對(duì)高含硫氣田開發(fā)的幾點(diǎn)建議-石油學(xué)會(huì)

1、中國石油學(xué)會(huì)天然氣委員會(huì) 2006 年會(huì)優(yōu)秀論文 對(duì)高含硫氣田開發(fā)的幾點(diǎn)建議 李士倫 杜建芬 郭平 孫雷 嚴(yán)文德 （西南石油大學(xué)） 摘 要 四川盆地東北部普光、羅家寨等飛仙關(guān)鮞灘大中型氣田的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著四川盆地勘探開發(fā)進(jìn)入一個(gè)新 階段。高含硫氣田開發(fā)要依靠科技進(jìn)步，既要戰(zhàn)略上藐視它又要戰(zhàn)術(shù)上重視它，既要解放思想又要實(shí)事求是，既 要膽大又要心細(xì)。高含硫氣田開發(fā)除防腐、安全和環(huán)保三大關(guān)鍵問題外，基礎(chǔ)還在地質(zhì)和氣藏工程研究上，本文 就這方面提出四點(diǎn)建議意見：第一、要重視邊、底水（底水待定）能量、活躍性對(duì)氣藏開發(fā)影響的研究；第二、 氣井配產(chǎn)及相應(yīng)開發(fā)規(guī)模的確定要合理，要想方設(shè)法創(chuàng)造條件試采；第三、硫沉積

2、實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)早抓，盡快有個(gè)認(rèn) 識(shí)；第四、開展含硫氣體相態(tài)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上深化開發(fā)理論研究。還要重視高含硫氣藏的取樣，做到真實(shí)可 靠。 關(guān)鍵詞 高含硫化氫 氣田 開發(fā) 建議 四川盆地天然氣資源豐富，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)石油人的勘探開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了 19 個(gè)含油氣層系， 116 個(gè)氣 田，截止到 2004 年底，累計(jì)獲得天然氣探明儲(chǔ)量1.00931012m3，據(jù)估計(jì)至少還有 1.2 1012m3天然氣儲(chǔ)量 尚待發(fā)現(xiàn)和探明，勘探潛力仍然巨大。盆地東北部下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組鮞灘、中部和西部上三疊統(tǒng) 侏羅系 將是近期重點(diǎn)勘探領(lǐng)域（見中國石油成都勘探開發(fā)研究院吳游文章） 。盆地東北部普光、羅家寨、滾子坪、 渡口河、鐵山

3、坡等大中型飛仙關(guān)鮞灘氣田的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著四川盆地的勘探開發(fā)進(jìn)入了新的階段。但是，我 們面臨的是高含 H2S、中含 CO2 等腐蝕性氣體的氣田，如何安全、環(huán)保、高效地開發(fā)好這類特別復(fù)雜的高 危氣田，面臨著重大的挑戰(zhàn)。原中央組織部常務(wù)副部長、原石油工業(yè)部副部長趙宗鼐同志最近在視察普光 氣田時(shí)指出： “普光氣田要投入開發(fā)，需要做的工作還很多、很多。一定要解放思想，一定要爭取各方面 以至于全社會(huì)的支持。三峽工程建設(shè)出了一批世界一流的科技成果，也造就了一大批優(yōu)秀人才。我相信， 我們高危氣田的開發(fā)也會(huì)是這樣的。 ”到西南石油大學(xué)之后，他又指出： “四川高危氣田的開發(fā)，普光氣田 的開發(fā)，學(xué)校大有用武之地，要加

