高含硫气井安全隐患治理技术思路与实践

２ 高含硫气井安全隐患评估
尽管一口井可能存在上述的某种安全风险 ，但它 不是封闭的唯一条件 ，不是所有高含硫气井均存在安 全隐患和开发风险 。 本着“安全环保 、科学发展 、效益 开发”的原则 ，为了科学开发好高含硫气田 ，消除高含 硫气井已存在的安全隐患 ，结合高含硫气井隐患特征 ， 通过对高含硫气井地质 、钻井 、固井 、完井 、材质 、防腐 、 地面人居环境等方面开展综合评估 ，对存在风险的气 井针对性地制订治理方案 ，才能真正实现高含硫气田 的安全开发［３‐４］ 。
压井平稳后 ，将采气井口换装成防喷器 。 上提 、正 转管柱实施解除锚定 。 如果解除锚定不成功 ，则实施 油管倒扣或切割作业 ，起出封隔器以上管柱 。 ３ ．２ ．１ ．３ 封堵产层
下入钻具 ，通过钻具向产层试挤入压井液 ，根据流 量决定是否能向产层挤入水泥浆 。 如果有条件则最好 先产层挤入水泥浆 ，以达到产层有效封堵 。 在原封隔 器以上座封桥塞 ，在其上注入水泥塞并试压合格 。 ３ ．２ ．２ 井筒薄弱段及关键部位封闭方案 １）尾管悬挂器 、分级箍 、套管回接处和套管偏磨处 是套管受损和密封的薄弱点 ，为确保井筒尾管悬挂器 、 分级箍 、套管回接等薄弱点的安全 ，封堵产层后 ，在薄
作者简介 ：李长忠 ，１９５９ 年生 ，高级工程师 ；长期从事油气井完井 、修井 、采油气工艺及油气田开发工作 。 地址 ：（６１００８１ ）四川 省成都市府青路一段 ３ 号 。 电话 ：（０２８）８６０１２５６８ 。 Ｅ‐ｍａｉｌ ：ｌｉｃｈａｎｇｚｈｏｎｇ＠ ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ ．ｃｏｍ ．ｃｎ
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天 然 气 工 业 ２０１０ 年 １２ 月
井 Ｃ‐１１ 油层套管分节箍发生泄漏 ，天然气通过上部漏 层进入相邻的回注井 Ｃ‐注 １ ，因回注井固井质量不合
格 ，天然气沿上部断层和裂缝上窜到地表发生环境风 险 ，经治理达到安全状态（图 １） 。
井筒注入重钻井液 ，安装简易井口及压力表 ，井口周围 需进行必要的保护 。 ２）对于油层套管固井质量合格 ，产层部位以上管 外水泥有 １００ ｍ 连续井段固井质量优的井 ，这类井含 硫天然气沿套管外上窜的风险极小 。 因此 ，可采用先 对产气层挤水泥封堵 ，然后用桥塞 ＋ 水泥塞封闭 ，最后 一段水泥塞应封在套管薄弱段以上 ，每段水泥塞长度 不低于 ２００ ｍ ；井筒内注入钻井液 ，井筒内应下入光油 管 ，安装与区域地层压力相符的采气井口 ，井口周围需 进行必要的保护 ，可作为上部潜力层回采井观察利用 。 ３）对于产量低无经济开采价值的高含硫气层 ，因 套管固井质量合格不会发生含硫天然气上窜泄漏的风 险 ，上部地层又具有勘探开发潜力 ，可采用桥塞 ＋ 水泥 塞封闭 ，封闭产层的水泥塞厚度应大于 ２００ ｍ 。 井筒 注入钻井液或清水压到井口 ，井筒内应下入光油管 ，安 装与区域地层压力相符的采气井口 ，井口周围需进行 必要的保护同时可利用该井实施回采工作 ，充分利用 现有资源 。 ４）所有封闭井应对井口进行保护 ，安装一条放喷管 线 ，加强压力观察 ，按生产井管理模式建立资料台账 。 ３ ．２ 封闭方案 ３ ．２ ．１ 产层封闭方案 ３ ．２ ．１ ．１ 压井 油管内采用挤注法压井 ，将油管内的气体挤入地 层 ，实现压井液液柱压力与地层压力平衡 ，同时向气层 挤入一定量的压井液 ，防止气窜 。 当油管内压井成功 后 ，采用打开 ＣＭ ＰＡ 滑套 ，建立油 、套循环通道 。 如果 ＣＭ ＰＡ 滑套打不开或无滑套 ，则进行油管穿孔 ，采用 油套循环压井 ，最终达到压井平稳 。 ３ ．２ ．１ ．２ 解除封隔器锚定或切割油管
