高硫氣田開發(fā)：獲取資源一箭雙雕

文/鄭 璐

天然氣是高效清潔能源，發(fā)展天然氣工業(yè)是我國重大能源戰(zhàn)略，但目前我國一次能源消費(fèi)中天然氣僅占5.3%，是世界平均水平的1/4。硫黃是重要的工農(nóng)業(yè)原料，但目前我國硫黃80%依賴進(jìn)口。那么，有沒有一種途徑能夠一箭雙雕地獲取這兩種資源呢？由中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田公司、中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司共同開發(fā)的大型高含硫氣田安全開采及硫黃回收技術(shù)破解了難題，讓高含硫天然氣搖身一變成為一身兩用的“潛力股”，既保障了氣田開采安全，又增加了硫黃資源量。該項(xiàng)目也因此獲得了2011年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目第一完成人、中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司天然氣研究院副院長常宏崗在接受記者采訪時(shí)指出，從天然氣開發(fā)難度來講，目前高含硫氣田開發(fā)仍是世界難題。由于我國高含硫氣田普遍具有埋藏深、地質(zhì)條件復(fù)雜、含水以及大多位于人口稠密地區(qū)等特點(diǎn)，其資源利用面臨腐蝕性強(qiáng)、成本高、毒性大、事故后果嚴(yán)重等困難，因此對開采工藝技術(shù)和整個(gè)工程的要求都非常嚴(yán)格。

常宏崗表示，目前，我國高含硫天然氣（硫化氫含量大于30克/立方米）探明儲量近1萬億立方米。在該項(xiàng)目之前，國內(nèi)并不具備大規(guī)模開采高含硫氣田的能力，國內(nèi)外在高含硫氣田開采過程中，均發(fā)生過一些災(zāi)難性的事故。國外少數(shù)國家雖有開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但禁止技術(shù)轉(zhuǎn)讓且服務(wù)費(fèi)用高。由于開采難，危險(xiǎn)性高，易污染環(huán)境等原因，實(shí)際開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求。

針對上述問題，從2000年開始，中石油組織千余人的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過八年持續(xù)攻關(guān)，完整形成了大型高含硫氣田安全開采技術(shù)系列。在產(chǎn)能評價(jià)技術(shù)方面，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了高含硫氣井產(chǎn)能快速測試分析方法。用參數(shù)約束計(jì)算實(shí)現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)單點(diǎn)測試代替穩(wěn)態(tài)多點(diǎn)測試，比傳統(tǒng)單點(diǎn)法精度提高3倍，并建立徑向與線性耦合水侵滲流解析算法，縮短高含硫氣藏評價(jià)期，測試期二氧化硫減排50%。研制成功8種新型高抗硫測試工具和流程，首次實(shí)現(xiàn)了高含硫氣井7000米深度精確壓力資料錄取。

在采氣工程技術(shù)上，該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了三軸應(yīng)力校核完井設(shè)計(jì)技術(shù)、帶化學(xué)劑加注通道和井下緊急切斷裝置的多功能完井管柱，應(yīng)用成功率100%，確保了氣井井筒安全。該團(tuán)隊(duì)還自主研制了9級分壓滑套式不動(dòng)管柱水力噴射分段工具、12級分壓裸眼封隔器分段工具和5種高含硫儲層改造酸液，顯著提高了單井產(chǎn)量。各技術(shù)已用于17個(gè)高含硫氣田231口井。

另外，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高含硫氣田氣液密閉混輸技術(shù)，滿足了高含硫氣田的安全輸送。通過集中處理氣田水和回收閃蒸氣，實(shí)現(xiàn)了氣田水和硫化氫全程零排放，保護(hù)了環(huán)境。年回注氣田水400萬噸。同時(shí)，他們發(fā)明了帶巰基的長效膜緩蝕劑，膜持久時(shí)間由10天延長到45天；創(chuàng)新形成了高含硫氣田材料選擇技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)體系，推動(dòng)了高抗硫管材國產(chǎn)化。

在凈化技術(shù)方面，他們自主研發(fā)的適用于大規(guī)模處理高含硫天然氣的溶劑法深度脫硫技術(shù)，能夠增大溶解度并促進(jìn)水解，將有機(jī)硫脫除率由40%提高到85%，硫化氫脫除率大于99.98%。另外，課題組還發(fā)明了帶預(yù)冷、除硫和煙氣熱能回收流程的新型硫黃回收技術(shù)，硫黃收率達(dá)99.45%，優(yōu)于國外先進(jìn)的同類工藝。研制了適用于脫除和回收硫化物的16種溶劑和催化劑，主要指標(biāo)均達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，已應(yīng)用于45套大型生產(chǎn)裝置，減少二氧化硫排放74%。

該項(xiàng)目的另一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新成果是創(chuàng)建了居民稠密地區(qū)和復(fù)雜地形高含硫氣田開采環(huán)境影響預(yù)測、定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及應(yīng)急響應(yīng)與保障技術(shù)體系。常宏崗說：“以前我國缺乏針對復(fù)雜環(huán)境的定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)。一旦出現(xiàn)災(zāi)害性事故，如何組織應(yīng)急救援體系，如何把對環(huán)境的影響降到最低限度，這些重要問題都沒有引起足夠重視。我們針對復(fù)雜地形創(chuàng)建了三維定向風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)，這種風(fēng)險(xiǎn)模擬評價(jià)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了預(yù)警、事故狀態(tài)實(shí)時(shí)有效管理?！?/p>

這項(xiàng)將大型高含硫氣田的開采化險(xiǎn)為夷，轉(zhuǎn)化硫化氫成硫黃變廢為寶的技術(shù)也得到了業(yè)內(nèi)專家的高度評價(jià)。專家認(rèn)為總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中改良低溫硫回收工藝和長效膜緩蝕劑達(dá)到國際領(lǐng)先水平。目前，其成果已全面應(yīng)用于我國和土庫曼斯坦等大型高含硫氣田開采，近三年來累計(jì)生產(chǎn)含硫天然氣322億立方米，回收硫黃74萬噸，減排二氧化碳9365萬噸、二氧化硫148萬噸，新增利稅88億元，實(shí)現(xiàn)了資源綜合利用，促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使我國進(jìn)入該技術(shù)的世界先進(jìn)行列。該項(xiàng)目已獲國家發(fā)明專利3項(xiàng)，實(shí)用新型專利15項(xiàng)，省部級一等獎(jiǎng)3項(xiàng)，制定52項(xiàng)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，出版專著7部。