高温高压含硫气井测试地面流程优化

第5期
牟小清等. 高温高压含硫气井测试地面流程优化
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井 口 流 温 的 计 算 公 式 见 式(2)[2]： t0′=(t-t0)(0.0121295Q-4.6919×10-5Q2)+t0 (2) 式 中 ：t0 为 井 口 常 年 平 均 气 温 ，℃ ；t0′ 为 产 量 为 Q 时 井口最高温度，℃；t 为气层中部温度，℃；Q 为测试 时 的 产 气 量 ，104m3/d。 川东北气藏典型含硫气井的井口流温预测结
3.2 井口流温预测分析 井口流温是测试流程采取合理保温系统的基
本 依 据 。 由 于 H2S、CO2 的 腐 蚀 特 性 与 温 度 有 关 ， 因 此井口流温也是确定井口装置及测试流程管线材 质的重要参数。
作 者 简 介 ： 牟 小 清 ， 工 程 师 ，1999 年 毕 业 于 中 国 地 质 大 学 ( 北 京 ) 石油工程专业，现主要从事油气井测试及技术管理工作。 E-mail ：mxq750130@sina.com
川东北气藏典型含硫气井的最高关井压力计
算结果见表 1。
表 1 川东北气藏含硫气井最高关井压力预测
井号 HB1 井 HB2 井 YB2 井 DW1 井 PG1 井
地 层 压 力 /MPa 111.11 101.615 66.578 53.21 55.66
预 测 关 井 压 力 /MPa 94.89 87.6 55.5 41.4 37.98
川东北气藏目前在最大操作压力下的天然气 和 水 的 流 量 为 158×104m3/d、1108m3/d， 采 用 EXPRO 三相分离器进行分离计量。 天然气和油水分别采用 孔板流量计和涡轮流量计计量，既可以连接数据采 集系统进行自动计算，也可手动计算或通过流量计 面板的显示器直接读数。
EXPRO三 相 分 离 器 使 用 “弹 簧 安 全 阀+破 裂 盘 ” 的两级安全装置。 4.4 地面采集监测系统
管 汇 台 3 ( 70MPa )
通道 1 通道 2 通道 3
通道 4
通道 1 通道 2 通道 3 通道 4
放 放 测 测 放 放 放 放测
喷 喷 试 试 喷 喷 喷 喷试
管 管 管 管 管 管 管 管管
线 线 线 线 线 线 线 线线 1 2 1 2 3 4 5 63 号 号 号 号 号 号 号 号号
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中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
2010年 第 15 卷
图 1)。 由 于 多 级 地 面 流 程 配 合 使 用 ， “70MPa-35MPa ”
两级双翼节流流程降压能力大幅度提高，在整个测 试过程中能随时按照设计要求调整井口回压，同时 对排液、排酸、排气等进行控制。 该流程具有足够的 硫化氢防护设备，并采用远程自动点火装置，有效 提高了测试的安全性。
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2010年 第 15 卷
高温高压含硫气井测试地面流程优化
牟小清，张 晶，邓红英，漆联波
( 中 国 石 化 西 南 石 油 局 井 下 作 业 公 司 ， 四 川 德 阳 618000)
摘 要 川东北气藏属于高温、高压、高产和含硫海相碳酸盐岩气藏。 该气藏气井常规地面测试流程存在地面管汇多处节流
压井节流管汇
环空 2
环空 1
锅炉
热交换器
环空测压管线 安全测压管线
环 空 监 测 管 汇 台 3 ( 35MPa )
管 汇 台 2 ( 35MPa )
油压
套压
放喷管线 1 测试管线 2 放喷管线 3
针阀测压管线
排污管线 1 安全放空管线 1 放喷管线 4
7
通道 1
通道 2
通道 3
管 汇 台 1 ( 70MPa )
按酸性气体的分压来评价。 计算方法：最大关井压 力 与 H2S、CO2 体 积 百 分 含 量 相 乘 。
