井下節(jié)流技術(shù)在川東地區(qū)含硫氣井應(yīng)用初探

張鳳瓊 況雪梅 游建國(guó) 張 奎 朱英杰

(中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦)

1 概述

川東地區(qū)主力氣藏石炭系、長(zhǎng)興氣藏井口壓力高，天然氣中含有不同程度的硫化氫，傳統(tǒng)開(kāi)采方式是采用地面節(jié)流降壓、水套爐加熱方式防治水合物形成。近年來(lái)隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，用氣需求增加，新井產(chǎn)能建設(shè)任務(wù)艱巨、地面配套產(chǎn)能建設(shè)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致新井產(chǎn)能不能按預(yù)期時(shí)間投產(chǎn)，同時(shí)由于氣井配產(chǎn)偏高、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間縮短，導(dǎo)致地面配套工藝有效使用時(shí)間短，造成了水套加熱爐、脫硫塔等大量設(shè)備的浪費(fèi)。在冬季低溫季節(jié)，即使采取地面水套加熱爐保溫，也常會(huì)出現(xiàn)集輸管線水合物堵塞，影響氣井產(chǎn)能的發(fā)揮。

井下節(jié)流技術(shù)是將節(jié)流器置于井下油管某一適當(dāng)位置，實(shí)現(xiàn)井下節(jié)流降壓、防治水合物形成的一種采油氣工藝技術(shù)。上世紀(jì)80年代中期，四川氣田開(kāi)始研發(fā)井下節(jié)流工具，研制的Ⅰ型油嘴在川中金11井、角56井等氣井投入試驗(yàn)并取得成功；90年代初期，在Ⅰ型油嘴的基礎(chǔ)上又研制了Ⅱ型油嘴，Ⅱ型油嘴著重從投撈和密封上作了重大改進(jìn)，2002年～2004年在川西北和蜀南地區(qū)30多口氣井上實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了井下節(jié)流技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用；2005年～2006年針對(duì)磨溪嘉二氣藏大壓差、大產(chǎn)量的特點(diǎn)，研發(fā)了70MPa固定式節(jié)流器，并在磨溪嘉二氣藏、廣安須家和氣藏70余口高壓氣井成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了氣藏的規(guī)模效益開(kāi)發(fā)。

前期研究與應(yīng)用表明，活動(dòng)式井下節(jié)流器適用于H2S含量≤5g/m3、節(jié)流壓差≤35.0MPa的氣井；固定式進(jìn)行節(jié)流器適用于H2S含量≤5g/m3、節(jié)流壓差≤70.0MPa的氣井。

2 含硫氣井井下節(jié)流工具優(yōu)化改進(jìn)

川東地區(qū)石炭系、長(zhǎng)興氣藏H2S含量0.02%～8.6%(0.3 g/m3～125.0g/m3)，CO2含量0.5%～8.7%(9.0 g/m3～157.0g/m3)，開(kāi)發(fā)中伴隨氣田水的產(chǎn)出，前期研制的活動(dòng)式、固定式井下節(jié)流器不能適應(yīng)含硫氣井。為了推廣井下節(jié)流技術(shù)在含硫氣井的應(yīng)用，在前期研制的固定式井下節(jié)流器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，以適應(yīng)含硫氣井。

根據(jù)川東地區(qū)含硫氣井特征，制定井下節(jié)流器的適用條件為：H2S含量30g/m3～75g/m3(H2S分壓≤2MPa)，CO2含量≤10%(CO2分壓≤5.0MPa)，Cl-≤150000mg/L，節(jié)流壓差≤35MPa，溫度0～100℃。

2.1 材質(zhì)優(yōu)選

為了提高井下節(jié)流工具耐硫化氫等腐蝕等級(jí)，采用《ISO15156/ NACE MR 0175 石油和天然氣生產(chǎn)中含H2S環(huán)境使用的材料標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)選，將所選材質(zhì)制作成試片進(jìn)行室內(nèi)性能評(píng)價(jià)，節(jié)流器各部件材質(zhì)性能評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)節(jié)流器各部件性能評(píng)價(jià)，優(yōu)選的節(jié)流器材質(zhì)適用于H2S含量≤75g/m3(H2S分壓≤2MPa)、節(jié)流壓差≤35.0MPa的氣井。

2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了提高節(jié)流器卡定和打撈的成功率和穩(wěn)定性，改良了卡瓦牙及卡座的結(jié)構(gòu)，增大卡瓦牙與工作筒卡座之間的接觸面積和貼合程度，見(jiàn)圖1。

表1 節(jié)流器部件性能評(píng)價(jià)

