高抗硫保壓井下取樣器的研制及在P202-1井中的應用

張文昌 黨軍勝 楊明滔 方 偉 耿安然

（中原油田公司采油工程技術研究院，河南濮陽 457001）

普光氣田氣藏埋深4 800～5 800 m，地層壓力55～57 MPa，地層溫度120～134 ℃，H2S 平均含量15.16%，CO2平均含量8.64%，氣藏具有高溫、高壓、高含硫化氫等特點。生產過程中存在易形成水合物、硫沉積等問題，因此預測、防治水合物和硫沉積的工作效果直接關系著氣田的科學合理開發。井下流體PVT 試驗分析可有效指導水合物形成條件和硫沉積預測、防治工作，但前提是獲得具有真實代表性的流體樣品。

目前國內井下取樣器受材料及加工工藝的影響，尚無高含硫天然氣井井下取樣工具，對高含硫氣井取樣主要采取地面方式，用于產出流體的組分分析，確定H2S 和CO2含量等，樣品的代表性較差，分析資料不能真實反映流體性質和相態特征。國外高含硫天然氣井井下取樣有流通式、置換式兩種取樣方式，并由流通式向氮氣置換式發展［1-3］。置換式取樣通過取樣筒充氮氣提供背壓，防止了流體相態發生變化，提高了樣品的原始相態保持能力。

1 井下取樣器

1.1 組成

該取樣器由取樣室、氮氣室、空氣室、時鐘控制系統4 部分組成。取樣室用于儲存地層樣品，其主要組成部分為浮動活塞；氮氣室用于儲存給樣品提供背壓的氮氣，空氣室用于存儲取樣過程中由取樣室驅替過來的置換液，時鐘控制系統用于控制取樣器時間。為了確保該取樣器的高抗硫性能，取樣器與腐蝕流體接觸部件全部采用鈦合金材料，內部密封圈采用高抗硫化氫橡膠材料，為實現樣品保壓，設計了氮氣室給樣品提供背壓。

1.2 技術原理［4］

取樣前，在氮氣室注入一定壓力的氮氣，取樣室浮動活塞后端充滿置換液，空氣室為空。當取樣器下到目的層位后鐘機觸發開始取樣時，樣品通過樣品入口進入取樣室并推動浮動活塞前端移動，置換液進空氣室，待樣品充滿取樣室后，樣品入口關閉，地層流體被保存在取樣室內，同時氮氣室通道打開，氮氣室壓力作用在浮動活塞后端為所取樣品提供背壓，保證了樣品的單向性，取樣完成，圖1 為取樣器完成取樣前、后的狀態圖。

圖1 取樣前、后取樣器狀態

1.3 技術參數

井下取樣器技術參數見表1。

表1 SQ4 取樣器技術參數

1.4 技術特點

該取樣器解決了地層流體樣品原始相態難以保持的問題，實現了取樣過程中的保壓。與常規取樣器相比,具有以下特點：（1）改變了常規容積式取樣方法，采用置換式取樣、氮氣備壓保樣技術，實現了樣品從井下到地面全過程的保壓，防止了相態變化；（2）研制了時鐘觸發開啟、活塞觸發關閉機構，保證了定時、定深取樣，防止了不同深度處的流體在取樣器內混樣；（3）取樣器采用高抗硫材質、密封圈，具有很強的抗硫、耐腐蝕性能。

2 地面轉樣裝置、樣瓶

2.1 結構

地面轉樣裝置由支架、氣液增壓泵、恒體積裝置、壓力表、閥、專用管線等部件組成，示意圖見圖2，樣瓶由筒體、樣品端堵頭、浮動活塞、攪拌球、無樣品端堵頭、高壓閥等部件組成。

