高含硫化氢和二氧化碳天然气开发工程技术-第一章-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
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H2S和CO2天然气全球资源量巨大 。目前全球已发 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、中国等国家和 中东地区。
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第一节
高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
拉克气田其开发历程可划分为四个阶段
试采阶段（1952～1957年）：主要对三口井进行试采，检验井底及 井口设备的抗硫防腐性能，并获取气藏动态参数，评价气井产能； 产能建设阶段（1957～1964年）：采用一套开发层系、不规则井网 、平均井距1500m，共部署开发井26口。气田产量由82×104m3 上升至 2156×104m3，评价单井产量80×104m3/d，采气速度2.4％ 稳产阶段（1964～1983年）：陆续在构造高点钻加密井10口，气田 日 产 量 保 持 在 （ 1906 ～ 2361 ） ×104m3 ， 平 均 单 井 产 量 （ 50 ～ 65 ） ×104m3/d，采气速度2.6％稳产了19年，稳产期末可采储量采出程度达 到65％； 产量递减阶段（1983～至今），从1983年开始，气田进入递减开发 ，目前地质采出程度已达到80％以上。
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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 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，主要 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 系；埋深上，从1800多米到6000多米均有分布，变化较大。H2S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 较少。
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 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 一般为3000～7000m，总体较深且埋深差异较大，如罗家寨气田埋深 3200～4500m，普光气田埋深4800～5800m。H2S含量一般低于20％， CO2含量在10％以下，气体中基本不含C7以上烃类组分，部分气田含有 有机硫。
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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
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 。 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，形成了一套中低含硫气藏开发 配套技术。 但高含H2S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，已探明的高含硫气田正在逐步投入开发 。
高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
卡罗林气田1986年被发现，1993年正式投产。主要采用衰竭式 开发，其北端为弱水驱。共部署开发井15口，开发井距1700m左
右 ， 采 用 负 压 射 孔 后 酸 洗 完 井 ， 单 井 产 量 （ 37.6 ～ 210.9 ）
×104m3/d，气田初始产量531×104m3/d。截至2000年底，气田已 累计产气266.5×108m3 ，采出程度41％.预计气田天然气最终采收
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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 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（石膏 ）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、中奥 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，则以陆 相为主。相对而言，海相膏岩更有利于H2S的形成和保存。
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
三、高含H2S和CO2气田开发状况和主要做法
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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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，是20世纪50年代法国获得 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3800m，最深井达5000m。 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 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。 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。 气层原始地层压力66.1MPa，地层温度140℃。天然气组分中甲烷占 69％，乙烷占3％,H2S占15.6％，CO2占9.3％，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。
阿斯特拉罕气田在开发建设过程中，为了解决地层异常高压和极端 恶劣的腐蚀环境等因素对气田开发工程的影响，1984～1985年开展试采 工作，并于1986年投入正式开发。1993年底，该气田累计部署探井和评 价共37口，开发井113口，单井最高产量40×104m3/d；气田最高产量 3712.4×104m3/d、凝析油产量31.95×104m3/d（1988年）；截至1997年 ，气田累计产气668.28×108m3，凝析油314.32×104m3。
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•1995年我国制定的含硫气藏的划分标准（SY/T6168—1995
） 1. H2S体积含量小于0.0013％的为微含H2S气藏，
2.
3. 4. 5. 6.
