川东北地区高温高压高含硫化氢深井测试工艺技术

川东北地区高温高压高含硫化氢深井测试工艺技术

【摘要】川东北海相碳酸盐气藏具有埋藏深、高压、高产、高含硫化氢的特点，针对这种深井及超深井，地层条件恶劣且复杂的试气测试，不仅要求工艺技术安全可靠，确保测试的一次成功，而且也要求工业技术操作性、可行性强，容易掌握与实施。经过几年的摸索与实践，结合目前川东北地区现场试气测试工艺技术，对该地区测试工艺技术进行了总结，形成了一套比较完善、容易掌握与实施的测试工艺技术，为该区的试气测试提供技术保障。

【关键词】川东北 高温 高压 高含硫 测试工艺

四川常把井深4000-6000的井叫做深井，把井深超过6000m的井叫做超深井，深井具有地层压力大，地层温度高的特点。目前国际上把深井的试气叫做高温高压井测试。川东北海相碳酸盐岩气藏位于四川盆地的东北部，北侧西段为米仓山隆起及其前缘，东段为大巴山推覆带前缘褶断带，西邻川北及川中平缓构造带，东侧、南侧为盆地东部平行及弧形断褶带。该地区具有高压（地层压力70MPa及以上）、高产（天然气无阻流量达100万/天及以上）、高含硫（地层气体介质H2S含量达1000ppm及以上），埋藏深（平均深度5000m），即三高一深的特点，为了能顺利的进行完井试气测试，取全取准该地区的地层资料，一套安全可靠的试气工艺技术至关重要，经过这几年不断的改进完善测试工艺技术，形成了一套比较适合川东北地区高温高压高含硫化氢深井的测试工艺技术。

1 测试工艺技术

1.1 井口装置1.1.1 采气树

根据地层压力大小选择采气树，预测井口关井压力≥70MPa气井，采气树4号总闸阀应采用液动平板阀。根据所有试气层预测H2S最高含量选择采气树的防硫级别，H2S含量小于50g/m3，采用DD级采气树；H2S含量在50-150g/m3，采用EE级采气树；H2S含量在150-200g/m3，采用FF级采气树；H2S含量大于200g/m3，采用国外生产的HH级或更高级别的防硫采气树。川东北深井试气测试，H2S含量一般在50g/m3以上，故多采用国产的105MPa×FF/EE级防硫采气树，双翼双阀，采气树1号阀与盖板法兰为整体式，4号闸门为液动阀，性能满足测试工况的需要。对压力超高或的H2S含量大于200g/m3井，选用国外生产的140MPa×HH级防硫采气树。105MPa和140MPa采气树油管悬挂器均采用金属主密封+橡胶副密封相结合的密封方式。

1.1.2 防喷器

深井试气测试防喷器组一般采用四闸板组合（自上而下）：半封闸板+剪切闸板+全封闸板+半封闸板，防喷器组有远程液压控制和手动控制功能，液控柜的控制头满足控制对象数量的需要外，还至少有一组备用控制头。根据管柱组合情况安装闸板胶芯。1.1.3 内防喷工具

井口准备有与井内油管丝扣相匹配的旋塞阀、回压凡尔（带抢装工具）、防喷单根，组成抢喷工具的所有构件均防硫，防硫级别均为EE级，额定工作压力均为105MPa，强度不差于油管，能够在生产套管内顺利下入，环空间隙足够大。一旦出现险情，立即连接井内油管，关闭旋塞阀或回压阀尔、切断油管通道。

1.2 地面测试流程

针对川东北地区高温高压高含硫化氢深井的试气测试，地面测试流程设计为FF/EE级三级节流抗硫测试流程，该流程主要由三台105MPa×FF/EE级测试管汇（与井口双油双套连接）、一套热交换器、一套乙二醇注入泵及乙二醇、分离器组成。KQ-105MPa/65管汇台油压、套压进口两侧安装105MPa远程液控闸门；该测试流程满足替浆、洗井、放喷、求产、分离计量、保温、正反循环压井等功能。该测试流程具有以下功能：