圖2 地面轉樣裝置示意圖

2.2 技術原理

地面轉樣裝置技術原理見圖3。轉樣前儲樣瓶無樣端充滿置換液，將樣瓶移動活塞頂到樣品端，連接好取樣器和儲樣瓶后，先對連接管線進行抽空。跟取樣器連接好后，用氣動增壓泵將轉樣頂替液注入取樣器推動浮動活塞移動，樣品從取樣器轉入儲樣瓶，兩個壓力表分別用來觀察樣品壓力和樣瓶背壓，確保轉樣過程中的保壓。儲樣技術原理為無樣端先填充置換液體，轉樣過程中為樣品端加背壓，確保了地面轉樣過程中樣瓶中樣品的保壓，轉樣完成后在無樣端給樣品施加背壓，保證了樣品在運輸至實驗室的過程中樣品的保壓。

圖3 地面轉樣裝置技術原理

2.3 技術參數

地面轉樣裝置耐壓70 MPa，換液液體為乙二醇+水（2∶1 配置）；樣瓶耐壓70 MPa，體積60 mL，耐溫150 ℃。

2.4 技術特點

（1）樣瓶背壓技術實現了樣品保壓轉樣；（2）恒體積轉樣裝置實現了緩慢轉樣，避免了因轉樣過程過快造成流體性質發生變化；（3）儲樣瓶采用液體攪拌和氮氣備壓技術，保證了樣品氣液無分層、均勻進入室內樣品分析儀器。

3 應用實例

P202-1 井井深5 405.89 m，H2S 含量13.53%，CO2含量9.86%，產氣量105×104m3/d，井底壓力44.4 MPa，井底溫度133 ℃，屬高含硫化氫、二氧化碳、高產、井深，即“三高一深”氣井。整個井下PVT 取樣作業合計進行了4 趟起下鋼絲作業，分別是1 趟通井、1 趟測壓、2 趟取樣。通井作業探明井筒狀況，通井深度5 340 m；測壓測取取樣點的流壓、流溫，為取樣器氮氣室充壓提供了參數，并判斷井筒積液位置，確定取樣深度。

取樣配套鋼絲作業裝備分別為：（1）防爆級別為Zone2 級別的試井橇，作業深度6 000 m，最大提升力27.6 kN；（2）高抗硫化氫SUPA75 試井鋼絲外徑3.2 mm，抗拉1.16 t。（3）高抗硫化氫防噴裝備，包括防噴盒、化學注入短節、防噴管、捕捉器、防掉器、井口防噴器、井口轉換器等裝備，耐壓70 MPa。（4）新研制的高抗硫保壓取樣器。

最終完成了該井的取樣、地面轉樣、樣瓶儲樣作業流程，兩次取樣成功率均為100%。取樣點井深達5 010 m，流壓42.62 MPa，流溫129.06 ℃，完成取樣后，取樣器開口壓力、地面轉樣壓力均為44.05 MPa，壓力始終大于取樣點流壓，保證了樣品真實性，確保了PVT 試驗結果的準確性。

4 結論

（1） 研制出了國內首支高抗硫保壓井下取樣器，該取樣器可實現全程保壓，可獲取凝析氣、溶解氣原油的真實樣品；該取樣器抗腐蝕性能強，能適用于各種腐蝕環境惡劣的油、氣、水井工況取樣。

（2）此次取樣成功實施高含硫氣井鋼絲作業，為后續同類氣井測壓、開關滑套、投撈堵塞器等鋼絲作業積累了寶貴經驗。

［1］ 姚連成.地層流體取樣技術及試樣分析研究［J］.石油知識，1992（3）：28-29.

［2］ 李峰.高壓凝析氣井流體取樣技術探討［J］.石油天然氣學報，2007，29（3）：293-294.

［3］ 蒲建，何鮮，劉延慶，等.凝析氣藏流體樣品恢復方法研究［J］.新疆地質，2003，21（2）：223-225.

［4］ 楊順.高溫高壓下的產出液取樣器的工作原理及效果［J］.鉆采工藝，2009，32（5）：68-69.