统 计 结 果 表 明 ： 川 东 北 PG 区 块 的 H2S 分 压 为 4.67~6.69MPa ( 平 均 为 5.94MPa)，CO2 分 压 为 3.27~ 3.61MPa( 平 均 为 3.4MPa)； 通 南 巴 地 区 HB1 井 飞 仙 关 组 微 含 硫 ，H2S 分 压 为 0.52MPa，CO2 分 压 为 0.44MPa，明 显 低 于 PG、YB、罗 家 寨 等 区 块 。 4 地面测试流程优化 4.1 节流系统
川 东 北 PG 气 田 预 测 最 高 关 井 压 力 为 37.98 ~ 39.15MPa， 第 一 级 选 择 70MPa 管 汇 台 ， 第 二 级 选 用 35MPa 管 汇 台 。 通 南 巴 HB 区 块 、YB 区 块 最 高 关 井
压 力 为 64.88~94.89MPa， 第 一 级 选 用 105MPa 管 汇 台 ， 第 二 级 选 用 70MPa 管 汇 台 ， 第 三 级 选 用 35MPa 或 70MPa 管 汇 台 。 4.2 加热保温装置
流量计
分离器
图 1 PG101-3 井 测 试 地 面 流 程 图
测温测压套； 液控平板阀； 法兰四通； 节流阀； 平板阀； 油嘴套； 安全阀；
节 流 管 汇 ( 105MPa )
管 汇 台 4 ( 70MPa )
油套 压压 11
接水泥车
油套 压压 22
压 井 管 汇 ( 105百度文库Pa )
接泥浆泵
接放喷管线
关键词 川东北气藏 高温 高压 硫化氢 气井 地面测试流程 优化
1 前言 川东北气藏属于海相碳酸盐岩气藏，已发现的
普光、 元坝和河坝等区块的主力气层为嘉二段、飞 三 段 、长 兴 组 ，埋 深 为 4000~7500m。 为 了 实 现 安 全 、 快速、高效评价储层，开展了适用于川东北气藏高 温、高压、高产和含硫特性的地面测试工艺的研究。 2 地面测试工艺的难点及存在问题
和 转 向 ， 容 易 形 成 冰 堵 、 现 场 操 作 复 杂 、 含 H2S 气 井 测 试 现 场 安 全 性 要 求 高 ， 不 易 采 用 人 工 方 式 等 难 点 。 对 气 井 常 规 地面测试流程进行了优化：①在测试期间原则上不频繁开关采气树闸阀，第一级节流管汇要临时起到作为井口装 置 的 作 用 ， 多 台 管 汇 台 组 合 使 用 ； ② 采 用 热 交 换 效 率 高 的 EXPRO 35/14 型 换 热 器 和 EXPRO 三 相 分 离 器 ； ③ 采 用 EXPRO 地 面 数 据 采 集 系 统 ， 可 实 时 采 集 监 测 数 据 ， 并 可 以 以 数 字 或 曲 线 图 的 形 式 显 示 ， 按 需 生 成 各 种 报 告 ；④ 在 流 程 管 汇 与 井 口 之 间 设 置 了 ESD 紧 急 关 闭 阀 ， 可 实 现 瞬 时 关 井 。 PG101 -3 井 和 HB2 井 的 现 场 应 用 表 明 ， 优 化 的 “70MPa-35MPa ” 和 “105MPa-70MPa ” 两 级 节 流 地 面 测 试 流 程 具 有 闸 门 倒 换 灵 活 、 易 于 实 现 有 效 井 控 的 优 点 ， 能 适 应 高压、高产、较长时间下测试的需要，完全能满足川东北地区海相气藏的测试要求。
地面数据采集系统能够及时、准确和安全地获 取测试资料并加以处理，避免人为读取数据时的误 差及各参数资料获取的不同步，可随时监控整个测 试流程的状态，提供安全报警，确保测试作业顺利 进 行 。 川 东 北 气 藏 目 前 采 用 EXPRO 地 面 数 据 采 集 系统。
EXPRO 地 面 数 据 采 集 系 统 操 作 方 便 ，数 据 采 集 快速、准确，采集频率可达秒级，所有数据均可以以 数字或曲线图的形式显示， 按需生成各种报告，并 实时打印或存储到硬盘。 4.5 紧急关断系统
20×104m3/d 41.9
40×104m3/d 63.57
井口温度 预测/℃
60 × 104m3/ d 80 × 104m3/ d 100 × 104m3/ d
71.96 93.57 102.27
130×104m3/d 106.9
140×104m3/d 92.92
