高温高压高含硫气井测试工艺技术研究

地面测试流程配套研究
节流降压技术
川东北地区多采用地面管汇多级节流，根据测试井的不同状况，通过两 套、三套或四套不同压力级别的管汇台逐级节流，将高压气体逐步转变为低 压气体，并进行测试求产。节流降压选择级别主要根据预测最高关井井口压 力。一般遵循以下原则： （1）预测最高关井井口压力低于35MPa，采用一级管汇控制； （2）预测最高关井井口压力介于35～70MPa之间，采用二级管汇节流控制； （3）预测最高关井井口压力介于70～105MPa之间，采用三级管汇节流控制。
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井口装置选择
采油（气）井口装置主要零件材料选择
材料类别
AA
BB CC DD EE FF HH
工况特性
一般使用——无腐蚀
一般使用——轻度腐蚀 一般使用——中腐蚀到高腐蚀
酸性环境——无腐蚀 酸性环境——轻度腐蚀 酸性环境——中度到高度腐蚀 酸性环境——严重腐蚀
本体、盖和法兰
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井口装置选择
气藏特点： ①H2S、CO2含量较 高。 ②井口最大关井压 力较高。
采用压力级别105MPa、温度类别U或PU、材料类别HH、性能级 别PSL4的具有抗硫和抗CO2性能的耐蚀合金钢采气树（根据川东北气 田单井日产气量差异大的特点，考虑到部分井采用增产措施和从经济 角度出发，井口装置采用三种方案 ）。
碳钢或低合金钢
不锈钢 碳钢或低合金钢
不锈钢 抗腐蚀合金
闸板、阀座、阀杆、 顶丝和悬挂器本体 碳钢或低合金钢
不锈钢
碳钢或低合金钢 不锈钢
抗腐蚀合金
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井口装置选择
采油树选择表 API修订日期：2004-10-8
材料类别
材料类别AA
允许氯化物含量
小于10 000ppm
允许CO2腐蚀分压 允许H2S腐蚀分压
地面测试流程配套研究
进口与国产流程的配套技术
地面测试流程配套研究
快速截流技术
整个试气流程设置有 两个紧急控制装置，一是 在105MPa控制管汇上安装 三个液控阀、远程控制操 作台、压力传感器等构成， 保护35MPa、70MPa、105 MPa控制管汇的紧急控制装 置。二是在分离器前安装 一个截止阀，以保护分离 器的紧急控制装置。
气层温度（℃） 91.19 121.34 103.6 158.6 131 100.4 89.36 123 119
地温梯度（℃/100m） 2.15 2.13 2.01 2.13 2.30 1.78 2.15 2.17 2.15
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地层流体
川东北气藏天然气成分以甲烷为主，含量在76～98.0%，天然气相对 密度在0.57～0.65左右；同时气藏流体中还含有H2S、CO2等非烃类气体组 分，气体中H2S百分含量为3.11～268 mg/L不等，CO2百分含量0～9.15%不 等。从总体上看，研究区地层水不活跃，只在部分构造低点井中有地层水 出现，地层水矿化度变化较大，离子以Cl-、K+、Na+、Ca2+、Sr2+为主， 水型以CaCl2和NaHCO3型为主，总矿化度在0.15～344.05g/L。
层位 嘉三－嘉一段 飞仙关组三段
长兴组 飞仙关组四段
长兴组 黄龙组 嘉陵江组二段 飞仙关组三段
井深（m） 4335.92-4530.54
4970.0-4984.0 5320.0-5382.0
3450.41 7081.00-7087.0
4704.5 3438.0-3462.5
4324～4352
地层压力 94.77 111.11 61.04 41.28 85.59 50.02 55.32 41.28
地面测试流程配套研究
双套三级节流技术
针对类似河坝1井的高压、 高温、高产、含硫气井，预 测井口压力接近100MPa，测 试系统主要以能够控制高压 和防刺蚀为主。采用双套三 级节流地面管汇进行系统测 试，喜获天然气高产 402×104m3/d。
地面测试流程配套研究
改进双套三级节流技术一
在元坝1井安装了两套相对独立、又相互并联 的EE级三级节流地面流程，一套环空监测管汇， 分两个方向（150°）放喷。每套测试流程能够独 立放喷、测试、压井施工。
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地层压力