（1）抗硫化氢腐蚀脆化；

（2）耐受高温高压；

（3）耐磨损，防刺漏；

（4）节流降压；

（5）快速截流；

（6）蒸气保温；

（7）气液分离；

（8）测试数据自动采集；

（9）远程点火。1.2.1 节流降压技术

川东北地区高压高温高含硫化氢深井试气测试，因地层压力高，施工现场多采用国产的不同压力级别的三级管汇台逐级节流，第一级为105MPa，第二级、第三级为70MPa。通过节流管汇台上的针阀和油嘴，将地层喷出的高压气体逐步转变为低压气体，并进行测试求产。同时根据地层气体中H2S含量的多少，选择FF或EE级管汇台。

1.2.2 快速截流技术

快速截流是当测试施工中出现影响施工安全的紧急情况时，及时地切断通道的安全防范措施。

整个试气流程中设置有两个紧急控制装置，一是在采气树4号液动平板阀，当采气树4号闸门以上刺漏需要紧急关井时，可以通过采气树液控箱实现4号液动平板阀的快速关闭，从而实现快速关井。二是在一级105MPa节流控制管汇上，双油双套都安装有液动平板阀，当出现紧急情况，可以通过远程控制箱实现液动平板阀的快速关闭，起到保护下游流程管线的作用。1.2.3 蒸气保温技术

地层高压气体经过油嘴后，压力会变低，根据物理学原理，在一定温度下，P1V1=P2V2，气体过油嘴后，压力降低，体积增大，气体对外做功，自身能量减小，故温度降低。而温度低于周围物体温度后，会从周围物体上吸收热量，导致周围物体的温度也会降低，当温度低于0℃时造成结冰，甚至形成冰堵，从而影响正常试气测试。测试过程中需要有外界给易发生冰堵的地方提供热量，现场利用锅炉将水加热成水蒸气，通过管道输送到防硫热交换器和油嘴处，将天然气加热、提高温度，使天然气节流降压膨胀后的温度高于形成水化物的临界温度，从而可以防止天然气形成水化物堵塞流程和管道。有时也采用向流程管线中注入已二醇，使之融入液化后的液体，形成混合物，而混合物凝固点较低，从而也避免了冰堵现象的发生。

1.2.4 气液分离技术

四川地区一般是天然气与地层水的分离，有时是天然气与残酸液的分离，所以一般采用的是气液两相分离器，额定工作压力为15MPa，分离器接有安全阀，安全阀上破裂盘的破裂压力略小于分离器额定工作压力，当分离器内的压力大于安全阀上破裂盘的破裂压力时，会击破破裂盘泄压，从而保护分离器。分离器的泄压管线单独一条，接至防喷池。

1.2.5 数据自动采集技术

利用安装在流程上的压力、温度传感器，将压力、温度信号转变为模拟信号传输到数据采集箱，通过装在计算机上的数据采集软件将模拟信号转化为数据，实现自动采集压力、温度数据。采集的数据有油压、套压、分离器压力、油温、流量计上流压力，流量计下流压力、流量计上流温度等。数据采集系统内可以设置报警值，当所监测的压力或温度大于设定的报警值时，数据采集系统会自动报警。在分离器出气管线和三级降压后的放喷管线上靠近放喷池40-60m处安装有临界速度流量计，根据气产量的大小，选择合适的孔板进行测气求产，当流量计下流压力≤0.546×流量计上流压力时，气流达到临界状态，这时数据采集软件根据气体流量公式自动计算出气产量大小。

1.2.6 远程点火技术 主、副防喷池管线至少各1条和分离器出水管线安装有缓冲式燃烧筒，燃烧筒直径≥500mm，长度≥1.2m。现场配备有“长明火”、射程50m以上的“远程礼花弹”、中国石化总部验收通过的天然气井“新型”高能电子点火装置。在试气施工中，必须保证放喷口长明火。但当气产量很大时可能因为涡流或井内出液使放喷口长明火熄灭，可以通过安装在距离放喷口100左右的高能电子点火装置实现远程快速点火，避免了近距离点火可能造成的人身伤害（如图1所示）。1.3 井下