高含硫气藏与高压气藏开发

1中国石油高含硫气藏开发特点与开发技术中石油勘探开发研究院廊坊分院2010年8月《复杂气藏开发技术》系列讲座杨雅和中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院2/125一．高含硫气田概况二．高含硫气藏开发程序三．高含硫气藏开发主要问题四．高含硫气藏开发优化设计五．高含硫气藏安全高效开发实例主要内容主要内容2中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院3/125注：SY/6168气藏分类≥70CO2气藏770≥50硫化氢气藏50～70特高含CO2气藏150～77010～50特高含硫气藏10～50高含CO2气藏30～1502～10高含硫气藏2～10中含CO2气藏5～300.3～2中含硫气藏0.01～2低含CO2气藏0.02～50.0013～0.3低含硫气藏＜0.01微含CO2气藏0.020.0013微含硫气藏％g/m3%CO2含量气藏类型H2S含量气藏类型含CO2气藏含H2S气藏一、基本概况1、高含硫气田定义中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院4/125国别/气田名称1500104419638000～420002640储量（亿方）197719751961194719761951发现时间28221142738井数（口）88.3345.011.2平切尔溪气田加拿大11432.43.4317.74卡布南气田威特尼谷—卡特溪气田布拉迪气田阿斯特拉罕凝析气田ZechsteinSweetGasZechsteinSourGas拉克气田Lacq90.6～98.90.1～5.760.63～21.3432.7～41.600.35～23.191.17～30.11美国10662.617.9～21.516.03～28.30俄罗斯90～9527.915.414051.720.2德国14067.59.315.6法国温度（℃）地层压力（MPa）CO2（%）H2S（%）一、基本概况2、高含硫气田分布3中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院5/1253.29平均15.27渡口河5.43~7.6214.19~14.51平均14.28铁山坡待开发“十一五”规划川东北飞仙关鲕滩气藏产能80亿方5.13~10.147.13~13.74平均10.44罗家寨3.10~5.723.94~10.11平均6.58中坝雷三0.16~0.663.1~7.7平均4.79卧龙河0.10~1.061.30~2.22平均1.78磨溪西南油气田公司中低含硫气田产量占70%以上4.63平均1.22威远已开发年产55亿方5.15~5.730.047~0.06靖边备注开采现状CO2含量（%）H2S含量（%）气田名称一、基本概况2、高含硫气田分布中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院6/125(1)硫化氢气体剧毒性•H2S是一种最致命的职业伤害的气体,空气中H2S含量达500mg/L时人就神志不清,15min后会停止呼吸。加拿大的职业出露极限为10mg/L，最高为15mg/L。H2S的爆炸极限范围也很广，空气中含量为4.3%～46%。•高含硫气田钻井过程中一旦发生井喷或气田泄露，会造成难以弥补的损失，在世界上高含硫气田开发过程中，由于含硫化氢气田泄露导致的事故造成大量的人员死亡。•高含硫气井测试期间施工人员会出现头晕、恶心等，严重时甚至会导致死亡，所以对于高含硫气井一般没有普通气井的测试生产期或放空测试。一、基本概况3、开发的难点4中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院7/125(2)硫化氢腐蚀作用①电化学失重腐蚀，它是金属在含硫的湿天然气中发生的电化学反应，是金属表面形成针孔、蚀坑、斑点和溃疡等现象；②氢脆和氢鼓泡(HSC)，H2S介质作用时加剧了钢的渗氢作用，从而导致金属氢脆和设备腐蚀破裂；③硫化物应力腐蚀破裂(SSC)，它是金属在含硫天然气和应力两者作用下产生的破裂，拉应力来自外力负荷和内应力。一、基本概况3、开发的难点中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院8/125(3)硫沉积•天然气中硫化氢中的硫元素在开发时会在地层中析出形成硫沉积，堵塞地层，使产量降低，采收率降低。•要重视元素硫在地层中(尤其在近井地带)，井筒和地面设备中的沉积问题。一、基本概况3、开发的难点5中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院9/125(4)易形成水合物•含硫天然气易形成天然气水合物，造成气田生产油管及输送管线的堵塞，给气田的开发造成相当大的困难，影响气田正常生产。•特别是在高硫化氢浓度、高压条件下，在常温下都极易形成水合物，造成生产油管及输送管线堵塞。•以卧63井为例，H2S含量超过30%时,水合物形成的温度可以达到29℃(9.5MPa时)，同样压力条件下，比不含硫气藏高出10℃左右。一、基本概况3、开发的难点中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院10/125(5)高含硫天然气必需进行脱硫净化•硫化氢(H2S)是大气中的主要污染物之一，在《职业性接触毒物有害程度分级》中属高度危害性气体。在高含硫气田开发过程中，必须对生产出的高含硫天然气进行净化脱硫处理，使含硫量达到国家标准才能外输。•含硫天然气在进入净化厂前，由于含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体，在输送过程中会对管道造成腐蚀，因此对于含硫气体集输，必须注重管网的防腐蚀。必须采用防腐性能和密闭性良好的管材，以提高系统的耐用性和安全性。一、基本概况3、开发的难点6中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院11/125一．高含硫气田概况二．高含硫气藏开发程序三．高含硫气藏开发主要问题四．高含硫气藏开发优化设计五．