根据川东北地区部分井实测压力数据，川东北碳酸盐岩储层地层 压力在55-111MPa之间，地压系数1.0-2.28。由此可见，川东北大部分 地区海相碳酸盐岩地层为异常高压地层，少量为常压、近常压地层。
井号 河坝1井 河坝1井 大湾1井
马1井 元坝1井 金鸡1井 毛坝3井 毛坝1井
井名 大湾1 井 大湾1井 元坝1井 河坝1井
层位 长兴组 飞仙关 长兴组 嘉陵江组
实测点井深（m） 5200 5278 7080 4500
H2S（mg/L） 184.23 252 268 3.11
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三、测试工艺技术研究
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测
一、地面测试流程配套
地面测试流程配套研究
自动数据采集技术
利用安装在流程上的压力、温度传感器，将压力、温度转变为 模拟信号传输到数据采集箱，通过计算机软件系统转化为数据，以 实现自动采集压力温度数据，同时为自动紧急控制系统通过准确的 压力数据，在出现紧急情况实现迅速关井。
地面测试流程配套研究
防刺技术
在流程防刺漏技术上我队也尝试了很多方法，其中比较有价值 和实用的技术就是，在排液后期从流程中注入循环水，很好的克服 了油嘴和油嘴套刺坏严重的难题。
地面测试流程配套研究
两级节流技术
根据金鸡1井的具体情况（井深4750m，地层温度75℃ 左右，地压系数1.25），选用了两级节流（一级管汇 105MPa、二级管汇70MPa）测试成功。
地面测试流程配套研究
三级节流技术
2006年12月至2007年9月试油队完成了大湾1井4层9次试气施 工（井深5693m，预测地层压力80.558MPa），采用三级节流管汇 进行测试（一级管汇KQ-105Mpa/65、二、三均为级管汇KQ70Mpa/65），飞二飞三段无阻流量高达349.05×104m3/d，施工 安全结束。
地面测试流程配套研究
改进双套三级节流技术二
在河坝2井安装 两套并串结合的的 EE级三级节流地面 测试流程，即能满 足施工要求，又能 满足紧急情况的特 殊工况。
地面测试流程配套研究
进口与国产流程的配套技术
国产地面测试设备自动化程度低，计量精度较低，材 质抗硫能力和抗冲刷能力较弱，而这些缺点进口EXPRO高 抗硫测试系统都能很好的克服。但进口流程也有很多缺点： 节流油嘴管汇上下游通道太少，无备用通道；配件少，采 购周期长，价格昂贵；职工操作还不熟练等等。综合这两 个方面，我队首次采用进口高抗硫地面测试流程与国产流 程的配套技术，最大限度的保证了施工的安全高效的进行， 在马1井测试施工中得以充分体现。
试 工wk.baidu.com
二、井口装置优选
艺 研
三、井下测试工具优化组合
究
四、测试工程中硫化氢的防护
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测试工艺技术
测试工艺包括地面控制工艺和井下工具工艺两部分。 地面测试流程的一般具有替浆、洗井、放喷、求产、计 量和压井等功能，但针对四川盆地川东北海相碳酸岩含气区 域复杂地质条件，系统的配置还包括：保温系统、数据采集 系统、自动紧急控制系统。本次研究主要解决试气过程的降 压问题、防硫问题、冰堵问题、出砂问题、自动点火问题和 井下工具优化组合问题。
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川东北地区高温、高压、高含硫气井
测试工艺技术研究
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汇报主要内容
一、项目概况 二、川东北地质构造特征 三、测试工艺技术 四、社会经济效益评价 五、结论与建议
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一、项目概况
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项目概况
《川东北高温高压高含硫气井测试工艺技术研 究》是试油队独立承担分公司的自立项目。自2006 年8月签订合同之后，组织大量人力、物力，至2007 年8月在川东北区域共完成了30多层次的高温、高压 、含硫气井测试施工，取全、取准地层资料，深化 气藏地质特征的认识，最终总结出了一套适用于川 东北地区气藏的测试工艺技术。
地面测试流程配套研究
保温技术
