高含硫化氢和二氧化碳天然气开发工程技术概论

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第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
• 加拿大 是高含 2S气体较多的国家， 其储量占全国天然气总储量的 加拿大是高含 是高含H 气体较多的国家 气体较多的国家， 1/3左右，主要分布在落基山脉以东的内陆台地。 左右， 左右 主要分布在落基山脉以东的内陆台地。 • 俄罗斯气田中含 2S天然气探明储量接近 ×1012m3,主要集中在阿尔 俄罗斯气田中含 中含H 天然气探明储量接近 天然气探明储量接近5× 主要集中在阿尔 汉格尔斯克州，分布于乌拉尔-伏尔加河沿岸地区和宾里海盆地 伏尔加河沿岸地区和宾里海盆地， 汉格尔斯克州，分布于乌拉尔 伏尔加河沿岸地区和宾里海盆地，以奥伦 堡（Orenburg）和阿斯特拉罕（Astrakhan）气田为代表 。 ）和阿斯特拉罕（ ） • 美国、法国和德国等都探明有高含硫气田 。 美国、法国和德国等都探明有高含硫气田 • 我国含硫天然气资源十分丰富，至2007年底，累计探明高含硫天然 我国含硫天然气资源十分丰富 含硫天然气资源十分丰富， 年底， 年底 气储量已超过7000×108m3,约占探明天然气总储量的 ，主要分布在四 约占探明天然气总储量的1/6，主要分布在四 气储量已超过 × 约占探明天然气总储量的 川盆地川东北地区和渤海湾盆地，如普光、罗家寨、 川盆地川东北地区和渤海湾盆地，如普光、罗家寨、渡口河气田和赵兰 庄气藏等 。
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•1995年 我国制定的含硫气藏的划分标准 （ SY/T6168—1995 年 我国制定的含硫气藏的划分标准（ ） 1. 2. 3. 4. 5. 6. H2S体积含量小于 体积含量小于0.0013％的为微含 2S气藏， 气藏， 体积含量小于 ％的为微含H 气藏 含量0.0013％～0.3％的为低含 2S气藏， ％ 气藏， 含量 ％的为低含H 气藏 含量0.3％～2.0％的为中含 2S气藏， 气藏， 含量 ％ ％的为中含H 气藏 含量2.0％ 气藏， 含量 ％～10.0％的为高含 2S气藏， ％的为高含H 气藏 含量介于10％ 气藏， 含量介于 ％～50.0％的为特高含 2S气藏， ％的为特高含H 气藏 含量大于50.0％的为纯H2S气藏。 ％的为纯 气藏。 含量大于 气藏 国内把流体组分中CO2 体积含量大于 ％ 的称为高含 体积含量大于10％的称为高含CO2 国内把流体组分中 气藏 。
高含硫化氢和二氧化碳天然气开发工程技术概论
第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
一、储量状况及分布 二、典型高含H2S和CO2气田开发状况 典型高含 和 三、高含H2S和CO2气田开发状况和主要做法 高含 和
第二节 高含硫化氢和二氧化碳气田开发工程技术现状
一、钻井工程技术 二、采气工程技术 三、地面集输及净化处理工程技术 四、HSE
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第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
全球高含硫天然气资源分布广阔。区域上，欧洲、北美洲和亚洲均 全球高含硫天然气资源分布广阔。区域上，欧洲、 有大面积高含硫气田分布， 有大面积高含硫气田分布，其中俄罗斯和加拿大是高含硫天然气资源较 为丰富的国家，其次为美国、法国、中国和中东地区等；层系上， 为丰富的国家，其次为美国、法国、中国和中东地区等；层系上，主要 分布在侏罗系和二叠系，少量分布在泥盆系、石炭系、 分布在侏罗系和二叠系，少量分布在泥盆系、石炭系、白垩系和下第三 埋深上， 多米到6000多米均有分布， 变化较大 。 H2S含量方 多米均有分布， 系 ； 埋深上 ， 从 1800多米到 多米到 多米均有分布 变化较大。 含量方 面，目前已开发的高含硫气田一般小于40％，大于40％的含硫气田发现 目前已开发的高含硫气田一般小于 ％ 大于 ％ 较少。 较少。 我国已发现的含硫天然气资源区域上主要分布 南方和西部、 我国已发现的含硫天然气资源区域上主要分布在南方和西部、东部 已发现的含硫天然气资源区域上主要分布在 陆上和海域也有发现；层系上，震旦系、奥陶系、石炭系、三叠系、 陆上和海域也有发现；层系上，震旦系、奥陶系、石炭系、三叠系、二 叠系和下第三系等六大层系均有分布；埋深上，现在已发现的含硫气藏 叠系和下第三系等六大层系均有分布；埋深上， 一般为3000～ 7000m， 总体较深且埋深差异较大 ， 如罗家寨气田埋深 一般为 ～ ， 总体较深且埋深差异较大， 含量一般低于20％ 3200～ 4500m， 普光气田埋深 含量一般低于 ～ ， 普光气田埋深4800～ 5800m。 H2S含量一般低于 ％ ， ～ 。 CO2含量在 ％以下，气体中基本不含 7以上烃类组分，部分气田含有 含量在10％以下，气体中基本不含C 以上烃类组分， 有机硫。 有机硫。