4、強(qiáng)與各大石油公司的合作，這是一個(gè)很好的產(chǎn)學(xué)研基地，教學(xué)水平也將 會(huì)上一個(gè)層次。 ”他很贊賞用特殊凝膠成功地處理羅 2 井井下高含硫氣體噴漏事故的科技成果。 一、開發(fā)先例簡介 根據(jù)世界公認(rèn)的和我國規(guī)定的氣藏分類標(biāo)準(zhǔn)，H2S 含硫超過 5%的屬高含硫氣藏， CO2 含硫在 2.0% 10.0%的屬中含 CO2 氣藏。世界上，加拿大有眾多的高含硫氣田，是產(chǎn)硫磺大國，據(jù)2003 年統(tǒng)計(jì)，硫磺的 原始可采儲(chǔ)量達(dá) 3.124 108t（其中在酸性氣體中占 2.447 108t），2003年硫磺年產(chǎn)量達(dá) 6.8 106t（其中產(chǎn)自 酸性氣體的占 5.7 106t）。在已開發(fā)的 28 個(gè)含硫氣田中，硫含量超過

5、 10%的就有 12 個(gè)，見表 1。所以他們 有較豐富的經(jīng)驗(yàn)。 表 1 加拿大 12 個(gè)硫含量超過 10%的氣田概況表 編號(hào) 氣田名稱 可銷售氣剩余儲(chǔ)量 （106m3） H2S含量 ( mol/mol ) 剩余可采 H2S 氣 （106m3） 固態(tài)硫含量 （103t） 1 布拉克斯通（ Blackstone） 2666 0.100 350 474 2 布恩蒂帕（ Burnt-Timber ） 1286 0.173 327 444 3 卡洛伊（ Carloine ） 11138 0.223 4768 6465 4 柯爾門（ Coleman） 598 0.255 224 304 5 克勞斯費(fèi)爾特（

6、 Crossfield ） 4565 0.16 1072 1454 6 東克勞斯費(fèi)爾特（ Crossfield East ） 3955 0.257 1680 2278 7 拉姆貝爾特（ Lambert） 702 0.167 169 229 8 穆斯（ Moose ） 2758 0.111 396 537 9 奧克托克斯（ Okotoks ） 538 0.318 335 455 10 勒西奈斯惠斯特（ Ricinus-West） 827 0.283 391 530 11 溫特福爾（ Windfall ） 3783 0.116 589 798 12 滑脫湯（ Waterton ） 5708 0.2

7、27 2160 2928 法國拉克氣田與普光氣田很相似，探明地質(zhì)儲(chǔ)量3200108m3，產(chǎn)層分兩層，屬同一壓力系統(tǒng)，上部下 白堊統(tǒng)石灰?guī)r厚 200 300m，平均井深 3800m，最高達(dá) 5000m，Pi66.15MPa ，Tf140，平均孔隙度 5 中國石油學(xué)會(huì)天然氣委員會(huì) 2006 年會(huì)優(yōu)秀論文 6%，基巖平均滲透率 1 12mD，網(wǎng)狀裂縫為主，探井鉆井時(shí)井噴著火。經(jīng)過7 年開展大量研究工作后才 開發(fā)，穩(wěn)產(chǎn)階段保持了（ 7582）108m3/年的年產(chǎn)量，無邊、底水，穩(wěn)產(chǎn)19 年，現(xiàn)已開采 50 余年1。 以下再舉兩例。 1. 加拿大 Crossfield East 氣田 D-1 氣藏 該氣

8、藏于 1969 年開始開發(fā)，有 35 口生產(chǎn)井，單井產(chǎn)量平均（ 4.2 28.0）104m3/d，井深 2700m，井 底溫度 90oC 左右，天然氣中 H2S 含量為 36%， CO2 為 12%，含少量凝析油和飽和水蒸汽（也有少量地層 水）。簡要情況如下。 （1）在 H2S含量35%時(shí)，只根據(jù) H 2S含量是不能完全預(yù)測(cè)硫沉積的，該氣田僅D-1 氣藏才出現(xiàn)硫沉 積，其它區(qū)塊則沒有。 （2）腐蝕控制除合理選擇材料外，以加緩蝕劑為主。地面管線采用API 5L X-46 電焊管，其材質(zhì)化學(xué) 成分如下： C為 0.15%0.25%；Mn 為 0.60%0.73%；P為 0.005%0.012%；S