图 ２ Ｗ１４ 井腐蚀泄漏及地面人居环境现状图
１ ．４ 钻井中上部套管磨损 ，降低了油层套管的强度 ， 存在套管损坏泄漏风险 随着深井和大斜度井的广泛应用 ，由于钻井周期 较长 ，起下钻次数多 ，如果防磨措施不到位 ，上部套管 容易被磨损 ，大大降低油层套管的强度甚至损坏 。 如 生产管柱出现窜漏 ，套压上升出现套管超压和泄漏的 安全隐患 。
第 ３０ 卷第 １２ 期 开 发 工 程
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高含硫气井安全隐患治理技术思路与司 ２ ．中国石油集团川庆钻探工程有限公司
ＤＯＩ ：１０ ．３７８７ ／ｊ ．ｉｓｓｎ ．１０００‐０９７６ ．２０１０ ．１２ ．００１
川渝气区高含硫气田主要分布在川东地区 ，由于 气井普遍具有井深 、高酸性 、高压 、高产等特点 ，气井纵 向上地质结构复杂 ，存在多裂缝系统 、浅表层漏失严重 的问题 。 地理位置属于山区 ，交通极不方便 ，人居密度 较大 。 高酸性气体腐蚀性强 ，易导致井下管柱腐蚀 。 如遇气井本身存在缺陷 ，含硫天然气经油 、套管丝扣 、 工具等处渗漏 ，并沿上部裂缝系统窜漏至地表 ，将直接 影响气井安全生产和威胁到地面人居环境安全 。 为确保高含硫气田安全开发 ，实现“安全环保 、科 学发展 、效益开发” 。 按照“科学治理 、不留隐患”的原 则 ，达到对存在隐患的高含硫气井彻底封堵的目的 ，通 过组织国内 、外的钻井 、完井 、测井及安全风险评估等 相关技术专家对现有高含硫气井逐井核查 、评估和重 新审视 ，制订了一系列治理方案 ，经现场实践和总结 ， 形成了一套适宜于高含硫气井安全隐患评估和治理的 技术思路［１‐２］ 。
图 １ Ｃ‐１ 井组间窜通示意图
１ ．３ 气井的不完整性也会带来安全隐患和风险 ① 井口装置存在缺陷 ；② 油层套管固井质量较差 ； ③ 油层套管丝扣渗漏 ；④ 完井管柱存在缺陷（未下入永 久式封隔器 ，油管丝扣和工具存在泄漏 ） ；⑤ 防腐工艺 措施不到位 ，油 、套管和井口装置存在腐蚀和渗漏 ；⑥ 高含硫气井存在缺陷 ，又处于人口密集和环境敏感区 域 ，存在高含硫气泄漏导致环境污染 。 如位于人口聚 集区的 Ｗ１４ 井 ，Ｈ２ Ｓ 含量 ６５ ．８ ｇ ／ｍ３ ，存在井口 、井下油 套管腐蚀泄漏及硫化氢中毒的严重安全隐患 （图 ２） 。
３ 高含硫气井永久封闭技术方案
根据评估结果 ，针对存在严重安全隐患的高含硫 气井（属于 Ａ 级） ，按照“科学治理 、不留隐患”的原则 ， 达到对高含硫气井彻底治理的目的 。 认真编制高含硫 气井永久封闭技术方案和单井设计（包括地质设计 、工 程设计 、施工设计和安全 、环保预案）［５‐６］ 。 ３ ．１ 治理技术思路 １）对于油层套固井质量未达标 ，存在天然气上窜 泄漏危险的井需对气层进行挤水泥封堵 ，并对套管外 窜槽井段采用射孔 、挤水泥封堵 ；套管内采用桥塞 ＋ 水 泥塞段封闭 ，原则上应该分 ２ ～ ３ 段进行封堵 ；在有效 封闭井段的套管外应有 １００ ｍ 左右的优质水泥塞段 ， 防止天然气经管外窜到地表 ，每段水泥塞长度不低于 ２００ ｍ ，最后一个水泥塞位置应在表层套管鞋以上 。
１ 高含硫气井存在的主要安全隐患
四川东部地区高含硫气井 ，硫化氢含量高 （Ｈ２ Ｓ 含量大于等于 ５％ ） 、压力高 （井口关井压力大于等于 ３０ Ｍ Ｐａ） 、井深 （大于 ４ ０００ ｍ ） 、单井气产量高 （大于