200×104m3/d 86.7
果见表 2。
表 2 川东北气藏含硫气井井口流温预测
井号
HB2 YB1 YB1－侧 1 PG3
层位
飞三段 长兴组 长兴组 飞二段
射 孔 井 段/m
5105~ 7081.0~ 7330.7~ 5448.3~ 5112 7150.0 7367.6 5469.2
产层中部温度预测/℃ 132
10×104m3/d 29.9
③ 由 于 含 H2S 气 井 测 试 现 场 安 全 性 要 求 非 常 高，一些操作(如放喷点火，压力、温度数据记录等) 就不宜采用人工方式。 3 储层参数的预测分析及优化 3.1 最高关井压力预测分析
最高井口关井压力是选择采气井口装置、确定 地面流程管汇压力级别和管材选型必不可少的参 数 ，计 算 公 式 见 式(1)[1]。
5.2 HB2 井 HB2 井 [4]是 以 飞 三 段 为 目 的 层 的 开 发 井 ， 完 钻
井 深 为5222.11m，天 然 气 产 量 为 146.2×104m3/d， 天 然 气 绝 对 无 阻 流 量 为 546×104m3/d。 该 井 地 面 测 试 流 程 采 用 “1 台 105MPa 管 汇 +3 台 70MPa 管 汇 ” 配 套 组合使用的流程(见图 2)。 该流程具有双套流程功 能，满足 95MPa 井口施工压力的酸压等工艺的要求 。
① 地面管汇存在多处节流和转向， 高压地层 流体的温度在节流转向处会急剧降低，容易形成冰 堵。 该过程具有突发性，若不及时处理，危害极大。
② 气井测试往往伴随注酸、排酸、排液、放喷、 测试等施工过程。 而常规地面测试流程中，现场操 作复杂，流程闸门开关、倒换繁琐，如果任何环节出 现意外刺漏或需要整改，唯一选择就是停止测试。
为保证合理分配各级压降和保护井口采气树， 在测试期间原则上不频繁开关采气树闸阀，第一级 节流管汇要临时起到作为井口装置的作用，工作压 力要达到甚至超过最高关井压力。 设计测试流程 时，应根据具体井况组合使用多台管汇台。 对于超 高压、高产、钻完井漏失严重的气井测试，必须增加 一套管汇与主流程相互连接作为备用。
由于硫化氢等有毒气体的存在，在流程管汇与 井 口 之 间 设 置 了 ESD 紧 急 关 闭 阀 。 该 阀 采 用 远 程 控制，具有紧急自动关井功能，在放喷测试过程中 如出现紧急情况，可实现瞬时关井。 5 应用实例 5.1 PG101-3 井
PG101-3 井[3]是 以 飞 三 段 为 目 的 层 的 一 口 开 发 定 向 井 ，完 钻 井 深 为 6115m(垂 深 为 5808.70m)，天 然 气 产 量 为 62×104m3/d，天 然 气 绝 对 无 阻 流 量 为 590× 104m3/d，硫 化 氢 含 量 为 13.53%。 PG101-3 井 地 面 测 试 流 程 采 用 “70MPa-35MPa” 两 级 双 翼 节 流 流 程 ( 见
根据川东北特殊的地理条件以及目前产气量， 计 算 所 需 加 热 量 小 于 100×104kcal(1kcal=4.1868kJ)， 决 定 采 用 EXPRO 35/14 型 换 热 器 。 EXPRO 35/14 型 换热器使用方便，热交换效率高，可用蒸汽进行加 热保温。 4.3 分离计量系统
pG=pB·exp(-
0.03415γgL TCPZCP
)
(1)
式 中 ：pG 为井口压力，MPa；pB 为精确井底压力，MPa；
γg 为 天 然 气 相 对 密 度 ；L 为 气 层 中 部 深 度 ，m；TCP 为
井 筒 平 均 温 度 ，K；ZCP 为 井 筒 平 均 气 体 偏 差 系 数 。
161 34.9 52.1 81.9 98.7 121.2 135.3 141.7 131.4 104.1
156 30.15 43.17 65.78 82.2 95.7 106.2 111.16 99.8 82.66
135 31 45 68 87 101 110 114 110 103.2
3.3 酸性气体腐蚀预测 酸 性 气 体 ( 主 要 是 CO2 和 H2S) 的 腐 蚀 程 度 一 般