9、為 0.009%0.21%。最小 屈服強(qiáng)度 364 378MPa。焊接前管子要預(yù)熱（ 177），焊接后要控制冷卻速度不要太快，最后整段焊縫需 退火，使硬度 HB188 或 RC30%時(shí)，水合物形成的溫度（ 9.5MPa 時(shí)）可以達(dá)到 29，約比一般不含硫氣藏 （同樣壓力條件下）高出 10。 3. 最具特色的是元素硫在地層中（尤其在近井地帶）井筒和地面設(shè)備中的沉積問題，防治地層中硫沉 積對(duì)產(chǎn)能影響要比地面復(fù)雜得多 在眾多開發(fā)高含硫氣藏的問題中，源頭還在地下，地質(zhì)和氣藏工程研究是一切工作的基礎(chǔ)，它會(huì)直接 影響到礦場(chǎng)地面建設(shè)工程、 輸氣干線建設(shè)工程以至于城市燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)等。 “基礎(chǔ)扎實(shí)， 心中不慌

10、”，但是， 由于評(píng)價(jià)勘探階段井?dāng)?shù)有限、工作量有限、所取資料有限、高含硫氣藏特殊條件受限，特別是試采條件受 限， 速度又高， 上得又猛， 這給氣田開發(fā)帶來很大的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性， 本文不準(zhǔn)備涉及高危氣藏的防腐、 安全和環(huán)保等關(guān)鍵問題，主要就氣田開發(fā)問題提出一些建議意見，以供參考。 三、幾點(diǎn)建議 1. 要重視邊、底水（底水待定）能量，活躍程度等對(duì)高含硫氣藏開發(fā)的影響研究 現(xiàn)在川東北飛仙關(guān)鮞灘氣田群中，有的已發(fā)現(xiàn)有邊水，產(chǎn)層底部情況還不清楚。H 2S、 CO 2 在 Cl-、地 層水參與下對(duì)金屬的腐蝕速率會(huì)大大加劇。 如普光氣藏普 8 井測(cè)井解釋的氣層底界面穩(wěn)定為 -5242m 處，往 下為測(cè)井解釋

11、的水層段；普 9 井氣層底界為 -5230m。氣藏的驅(qū)動(dòng)方式直接影響氣藏的開發(fā)以至于整個(gè)供氣 系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它影響到井位分布、完井方式、氣井產(chǎn)量、天然氣采收率、地面采輸、處理系統(tǒng)以 及長輸干線輸送等一系列問題。隨著評(píng)價(jià)勘探深入和開發(fā)井鉆井，這個(gè)關(guān)鍵問題會(huì)逐漸明朗化，但在水的 動(dòng)態(tài)資料方面還不可能在短時(shí)間內(nèi)完成。作為了解邊水活躍性的邊緣井一定不要因防硫而處置了，而應(yīng)設(shè) 法獲取水的動(dòng)態(tài)資料。由于這一問題的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性，在氣井配產(chǎn)、生產(chǎn)井分布以至于完井方式等都 要留有余地，以防不測(cè)。 （ 1）法國拉克氣田，無邊、底水，所以提高了氣井耐腐蝕的壽命，氣田穩(wěn)產(chǎn)了19 年，開采在 50 年 以上。

12、四川威遠(yuǎn)震旦系氣藏，含 H2S 僅 1.2%1.4% ，由于底水侵入，氣井腐蝕嚴(yán)重。它給我們一個(gè)重要 的啟示：在開發(fā)四川高含 H2S 水驅(qū)氣藏時(shí)，一定要早期整體治水，采取 “主動(dòng)型開發(fā)方式 ”，避免或減弱水 侵強(qiáng)度，延長氣井的無水采氣期。并可考慮拉克氣田的經(jīng)驗(yàn)，把開發(fā)井適當(dāng)集中在構(gòu)造高部位，適當(dāng)考慮 射開的厚度。并預(yù)先考慮開發(fā)中、后期在氣水邊界附近注N2 或水解聚丙烯酰胺堵劑擋水的措施 1,45。 （2）克拉 -2 氣田在編制開發(fā)方案時(shí)對(duì)邊、底水能量大小及其活躍程度作了靜態(tài)分析。首先，根據(jù)構(gòu) 造特征、斷層發(fā)育情況及砂體分布規(guī)律，估算了邊、底水體積，它約為氣藏體積的3 倍左右；其次，又根 據(jù)測(cè)井