高含硫气藏安全高效开发实例主要内容主要内容中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院12/125•开发前期评价•开发方案编制•开发方案实施•气田开发生产二、开发程序评价程序7中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院13/125一系列前期研究室内实验和现场试验试采二、开发程序1、开发前期评价中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院14/125•比一般气藏要增加一些研究内容：硫沉积研究水合形成条件变化腐蚀及材质选择研究二、开发程序1、开发前期评价8中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院15/125二、开发程序1、开发前期评价-3900-3700-3500-3300-3100-2900-2700-250040.0040.5041.0041.5042.0042.5043.0043.5044.0044.5045.00压力(MPa)海拔(m)气层压力水层压力罗家寨飞仙关气田气层压力与罗家10井MDT测压资料交汇得气水界面为海拔-3709m•与一般气藏研究有一些不同值得我们注意：比如利用气柱压力与水柱压力交汇求气水界面中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院16/125二、开发程序1、开发前期评价罗家8井MDT压力测试43.92758-3808.843.6327-3778.343.56823-3771.343.20214-3733.3压力（MPa）海拔（m）P=-0.0096H+7.3454R2=1压力梯度为0.96MPa/100m,小於纯水梯度9中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院17/125此测试压力资料是否可用？答案是肯定的解释这一现象要利用：H2S在水中具有较高的溶解度这一特点室内实验可以告诉我们上述现象二、开发程序1、开发前期评价中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院18/125二、开发程序1、开发前期评价497.16913.27441.89600.740450.86911.47238.661554.432441.21910.24637.988544.7526364.5698.67132.643468.118171.3496.1319.169274.8810----7.22103.5310.1溶解气中硫化氢含量变化(g/m3)高含硫气体在水中溶解度（mL/mL）硫化氢体积含量(%)硫化氢质量含量(g/m3)实验压力(MPa)川东某气田硫化氢在地层水中的溶解实验(实验温度100℃)10中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院19/125二、开发程序1、开发前期评价通过对罗家寨飞仙关气藏地条件下溶解硫化氢后的密度粗略计算为：962.61kg/m3中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院20/125----需多学科相结合地质与气藏工程方案钻采工程方案地面集输方案净化工程方案缓蚀剂、水合物抑制剂、硫溶剂应用方案HSE方案经济评价二、开发程序2、开发方案编制11中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院21/125开发方案实施脱硫厂人员撤迁——建设周期长——投产工程具有一定风险二、开发程序3、开发方案实施中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院22/125开发生产•严密而有序的管理制度•实用而科学的应急预案•作风过硬的基层领导班子和操作人员二、开发程序4、开发生产12中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院23/125一．高含硫气田概况二．高含硫气藏开发程序三．高含硫气藏开发主要问题四．高含硫气藏开发优化设计五．高含硫气藏安全高效开发实例主要内容主要内容中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院24/125高含硫气田开发主要问题：•环境安全问题•硫沉积问题•腐蚀问题•水合物问题三、主要问题四个关键问题13中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院25/1251982年3月投产至今平均以10～15次/年的穿孔或开裂，均未引起人员伤亡或环境事故。中坝雷三气藏（H2S）含量为90～105g/m3•大事故均发生在钻井过程中•开采过程中不易发生大事故环境及安全问题：三、主要问题1、环境及安全中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院26/125•居民撒迁•材质及工艺•污水处理三、主要问题1、环境及安全川东北高含硫气田开发中的主要环境及安全问题14中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院27/125堵塞管道加速腐蚀地层中—降低产量井筒地面集输三、主要问题2、硫沉积问题罗罗家家11•地层中岩心照片中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院28/125硫溶解与沉积–化学溶解–物理溶解•高压压缩的高含硫气体对硫存在显著的物理溶解作用硫的化学溶解结构式硫的物理溶解结构式221xxHSSHS一定压力和温度含硫岩心照片高含硫气田带化学反应相平衡模型三、主要问题2、硫沉积问题15中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院29/125A、在地层中硫沉积的影响•在严格满足硫沉积—堵塞预测模型所描述的地层及流速条件下，由井筒至井的有效控制边界上，依次出现水动力冲刷解堵区、水动力携硫区、硫稳定沉积堵塞区和无硫沉积区。三、主要问题2、硫沉积问题中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院30/125•高含硫气藏产能评价需要考虑两方面的因素：–地层中存在复杂的相态变化，以及可能的硫沉积的问题；–测试录取资料时能否按常规气藏测试程序进行。•对复杂相态变化和硫沉积条件下的产能评价，目前还没有成熟的方法；•针对测试时间短、生产压差小、录取资料受到限制条件下的产能评价方法，目前仍处于探索中。罗家1井05101520253035404502004006008001000产气量(104m3/d)井底流压(MPa)D=0.02D=0.04T=2.5hΔP＝0.721MPa（1.8%Pr）R＝0.3m0.5m1.0m1.5m不同距离下含硫饱和度随生产时间的变化三、主要问题2、硫沉积问题16中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院31/1251800120～135Zechstein气田1800(严重硫沉积)41～46125～1423200～3800Sudoldenburg气田德国200035～384000Obed气田210～27001103700Harmattan气田300～87024.879.43200Okotoks气田加拿大发生硫沉积井段(m)压力（MPa）温度（℃）井深（m）气田名称在大多数高含硫气田开采中都遭遇到硫沉积问题，进而造成硫堵。硫堵不但会引起井下金属设备严重腐蚀，而且还会导致井的生产能力下降，甚至完全堵塞井筒直至关井。B、在井筒中硫沉积的影响三、主要问题2、硫沉积问题中国石油中石油勘探开发研究院廊坊分院32/125溢流管分离头进气口分离头仰视图清洗后分离头俯视图分离头仰视图峰15井分离器分离头硫