Байду номын сангаас
含量0.0013％～0.3％的为低含H2S气藏，
含量0.3％～2.0％的为中含H2S气藏， 含量2.0％～10.0％的为高含H2S气藏， 含量介于10％～50.0％的为特高含H2S气藏， 含量大于50.0％的为纯H2S气藏。
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高含硫化氢和二氧化碳天然气开发现状
• 加拿大是高含H2S气体较多的国家，其储量占全国天然气总储量的 1/3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H2S天然气探明储量接近5×1012m3,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，以奥伦 堡（Orenburg）和阿斯特拉罕（Astrakhan）气田为代表 。 • 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 气储量已超过7000×108m3,约占探明天然气总储量的1/6，主要分布在四 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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三、高含H2S和CO2气田开发的状况和主要做法
国外高含硫H2S和CO2气田开发的主要做法如下：
重视酸性流体特性及开发机理等基础理论研究
为了正确认识气藏和指导开发生产，国外非常重视对相态特征、腐 蚀机理与特征、弥散规律等酸性流体特性，以及储层伤害、渗流规律等 气田开发机理的基础研究。
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（二）加拿大卡罗林气田
加拿大天然气资源十分丰富 ，是世界第三大天然气生产国。 卡罗林气田位于阿尔伯塔盆地西南倾东翼，是一个层状气田。气田
含气面积133.5km2，地质储量651×108m3，凝析油储量3977×104m3，气
；CO2含量在10.69％～18.66％之间，平均为16％；
除H2S外还含有元素硫及硫醇等有机硫化合物。
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阿斯特拉罕气田含气面积1630km2，天然气可采储量2.6×1012m3， 凝析油可采储量1.36×108m3，气藏平均埋深3915m，气藏平均有效厚度 10～76m。储层平均孔隙度9.9％，平均空气渗透率2.3×10-3μm2 ，平均 含水饱和度18％。原始地层压力62.6MPa，压力系数1.63，地层温度 106℃。
国内把流体组分中CO2 体积含量大于10％的称为高含CO2
气藏 。
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现有的含硫气藏划分标准对高含H2S气藏的定义偏低 。
结合国内含硫天然气资源状况及开发、处理工艺现状， 参照国外划分标准，将高含H2S和CO2 天然气定义为“以低 分子饱和烃为主、组分中H2S体积含量大于5％并含较高CO2 的混合气体”。
藏埋深3597～3841m，气藏高度326m，有效厚度39.6m。储层平均孔隙 度10.1％，平均空气渗透率100×10-3μm2，平均含水饱和度小于10％.原 始地层压力36.6MPa，地层温度102℃。天然气中H2S含量35％，CO2 含 量7％。
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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H2S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 。 • 加拿大和美国等国家 1. H2S体积含量小于0.0014％的为微含H2S气藏 ； 2. 含5.0％的为中含H2S气藏 ； 3. 含量0.3％～1.0％的为含H2S气藏； 4. 含量1.0％～5.0％的为中含H2S气藏； 5. 含量大于5.0％的为高含H2S气藏。
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表1 我国主要高含硫气田（藏）统计表
气田 累计探 明地质 储量 /108m3 100.25 186.30 359.00 373.97 H2S体 CO2体 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 气田 累计探 明地质 储量 /108m3 183.99 797.36 3812.59 3.66 H2S体 C 体积 积含量/ O2 含量/％ ％ 7.65 6.7～ 16.65 15.2 4.0～6.5 5.8～9.1 8.6
率可达77％，凝析油最终采收率达70％。
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（三）俄罗斯阿斯特拉罕气田
俄罗斯是是世界上最大的天然气生产和出口国，占世界天然 气总产量的23％，其中奥伦堡和阿斯特拉罕两个大型气田属于高
含H2S和CO2气田。
阿斯特拉罕气田为高含凝析油高酸性天然气田，其中，凝析 油含量417g/cm3 ；H2S含量在16.03％～28.30％之间，平均为26％
建南 中坝 渡口河 铁山坡
龙门 罗家寨 普光 罗家
卧龙河
408.86
1.3～1.5 赵兰庄
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（二）储层分布情况
高含硫天然气的形成于H2S的成因有关。 现有的研究表明，H2S的成因类型主要有生物成因（Bacterial Sulfate Reduction，简称BSR）、热化学成因（Thermochemical Sulfate Reductio，简称TSR）和火山喷发成因三大类，其中硫酸 盐热化学反应（TSR）是高含硫天然气形成的重要机制。CO2 成 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 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 分解形成，同时幔源侵入CO2也是无机成因的一种重要类型。