13、解釋，最下層 IV 段底水層滲透率低（ 0.42 8.8mD ），所測(cè) 9 個(gè)水層在打開程度 15%63%時(shí)，平 均單位厚度米水指數(shù)僅 0.1041m 3/d MP a m，水層的產(chǎn)能很低，另外垂向的夾層分布較多，因而底水活 躍性差。但由于氣藏南北兩翼較陡，儲(chǔ)集層翼部的高滲透段（ III 段，特別是 III 1、III 2）出露在氣水界面以 下，因此有可能造成邊水活躍的局面；第三、在編開發(fā)方案時(shí)分析了打開程度對(duì)底水錐進(jìn)的影響，巨厚儲(chǔ) 層內(nèi)部垂直連通性分析， III 段頂部夾層對(duì)開發(fā)效果的影響，水體大小對(duì)開發(fā)效果的影響等。通過地質(zhì)、氣 藏工程等研究，采用了一套井網(wǎng)開發(fā)下第三系砂礫巖和白堊系巴什基

14、奇克組砂巖，總體上布三排井，以軸 部布井為主，井距 900m 左右，總生產(chǎn)井 28口（含觀察井） ，單井產(chǎn)量 100104210104m3/d 間，采氣速 度 4%，年產(chǎn)氣 100108m3，穩(wěn)產(chǎn) 14 年，穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度 56.5%，20 年預(yù)測(cè)期末采出程度 72.33%6。 （ 3）根據(jù)川東石炭系氣藏開發(fā) 20 余年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)氣藏地質(zhì)特點(diǎn)、井網(wǎng)分布和氣井生產(chǎn)過程進(jìn)行綜合 對(duì)比后認(rèn)為，合理的生產(chǎn)井密度和井生產(chǎn)制度對(duì)中、低滲透、非均質(zhì)氣藏非常重要，它是提高氣藏最終采 收率，整體開發(fā)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素 7 。這對(duì)所有氣藏都有參考價(jià)值，福成寨、張家場(chǎng)、相國寺為代表的 老氣田開發(fā)效果好。各生產(chǎn)井配

15、產(chǎn)合理，全氣藏維持均衡開采，未明顯引發(fā)邊水快速推進(jìn)，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量逐步 中國石油學(xué)會(huì)天然氣委員會(huì) 2006 年會(huì)優(yōu)秀論文 擴(kuò)大，各井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間延長，開發(fā)效果很好。而云和寨、雙家壩氣田開發(fā)效果就差。井網(wǎng)稀，井距大，單井 平均產(chǎn)量高。如云和寨石炭系氣藏共安排了生產(chǎn)井 7 口，投產(chǎn) 13 年總體效果差，開發(fā)規(guī)模還未達(dá)到設(shè)計(jì) 要求，云 2井、11井見水時(shí)間提前了 10 年，預(yù)計(jì)穩(wěn)產(chǎn)期 12年，實(shí)際僅 6年，穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度預(yù)計(jì) 40%， 實(shí)際為 19% 。 2. 氣井配產(chǎn)要合理，氣藏開發(fā)規(guī)模要恰當(dāng)，一定要想方設(shè)法創(chuàng)造條件在大管線投產(chǎn)前安排試生產(chǎn)（局 部試也行） 氣井的合理產(chǎn)能要受到絕對(duì)無阻流量、排泄區(qū)內(nèi)當(dāng)時(shí)的