１００ × １０４ ｍ３ ／ｄ） ；气井纵向上地质结构复杂 ，上部地层 断层 、裂缝发育 ，浅表层井漏严重 ，影响固井质量 ；丛式 井井口间距太近 ，易造成井间互窜 ；井斜较大 （超过 ４５°） ，套管存在磨损 ，强度降低 ；高含硫气井地处山区 ， 地面交通不便 ，人居密集 ，其危害性较大 。 １ ．１ 高压 、高含硫气引起完井管柱渗漏 、套管环空窜气 一是早期在高含硫气井中油 、套管未使用气密封 扣 ，高压气容易经油 、套管丝扣 、井下工具泄漏（如井下 安全阀 、滑套 、伸缩接头和封隔器等） ，引起各层套管带 压甚至经地表断层 、裂缝窜漏到地面形成安全风险 ；二 是完井油 、套大部分是采用碳素钢类抗硫材质 ，如因防 腐措施不到位 ，因综合腐蚀导致油 、套管穿孔 ，高含硫 天然气渗漏到上部地层形成安全隐患 。 １ ．２ 套管附件存在薄弱点 ，固井质量差导致套管间窜气 因井深大部分采用“三开三完”的井身结构 。 由于 气井较深 ，一方面在固井工艺上常采用悬挂与回接的 方式 ，因受温差大的影响和套管间隙小的限制 ，上部套 管和尾管的固井质量较差 ；另一方面由于祼眼井段长 ， 压力系数相差大 ，如采用分级箍固井 ，这些固井附件成 为油层套管的薄弱点 。 一旦完井管柱发生泄漏 ，便会 引起套管间和上部地层窜气 。 如 Ｃ‐１ 丛式井组 ，生产
第 ３０ 卷第 １２ 期 开 发 工 程
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２ ．１ 组织成立评估专家组 聘请国内钻井 、完井 、测井 、材料 、防腐和安全等相 关专业专家组成评估专家组 。 综合应用相关技术和标 准对高含硫气井进行评估并形成评估报告 。 ２ ．２ 确立高含硫气井安全风险分类标准 根据安全风险程度分为 Ａ 、Ｂ 、Ｃ ３ 级 。 其中 ：Ａ 级 属于存在严重安全隐患 ，急需实施永久性封闭治理 ；Ｂ 级属于存在一定安全隐患 ，但通过治理后恢复生产 ；Ｃ 级是气井虽然存在一定缺陷 ，没有大的安全风险可监 控使用 ，需制定详细的监控措施 。 ２ ．３ 确定高含硫气井评估和治理原则 １）严格执行气田开发纲要 。 ２）锁定不完整的高含硫开发井和“三高”探井 。 ３）重点敏感区域必须把安全 、环保放在首位 。 ４）综合考虑高含硫气田安全开发和效益开发 。 ５）气井封闭原则还要充分考虑上部地层的勘探开 发潜力和综合利用 。 ６）对存在严重安全隐患风险的高含硫气井和“三 高”探井应彻底治理 。 ２ ．４ 通过对高含硫气井逐井排查 ，建立高含硫气井单 井评价档案 ① 单井井史卡片 ；② 井身结构图 ；③ 各层套管数据 表 ；④ 固井数据及质量评价 ；⑤ 完井管柱结构及相关数 据 ；⑥ 井口装置及相关压力资料 ；⑦ 气井产量 、流体性 质 ；⑧ 气井钻井 、完井及生产过程中有关历史事件记 载 ；⑨ 防腐措施 ；⑩ 气井周围 ５００ ｍ 范围内人居环境 调查情况 ；皕瑏瑡 井安系统 ；皕瑏瑢 评估结论及建议 。
李长忠等 ．高含硫气井安全隐患治理技术思路与实践 ．天然气工业 ，２０１０ ，３０（１２） ：‐ ． 摘 要 针对四川盆地东部地区高含硫气井在前期开发过程中因气井本身结构的不完整性和复杂的地质构造 、人 居环境 ，导致部分气井存在一定安全隐患的问题 ，为实现其安全隐患的科学治理 、彻底根治 ，结合四川东部地区含硫气井 的特点和完井现状 ，通过对完井管柱 、完井套管 、固井 、复杂地质结构及气井本身完整性等的综合分析 ，形成了高含硫气 井安全隐患分析及综合评估方法 ，对油层套管固井质量未达标 、油层套管固井质量合格 、产量低无经济开采价值的高含 硫气井进行分类 ，形成各具特色的治理技术思路 ，并制定了产层封闭 、井筒薄弱段及关键泄漏部位封堵等的永久封闭配 套技术方案 。 通过现场治理的实践 ，达到了科学治理 、不留隐患的隐患治理要求 ，所形成的高含硫气井安全隐患治理的 隐患分析方法 、治理技术思路和永久封闭配套技术 ，对类似气井的安全隐患综合治理工作具有一定指导意义 。 关键词 四川盆地 东 气井 硫化氢 安全 隐患 技术 实践