的整 体素 质 员工队伍和专家队伍建设十分重要， 这是安全 高效 开发高含 硫气 田的基 础 。俄 罗斯 奥伦 堡 高含 硫 气 田开发 ， 一 开始就严 格培 训员 工 ， 并 在全 国范 围内 选聘8 0 0 0 名专家 ， 十分重视高素质队伍建设。 维普资讯 第2 8 卷第4 期 天然气工业 7 ． 建立 和完 善高 含硫 钻 、 完 井 HS E工作 体 系 建立 和完善高含硫钻、 完井 HS E工作体系 ， 不 断改善 H。 s等全套 HS E监 测与检测手段 ， 努力 提 高 HS E管理水平 。 8 ． 制 定和 完 善 涵 盖 钻 、 完 井 各 环 节 和 各层 次 的 应 急预 案 进 一 步 制 定 和 完 善 涵盖 钻 、 完 井 各环 节 和各 层 次应急预案 ， 完善应急体 系， 充分依靠 和发挥地 方政 府在监管和应急决策与执行 中坚强后盾的作用。 三、 认识与体会 1 含硫气 田和高含硫气 田在我 国和世界 上分 布都比较广泛 ， 已积 累了相应 的高含硫气 田勘探 开 发技术和管理经验。我们也成功地 开发 了一大批高 含硫 气 田。 2 高含硫 气 田开发 难 点 ， 在 各 环 节 中 ， 钻 、 完井 含修 井 作 业 首 当其 冲 ， 难 度 最 大 。而 J I I 渝 地 区高 含硫气 田钻 、 完井作业难度 ， 又突出表现在极为复杂 的地质条件加上高含 H。 s 、 中含 C O 的强腐蚀 和剧 毒的同时存在 ， 使其钻 、 完井难度和风险整体上进一 步增 大 。 3 作 为川渝地 区高含硫气 田钻 、 完井技术 ， 必 须在常规高压气井钻、 完井技术全面要求 的基础上 ， 针对性更强 ， 进一步强化 以工程质量和井控 为主的 重点技术及相应措施 ， 严格执行高含硫气 田钻 、 完井 有关 规定 和标 准 。 4 高含硫气 田开发 的核心问题 ， 就是根据高含 H。 s和中含 CO 。 共存条件下的介 质环境 ， 对材料腐 蚀机理 和如何搞好 相应 的防护进行研究 ， 针对不 同 类型高含硫气井 ， 优选抗腐蚀管材和井 口装置等 ， 并 制定 相应 的防 护 措 施 。安 全 高效 开 发 高 含 硫 气 田 ， 特别是首 当其 冲的钻、 完井作业 ， 不单是一个技术问 题 ， 必须牢 固树立“ 安全第一 、 环保优先 、 以人为本” 的理 念 ， 使 本质 安全 首先 在认 识 和 理念 上 真 正落 实 ， 并在管理 、 科技进步和人才等各方面， 全面规划 ， 从 源头 抓起 。同 时搞 好 完 整 性 设 计 和 评 价 ， 进 行 综 合 治 理 。 5 充 分 重 视 和 认 真 总 结 川 渝地 区 多 年来 高 含 硫气 田开发 和钻、 完井经验教训 ， 充分重视 和认真学 习 国外 高 含 硫 气 田开发 和 钻 、 完 井 先 进 技 术 与管 理 经验 ， 包括引进及消化吸收和多种形式合作。研究 新情况， 解决新问题 ， 就一定能安全高效开发好川渝 高含 硫气 田。 参考 文 献 E l i朱有光 ， 戴 金星． 中国含硫化氢 天然气 的研究及 勘探 前景 E J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 4 ， 2 4 9 卜4 ． E 2 3李士伦． 对 高含 硫气 田开发的几点建议E J 3 ． 天然气工业 ， 2 0 0 7， 2 7 2 1 3 7 1 4 O ． E 3 3赵金洲． 我 国高含 H S ／ C O 气藏安全高效开发钻采的关 键问题E J 3 ． 天然气工业 ， 2 0 0 7 ， 2 7 2 1 4 1 1 4 4 ． E 4 ]李鹭光 ， 黄 黎明． 四川气 田腐蚀特 征及 防腐 措施E J 3 ． 石油 与天然气化工 ， 2 0 0 7 ， 3 6 1 2 7 3 1 ． E 5 3万里平 ， 孟英峰 ． 钻井 中硫化氢腐蚀及控制 E J ] ． 石油 管工 程 ， 2 0 0 7 ， 1 3 2 3 1 - 3 7 ． E 6 3王威达 ， 李平全． 油气 田 H S ／ C O 腐 蚀及 防护技术研 究 进展E J ] ． 石油管工程 ， 2 0 0 6 ， 1 2 3 1 5 2 0 ． E 7 ]曾时 田． 浅谈应 急预案 制定 E J 3 ． 钻采 工艺 ， 2 0 0 5 ， 2 8 4 1 6． 收稿 E l 期2 0 0 8 0 3 2 0 编辑钟水清 55 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载