順北油田三級脫硫全密閉試油工藝研究及應(yīng)用

劉練　楊坤　孟莉　楊勁松

摘 要：順北油田位于塔里木盆地北部坳陷中西部，埋藏深、地層溫度高，硫化氫含量高。硫化氫在試油期間從井場析出，給現(xiàn)場人員造成極大威脅。為確保安全，研究實踐了以“三級脫硫、全密閉試油”為核心的一套工藝。已成功應(yīng)用7井次，井場硫化氫控制在20ppm以下，確保了現(xiàn)場作業(yè)人員安全，實現(xiàn)油氣井連續(xù)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：順北；超深；高含硫；三級脫硫；全密閉

Abstract：Shun Bei oilfield in the Midwest of tarim basin northern depression are featured by buried deep， high temperature and high hydrogen sulfide. Hydrogen sulfide escaped from wellsite during oil test， which caused great threat to field personnel. In order to ensure safety， studying a set of technology of level 3 hydrogen sulfide removal and all closed oil test. This technology has been used in 7 wells successfully， which controls content of h2s under 20 parts per million in website， ensures safety of field personnel and achieves continuous production of oil and gas wells.

Key words：Shun Bei；ultradeep；high hydrogen sulfide；level 3 hydrogen sulfide removal；fully closed

隨著勘探開發(fā)領(lǐng)域的擴展，順北油田獲得重大油氣突破，但是高溫高壓高含硫井的試油問題隨之而來，通過總結(jié)試油中遇到的問題，結(jié)合現(xiàn)場施工進行技術(shù)攻關(guān)，研究實踐了以“三級脫硫、全密閉試油”為核心的安全試油工藝，將井場硫化氫控制在20ppm以下，生產(chǎn)流程處于全封閉狀態(tài)，并在順北油田7口井成功應(yīng)用，消除試油過程中的安全隱患，實現(xiàn)油氣井連續(xù)生產(chǎn)。

1 順北油田概況

順北油田位于塔里木盆地北部坳陷中西部，處于阿瓦提斷陷北斜坡、順托果勒隆起西北部與沙雅隆起西南部的傾沒端。油藏埋深7200-8100m，最高關(guān)井壓力達(dá)44.2MPa，地層壓力系數(shù)1.12-1.19，地層壓力84-87MPa，地層溫度159-171℃，硫化氫濃度10000-24592mg/m3，屬于超深、高溫、高壓、高含硫化氫的三高一超碳酸鹽巖油氣田。

2 試油技術(shù)難題

2.1 周期短、設(shè)備撬裝

順北油田試油周期一般為5-30天，試油期間鉆機還未搬離井場，因井場空間受限，只能采用撬裝式設(shè)備，試油結(jié)束后進入集輸管線正式投產(chǎn)，無法建設(shè)固定式脫硫裝置，且撬裝式設(shè)備必須滿足運輸、安裝方便的要求，因此不能采用重型永久式設(shè)備或者工藝進行脫硫。

2.2 初期返排為混漿

順北油田完井測試期間使用的泥漿比重高（1.2-1.35），固相含量高，漏失量大（21.4-610.78m3），開井測試排液初期，長時間處于放噴排污階段，天然氣、硫化氫和混漿（油氣水中夾雜大量的泥漿顆粒和地層巖屑）同出，地面測試流程多處被刺壞，同時點火困難，威脅人員安全。

2.3 井場硫化氫析出威脅人身安全

順北1-1H井屬于高壓高含硫化氫油氣井，最大關(guān)井壓力43MPa，單次脫氣氣油比423m3/m3，地層硫化氫濃度高達(dá)24592mg/m3，試油采用傳統(tǒng)的密閉測試技術(shù)，流程上主要設(shè)計分離器及密閉罐二級脫硫方式，雖然能夠確保硫化氫在生產(chǎn)時不擴散，但罐車與計量罐的量油口處于暴露狀態(tài)，仍然無法解決井場硫化氫彌漫的問題。

3 三級脫硫、全密閉試油工藝

常規(guī)一級脫硫為分離器+敞口罐，若原油中滑脫出高含硫化氫天然氣，從罐口向外散逸，導(dǎo)致現(xiàn)場硫化氫濃度超標(biāo)，井場有毒有害可燃?xì)怏w不可控，對人員造成生命安全威脅，另一方面使用開放式試油流程，夜間作業(yè)更具危險性，要求現(xiàn)場夜間停止作業(yè)，造成試油試產(chǎn)作業(yè)不連續(xù)，影響返排和油井產(chǎn)量。

二級脫硫為分離器+密閉罐，形成了密閉測試技術(shù)，若分離器分離油氣效果不佳時，部分氣體未分離而是隨著流體進入密閉罐中，易造成脹罐、憋壓的情況，同時上一級分離未徹底的較高濃度的硫化氫在呼吸口等位置極易腐蝕鐵質(zhì)附件進而生成硫化亞鐵和少量單質(zhì)硫，積聚到一定程度后硫化亞鐵遇空氣急劇發(fā)熱引燃單質(zhì)硫，可導(dǎo)致出現(xiàn)明火。