圖1 節(jié)流器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3 井下節(jié)流技術(shù)在川東地區(qū)含硫氣井應(yīng)用

川東地區(qū)池037-3井含硫氣井首次采用井下節(jié)流技術(shù)開(kāi)井投產(chǎn)，氣井H2S含量4.3g/m3，CO2含量10.1 g/m3。該井采用井下節(jié)流技術(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，井口氣流溫度28.0℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面輸壓下水合物形成溫度，在生產(chǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)水合物堵塞。

隨著含硫氣井井下節(jié)流技術(shù)的優(yōu)化與完善，黃龍004-X3井采用井下節(jié)流技術(shù)開(kāi)井投產(chǎn)，氣井H2S含量27.4g/m3，CO2含量54.8g/m3。該井采用井下節(jié)流技術(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，井口氣流溫度21.0℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面輸壓下水合物形成溫度，在生產(chǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)水合物堵塞。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 降低了井口壓力，有效防治了水合物形成

川東地區(qū)14口含硫氣井采用井下節(jié)流工藝組織生產(chǎn)，開(kāi)井后井口油壓從17.50MPa～42.80MPa降至2.80MPa～8.10MPa，井口氣流溫度均在23.0℃～35.0℃，地面集輸管線壓力下水合物形成溫度約2.1℃～10.8℃，井口氣流溫度遠(yuǎn)高于地面集輸管線壓力下水合物形成溫度，生產(chǎn)過(guò)程中均未發(fā)生水合物堵塞。

4.2 簡(jiǎn)化了地面工藝及配套設(shè)施，節(jié)省了投資費(fèi)用

采用井下節(jié)流工藝后氣井井口氣流溫度高于管輸壓力下水合物形成溫度，從而節(jié)省了地面水套加熱爐、脫硫裝置及其輔助系統(tǒng)。與常規(guī)地面節(jié)流工藝對(duì)比，采用井下節(jié)流工藝后單井可節(jié)省107.0萬(wàn)元～238.0萬(wàn)元(表3)。

表3 地面建設(shè)投資費(fèi)用對(duì)比

川東地區(qū)含硫氣井應(yīng)用井下節(jié)流工藝14口井35井次，節(jié)省了水套加熱爐14套，節(jié)省了脫硫塔13套，節(jié)省了氣液分離、計(jì)量裝置10套，均采取無(wú)人職守井站，累計(jì)節(jié)省地面工藝、設(shè)備投資近4282.0萬(wàn)元，扣除節(jié)流工藝總費(fèi)用1400萬(wàn)元，共節(jié)省投資費(fèi)用2882.0萬(wàn)元。

4.3 節(jié)省了生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用

600kW型水套加熱爐燃料氣耗量約為20m3/h，采用井下節(jié)流工藝后取消或停用了水套加熱爐燃料，每天可節(jié)約水套爐加熱用燃料氣480m3/d。14口井下節(jié)流工藝氣井累計(jì)生產(chǎn)3865d，天然氣氣單價(jià)目前0.97元/m3計(jì)算，折算節(jié)約燃料氣費(fèi)用約179.9萬(wàn)元。

采用井下節(jié)流工藝的氣井井口設(shè)置安全切斷閥，地面工藝流程簡(jiǎn)單，采取無(wú)人職守、定期巡查生產(chǎn)管理模式，節(jié)省人力費(fèi)用約15.0萬(wàn)元/(井次·年)。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)井下節(jié)流技術(shù)在H2S含量≤30.0g/m3的氣井應(yīng)用成功，降低了氣井井口壓力，有效防治了水合物形成。

(2)采用井下節(jié)流技術(shù)簡(jiǎn)化了地面工藝、設(shè)備及配套設(shè)施，采取無(wú)人職守、中心站巡查生產(chǎn)管理模式，可節(jié)省單井產(chǎn)能建設(shè)107.0～238.0余萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(3)根據(jù)分公司建設(shè)300億大氣區(qū)的戰(zhàn)略目標(biāo)，到2015年將部署開(kāi)發(fā)井上千口，符合條件的中低含硫氣井可以推廣應(yīng)用該技術(shù)，在具備條件的高含硫氣井可以開(kāi)展井下節(jié)流技術(shù)先導(dǎo)性試驗(yàn)。

1 佘朝毅，李川東，雷振中，等.井下節(jié)流技術(shù)在氣田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2003，(26)：52-56.

2 余江，趙松，何明，等.川中磨溪?dú)馓锛味獠馗邏壕鹿?jié)流工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果跟蹤[J].鉆采工藝，2006，(29)58-59.

3 孫振勇.井下節(jié)流技術(shù)在黃沙坨油田氣井中的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2010，29(2-3)：38-39.