16、壓降儲(chǔ)量和有無地層水干擾等三個(gè)主要因素控 制。要防止因氣井初期產(chǎn)量的較大可調(diào)性產(chǎn)生誤導(dǎo)，錯(cuò)誤地把氣井產(chǎn)量過分提高。對(duì)氣井的定產(chǎn)不能有效 控制在合理范圍內(nèi)，引發(fā)新井接替不足的可能性就很大。對(duì)低滲透非均質(zhì)氣藏更要注意。對(duì)它們，可采儲(chǔ) 量的 35% 50%只能在漫長的遞減期內(nèi)采出，只有處在相對(duì)高滲透區(qū)的儲(chǔ)量的60%，采氣速度是人為可以 調(diào)節(jié)的 15 。 （1）要認(rèn)識(shí)到有害氣體不能大量放空，這給勘探階段的氣井產(chǎn)能測(cè)試帶來很大的困難和不確定性。 現(xiàn)流行的一點(diǎn)法測(cè)試方法不是一個(gè)完善的可靠的方法，尤其在一個(gè)新地區(qū)缺乏足夠數(shù)量的修正等時(shí)試井和 系統(tǒng)試井?dāng)?shù)據(jù)驗(yàn)證的時(shí)候。據(jù)中國石油成都勘探開發(fā)研究院驗(yàn)證羅家寨飛仙

17、關(guān)高產(chǎn)井情況說明，對(duì)中高產(chǎn) 氣井，在生產(chǎn)壓差很小時(shí)，一點(diǎn)法計(jì)算的 大。 QAOF 可以成倍地偏大，生產(chǎn)壓差愈小，一點(diǎn)法計(jì)算的誤差就愈 對(duì)比。 式中： C1 PR2 Pwf 2 PR2 4B A2k 2qg 1 1 2C1k2PR2 (qqAOgF ) (1 1 1C1k2PR2 )( qAOF ) qg 2 1） 2）在新領(lǐng)域、新地區(qū)、新氣藏要用一點(diǎn)法測(cè)試資料，就一定要有修正等時(shí)試井或系統(tǒng)試井資料作 對(duì)一點(diǎn)法測(cè)試，最近成都研究院同志提出的一點(diǎn)法測(cè)試公式為 8 ： 根據(jù)實(shí)際產(chǎn)能測(cè)試，在統(tǒng)計(jì)樣本足夠多時(shí)， 就能確定 C1。此外可利用與單點(diǎn)測(cè)試一起進(jìn)行的壓力降落 和壓力恢復(fù)測(cè)試求得 A 、B（見文

18、1P.163），已知 A、B，按（ 1）式可求出一點(diǎn)法測(cè)試的 qAOF ，統(tǒng)計(jì)樣本 多了，就能得到本地區(qū)、本層的 C1 值。 （3）探索更快速的試井方法。文 5 介紹的階梯式產(chǎn)量單調(diào)變化的試井方法就是其中的一種，它是縮 短每個(gè)生產(chǎn)制度間壓力恢復(fù)時(shí)間來加快試井進(jìn)程的。測(cè)試前穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間4 10 小時(shí)，每個(gè)生產(chǎn)制度生產(chǎn) 時(shí)間 0.322 小時(shí)， 每個(gè)制度后壓力恢復(fù)時(shí)間 2030 分鐘。這種方法在 H2S含量 23.5%的俄羅斯阿斯特拉 罕凝析氣田試過。至于具體開關(guān)井時(shí)間還可根據(jù)本氣藏滲透性能情況和井筒儲(chǔ)層效應(yīng)結(jié)束時(shí)間等加以探 索。 （4）西南石油大學(xué)李曉平、黃全華、段永剛、陳偉等都根據(jù)氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)