針對順北油田超深、高溫、高壓、高含硫化氫的特點，同時基于分離級數(shù)越多，分離所得儲罐原油收率越高，最優(yōu)分離壓力則分離效果越好的理論[1-2]（圖1），地面流程采用分離器+緩沖罐+密閉罐三級物理脫硫工藝，通過分離器一次分離出的含硫液體進入緩沖罐二次分離，液體中含硫氣體依據(jù)重力分異作用的原理物理脫硫，含硫氣體通過尾氣管線輸送至放噴口進行燃燒，液體經(jīng)過液路管線進入密閉計量罐系統(tǒng)進行三次脫硫，設(shè)計思路詳見圖2。一是確保了試油期間井場硫化氫濃度低于20ppm，不出現(xiàn)硫化氫濃度超標(biāo)關(guān)井的情況；二是實現(xiàn)精準(zhǔn)計量。

3.1 緩沖罐

從分離器來的原油進入緩沖罐時，應(yīng)緩慢打開液出口的球閥，流體穩(wěn)定后，將球閥置于全開狀態(tài)。同時觀察壓力表的示值，調(diào)整氣管線上背壓調(diào)節(jié)閥的開度，將壓力控制在1MPa。排油系統(tǒng)設(shè)有兩套排油方式：自動控制傳輸和泵傳輸。若使用自動控制傳輸油管線排油，則先打開液位控制閥前面的球閥，當(dāng)液體到達(dá)一定體積后，液位控制閥自動開啟排油；若使用泵排管線排油，則打開泵前后的球閥，開啟泵電路開關(guān)，則油從泵排管線排出，兩套排油管線共用一個出口。

3.2 密閉計量裝置

傳統(tǒng)的密閉罐無法實現(xiàn)密閉計量，需要作業(yè)人員配戴正壓式空氣呼吸器，一人監(jiān)護，一人上罐計量，存在較大的人身安全風(fēng)險，通過改進，在罐體上設(shè)計了兩種計量裝置，實現(xiàn)安全精準(zhǔn)計量。密閉罐設(shè)計有液位監(jiān)測儀，進罐前管線上設(shè)計流量計，避免傳統(tǒng)敞開式計量方式，同現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的傳至基地。

3.3 打油鶴管及配套設(shè)備

通過調(diào)研不同罐車口徑，引進了鶴管，設(shè)計了膠皮楔形蓋，實現(xiàn)與罐車密閉，同時又設(shè)計了防靜電聲光報警裝置，三項技術(shù)的完美結(jié)合實現(xiàn)了密閉裝車，極大的降低了現(xiàn)場硫化氫濃度，確保作業(yè)人員人身安全。

3.3.1 鶴管及密封系統(tǒng)

為了實現(xiàn)裝車時的全密閉，研制帶膠皮的楔形蓋密封系統(tǒng)，楔形蓋高200mm，上直徑340mm，下直徑160mm，楔形蓋膠皮厚度5mm，可以實現(xiàn)與油罐車罐口的無縫銜接。

3.3.2 防靜電聲光報警系統(tǒng)

系統(tǒng)通過傳感器檢測液位信號和靜電接地夾檢測接地信號，當(dāng)液位超過報警位置或接地回路電阻超過規(guī)定電阻值時，系統(tǒng)輸出聲光報警信號供現(xiàn)場工作人員及時了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，同時輸出繼電器開關(guān)信號供付油系統(tǒng)控制。

3.3.3 打油操作平臺

該平臺上固定有鶴管及密封系統(tǒng)，防靜電聲光報警系統(tǒng)固定在鶴罐立柱上，從而實現(xiàn)現(xiàn)場全密閉生產(chǎn)。

3.4 設(shè)計伴燒系統(tǒng)

傳統(tǒng)伴燒系統(tǒng)火炬口采用液化氣或者柴油長明伴燒，成本高、風(fēng)險大；改進伴燒系統(tǒng)采用分離器分離過后天然氣做長明火，循環(huán)利用、安全可靠。另外，分別對分離器氣管線、緩沖罐氣管線、密閉罐氣管線等進行了合理設(shè)計布局。

4 應(yīng)用情況

高壓高含硫油氣井試油期間的防硫化氫工藝已成功在順北油田7口井推廣應(yīng)用，流程見圖7，正常試油期間井場硫化氫濃度低于20ppm，未出現(xiàn)硫化氫濃度超標(biāo)關(guān)井的情況，三級物理脫硫效果明顯。

以SHB XX井為例，分別在分離器處取樣、取樣口0.5m處測量硫化氫濃度、罐車0.5m處測量硫化氫濃度，結(jié)果見表1。

綜上所述，經(jīng)分離器、緩沖罐、密閉罐三級脫硫效果明顯。

5 結(jié)論及建議

通過在順北區(qū)塊試油的實踐中，不斷創(chuàng)新與探索工藝、技術(shù)，并不斷總結(jié)經(jīng)驗，通過緩沖罐、密閉罐、鶴管及伴燒系統(tǒng)的研制與設(shè)計，實現(xiàn)了三級脫硫、精準(zhǔn)計量、試油流程全密閉的流程化試油防硫化氫工藝，該套技術(shù)在順北7口井的成功應(yīng)用，表明了其能夠滿足此類高含硫化氫井的試油作業(yè)，對類似井的試油具有一定的借鑒意義。

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作者簡介：

劉練（1982- ）男，高級工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)為西南石油大學(xué)在讀碩士研究生，主要從事完井測試工作。