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现有的含硫气藏划分标准对高含 2S气藏的定义偏低 。 现有的含硫气藏划分标准对高含H 气藏的定义偏低 的含硫气藏划分标准对高含 气藏的定义 结合国内含硫天然气资源状况及开发、处理工艺现状， 结合国内含硫天然气资源状况及开发、处理工艺现状， 天然气定义为 定义为“ 参照国外划分标准， 高含H 和 参照国外划分标准 ， 将 高含 2S和 CO2 天然气 定义为 “ 以低 分子饱和烃为主、组分中H 体积含量大于 体积含量大于5％并含较高CO2 分子饱和烃为主、组分中 2S体积含量大于 ％并含较高 的混合气体”。 的混合气体”
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第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
二、典型高含H2S和CO2气田开发状况 典型高含 和
加拿大和法国是最早开发高含硫气田的国家 随后美国 开发高含硫气田的国家， 美国、 加拿大和法国是最早开发高含硫气田的国家，随后美国、德国和前 苏联等国家也在这方面取得了成功 苏联等国家也在这方面取得了成功 。 目前，我国已成功开发了一大批中低含量天然气田， 目前，我国已成功开发了一大批中低含量天然气田，如四川的威远 卧龙河、磨溪气田及长庆靖边气田等， 、卧龙河、磨溪气田及长庆靖边气田等，形成了一套中低含硫气藏开发 配套技术。 配套技术。 高含H 和 气田开发工程技术还不配套 安全管理体系还有 技术还不配套， 但 高含 2S和CO2 气田开发工程 技术还不配套 ， 安全管理 体系还有 待完善，存在较大的开发难度， 待完善，存在较大的开发难度，已探明的高含硫气田正在逐步投入开发 。
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第三节 高含硫化氢和二氧化碳气田开发政策法规简述
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根据天然气中H 含量的高低 含量的高低， 根据天然气中 2S含量的高低，国内外分别提出了高含 H2S和CO2天然气藏的分类标准 。 和 • 加拿大和美国等国家 1. H2S体积含量小于 体积含量小于0.0014％的为微含 2S气藏 ； 体积含量小于 ％的为微含H 气藏 2. 含5.0％的为中含 2S气藏 ； ％的为中含H 气藏 3. 含量 ％～1.0％的为含 2S气藏； 含量0.3％ 气藏； ％的为含H 气藏 4. 含量 ％～5.0％的为中含 2S气藏； 含量1.0％ 气藏； ％的为中含H 气藏 5. 含量大于 ％的为高含 2S气藏。 含量大于5.0％的为高含H 气藏 气藏。
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第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状 国内外研究成果表明，世界上已发现的高含硫天然气田的分 国内外研究成果表明 ， 世界上已发现的 高含硫天然气田的分 无论在时代上还是在区域上，均与碳酸盐布，无论在时代上还是在区域上，均与碳酸盐-蒸发岩剖面中石膏 的分布具有较好的一致性。碳酸盐-蒸发岩剖面中的硫酸盐（ 的分布具有较好的一致性。碳酸盐-蒸发岩剖面中的硫酸盐（石膏 形成的基础。 ）是H2S形成的基础。 我国石膏绝大多数为沉积成因 主要分布在早寒武世 在早寒武世、 我国石膏 绝大多数为沉积成因， 主要分布 在早寒武世 、 中奥 绝大多数为 沉积成因， 陶世、早中石炭世、早中三叠世和白垩-早第三纪。其中， 陶世、早中石炭世、早中三叠世和白垩-早第三纪。其中，早中三 叠世以前的均为海相石膏，而从侏罗纪开始直到第四纪， 叠世以前的均为海相石膏， 而从侏罗纪开始直到第四纪， 则以陆 相为主。相对而言，海相膏岩更有利于H 的形成和保存。 相为主。相对而言，海相膏岩更有利于H2S的形成和保存。