19、（包括不穩(wěn)定產(chǎn)能分析） 來確定單井控制儲(chǔ)量和地層參數(shù)。其中段永剛、陳偉等通過對(duì)低滲透氣藏的儲(chǔ)層特征、氣藏開采特征和氣 井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的分析，建立了氣井流入動(dòng)態(tài)模型，建立了不穩(wěn)定產(chǎn)能分析方法，對(duì)磨溪嘉二氣藏重點(diǎn)井進(jìn)行 15 井次擬合， 確定出單井控制儲(chǔ)量和地層參數(shù)， 隨后又對(duì) 7 口井進(jìn)行不同工作制度下的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)， 確定不 同工作制度下穩(wěn)產(chǎn)期、采收率、增壓時(shí)間和自然衰竭開采下的累積產(chǎn)量等重要信息。預(yù)計(jì)對(duì)中、高滲透井 也應(yīng)是適用的。 （5）試生產(chǎn)的重要性不容細(xì)說。一有條件就應(yīng)進(jìn)行，長慶氣田在向北京輸氣前就在榆林地區(qū)開辟生 產(chǎn)試驗(yàn)區(qū) 4 。 3. 開展硫沉積機(jī)理、規(guī)律和防治技術(shù)研究 關(guān)于高含硫氣井的元素

20、硫沉積及其解決途徑文 9 已作了詳細(xì)介紹。 地面管道和井筒的防治技術(shù)相對(duì)較 好辦，難的是防治近井帶硫沉積影響氣井產(chǎn)能的問題。 硫沉積的研究要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以小型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為依據(jù)，總結(jié)規(guī)律，再上升到理論（建立數(shù)學(xué)模型） 再指導(dǎo)實(shí)踐。今天做實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)就是為了明天少做或不做實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)。 4. 開展高含 H2S、 CO2烴類氣體的相態(tài)研究 高含硫氣體的相態(tài)研究是開發(fā)好這類氣田的基礎(chǔ)，有了這些研究有助于開發(fā)技術(shù)政策的制定，它主要 如下。 （1）硫沉積機(jī)理、影響因素、沉積規(guī)律、預(yù)測(cè)和防治技術(shù)。 （2）水合物形成機(jī)理、影響因素、生成規(guī)律、預(yù)測(cè)和防治技術(shù)。 （ 3）確定計(jì)算氣藏儲(chǔ)量、氣井產(chǎn)量、氣體滲流方程所需的

21、物性參數(shù)，如氣體偏差系數(shù)（z）、擬臨界 性質(zhì)、體積系數(shù)、粘度等，還有因硫沉積所引起的孔隙度、滲透率變化等。國外已有高含硫氣體物性參數(shù) 計(jì)算的校正方法、公式或圖件。這方面只要適當(dāng)驗(yàn)證一下即可，不需事事驗(yàn)證4 。 中國石油學(xué)會(huì)天然氣委員會(huì) 2006 年會(huì)優(yōu)秀論文 （ 4）高含硫氣藏取真實(shí)氣樣成為一個(gè)難題，除非有抗硫的井下取樣器。地面取樣恢復(fù)到地層壓力和 溫度再加硫粉至飽和狀態(tài)作為地層樣品，行不行？ 有了可靠扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，西南石油大學(xué)老師們研究的高含硫氣體狀態(tài)方程優(yōu)選和改進(jìn)，氣體滲流規(guī) 律研究和氣固兩相、多組分模型的研究等都可得到部分的驗(yàn)證 1012 。 中國石油成都勘探研究院在高含硫困難條件下做了許多有益工作， 值得欽佩 13，14，多做實(shí)驗(yàn)即可得出 一些規(guī)律性的認(rèn)識(shí)和結(jié)論。 參考文獻(xiàn) 1 李士倫等 .氣田開發(fā)方案設(shè)計(jì) .北京：石油工業(yè)出版社， 2006.5 2 余漢成，王裕康 .高含硫氣田的開發(fā)與臥 63 井先導(dǎo)試驗(yàn) .