利用锅炉将水加热成水蒸汽，通过管道输送到热交换器，通过热交换 器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。
地面测试流程配套研究
油气水分离技术
我队现有目前世界先进的英国EXPRO三相卧式分离器，额定工 作压力为9.8MPa，能处理天然气日产量160万方、油产量8700桶、 水处理量6969桶的油气井。
通南巴
巴中 宣汉
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南大巴山逆掩推覆构造带
构造特征
川东北地区构造在四川盆地 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，东侧及南侧为盆地 东部平行及弧形断褶带。主要包 括通南巴构造带、达县-宣汉地 区、巴中地区和南江－西乡－宁 强勘探区块。
压力系数 2.09 2.28 1.71 1.28 1.12 1.08 1.28 1.83
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地层温度
川东北海相碳酸盐岩气藏地层温度一般介于90～160℃之间，由于目的层位 的不同，温度差异较大，如位于元坝构造的元坝1井在石炭系4869.77m处产层温 度可高达158.6℃。根据川东北7口井实测地层温度情况统计（见表2.5），其地 层温度90-159.2℃，地温梯度为1.78～2.30℃/100m。
米仓山冲断推覆构造带 米仓山前缘凹陷带
通江凹陷带
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沉积特征
川东北地区是一个长期处于相对稳定下沉的地区，沉积 盖层累计厚度达8000～12000m，其中中三叠统至志留系总厚 度达3000～4000m，系有稳定连续沉降的碳酸盐岩台地沉积 ，具有多个沉积回旋，发育众多生、储、盖组合。
井名
层位
实测点井深（m）
马1 井
T1j2
3450.41
大湾1井
T1f 2-3
5340.0
毛坝1井
T1f3
4338.00
元坝1井
T1f
4869.77
河坝1井
T1f3
4744.54
金鸡1井
C2h
4704.50
毛坝3井
T1j2
3450.41
普光2井
T1f1-2
4959.6
普光2井
T1f3
4801.4
备注：计算地温梯度时，地面温度取值为16.3℃。
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二、川东北地质构造特征
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区块位置
川东北区块位于四川盆地东北部，隶属通江、南江、 巴中及达川等县、市辖区。中石化持证勘探区有通南巴、 达县-宣汉天然气勘探两个区块曾是中石化西南分公司长期 从事油气勘探的重点地区。
南江
川东北四块持证勘探 区块面积 10753.915km2。
川东北地区油管的优选
油管的选择——材质选择
美国腐蚀工程师协会（NACE）公布的标准认为：如果气体总压 等于或大于0.448MPa，硫化氢分压大于0.000343MPa（绝）时， 应该作为含硫气体考虑其选材及控制硫化物腐蚀。
（MPa）
（ MPa ）
小于0.04823
小于 0.0003443
材料类别BB
材料类别DD 材料类别EE 材料类别FF 材料类别HH (全部金属堆焊金属)
小于10 000ppm 小于10 000ppm 小于20 000ppm 小于20 000ppm 小于200 000ppm
小于0.207 小于 0.04823
小于0.207 超过0.207 超过0.207
小于0.0003443 小于0.0207 小于0.0207 小于0.0207 大于0.0207
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井口装置选择
由于流体性质、产能具有较大的不确定性，同时考虑目 前川东北含H2S、CO2的特点，综合成本因素，井口装置的选 择依据两种情况确定：
（1）对于勘探评价井，套管头采用国产EE级（抗硫化物应力腐 蚀破裂（SSCC））。测试评价采用国产EE级KQ105/78-65型采油 树，若产量大要进行长期生产可下带永久式封隔器的完井管柱对套 管头进行保护 ，采气树更换为国外HH级抗腐蚀的采气树。
（2）对于开发井，由于建成高产工业气井可能性非常大，设计 采用压力级别为70或105MPa、温度类别U或PU、材料类别HH、 规范级别PSL3G（PSL4）、性能级别PR2，国外HH级抗腐蚀的井 口装置。