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第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
一、储量状况及分布 （一）储量状况 高含H 和 高含 2S和CO2天然气全球资源量巨大 。目前全球已发 400多个具有工业价值的高含 S和 多个具有工业价值的高含H 气田（ 现400多个具有工业价值的高含H2S和CO2气田（藏），主要 分布在加拿大 美国、法国、德国、俄罗斯、 加拿大、 分布在加拿大、美国、法国、德国、俄罗斯、中国等国家和 中东地区。 中东地区。
气田
气田
建南 中坝 渡口河 铁山坡 卧龙河
龙门 罗家寨 普光 罗家
1.3～1.5 赵兰庄 ～
第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
（二）储层分布情况
高含硫天然气的形成于H 的成因有关 的成因有关。 高含硫天然气的形成于 2S的成因有关。 现有的研究表明， 的成因类型主要有生物成因（ 现有的研究表明，H2S的成因类型主要有生物成因（Bacterial 的成因类型主要有生物成因 Sulfate Reduction， 简称 ， 简称BSR） 、 热化学成因 （ Thermochemical ） 热化学成因（ Sulfate Reductio，简称 三大类， ，简称TSR）和火山喷发成因三大类，其中硫酸 ） 火山喷发成因三大类 盐热化学反应（ 盐热化学反应 （ TSR） 是高含硫天然气形成的重要机制 。 CO2 成 ） 是高含硫天然气形成的重要机制。 因可分为有机和无机两大类 其中，有机成因CO2 由沉积有机质 有机和无机两大类， 因可分为 有机和无机两大类 ， 其中 ， 有机成因 热降解和裂解租用等形成；无机成因CO2 一般由海相碳酸盐岩热 热降解和裂解租用等形成 ； 无机成因 分解形成，同时幔源侵入CO2也是无机成因的一种重要类型。 也是无机成因的一种重要类型。 分解形成，同时幔源侵入
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第一节 高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
（一）法国拉克气田
拉克气田是法国主要的高含硫气田之一 世纪50年代法国获得 拉克气田是法国主要的高含硫气田之一，是20世纪 年代法国获得 法国主要的高含硫气田之一， 世纪 的第一个大气田 。 气 田 为 一 背 斜 构 造 ， 北 缓 南 陡 ， 含 气 面 积 120km2 ， 地 质 储 量 3226×108m3。气藏平均井深 气藏平均井深3800m，最深井达 × ，最深井达5000m。 。 储层为一组巨厚的碳酸盐岩 分上下两部分， 储层为一组巨厚的碳酸盐岩，分上下两部分，上部是下白垩统尼欧 为一组巨厚的碳酸盐岩， 克姆阶（Neocomian）灰岩，下部是上侏罗统马诺（Mano）白云岩， 克姆阶（Neocomian）灰岩，下部是上侏罗统马诺（Mano）白云岩，是 主要产气层段。 主要产气层段。 储集空间以孔隙为主，储层裂缝较发育，在纵横向上呈网状分布， 储集空间以孔隙为主，储层裂缝较发育，在纵横向上呈网状分布， 是主要的渗流通道。 是主要的渗流通道。 气层原始地层压力66.1MPa，地层温度 ，地层温度140℃。天然气组分中甲烷占 气层原始地层压力 ℃ 69％，乙烷占 ％,H2S占15.6％，CO2占9.3％，其他组分占 ％ 乙烷占3％ 占 ％ ％ 其他组分占3.18％。 ％ 拉克气田是一个典型的深层高压、无边底水的高含硫气藏。 拉克气田是一个典型的深层高压、无边底水的高含硫气藏。 典型的深层高压
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我国主要高含硫气田（ 表1 我国主要高含硫气田（藏）统计表
累计探 明地质 储量 /108m3 100.25 186.30 359.00 373.97 408.86 H2S体 CO2体 体 积含量/ 积含量/ 积含量 积含量 ％ ％ 4.05 6.75～ ～ 13.3 9.79～ ～ 17.1 14.37 5.0～ ～ 7.28 1.9～5.5 ～ 2.9～10 ～ 6.4～8.3 ～ 累计探 明地质 储量 /108m3 183.99 797.36 3812.59 3.66 — H2S体 体 C 体积 积含量/ O2 积含量 含量/％ 含量 ％ ％ 7.65 6.7～ ～ 16.65 15.2 4.0～6.5 ～ 92 — 5.8～9.1 ～ 8.6