高溫高壓含硫化氫及出砂油氣井試油測試技術

李濤

（中海艾普油氣測試（天津）有限公司，天津300452）

1 引言

油氣井試油技術在我國油田開采和勘測過程中已經有了廣泛的應用，并構建了系統而成熟的試油理論體系，但是該理論體系主要適用于埋藏比較淺，壓力較低的油井，對于埋藏深度較大，壓力溫度較高的油氣井，試油技術仍然存在較大不足，需要不斷完善高溫高壓油氣井試油技術和試油工藝，提高試油質量，保證石油開采質量和效果。

2 壓差預測與控制

2.1 建立壓差預測模型

對施工現場環境和具體施工標準進行研究，選出適用于實際開采條件和開采標準的壓差計算公式如下：

Δp=C·tan（45+?2）

其中，C 為巖石的粘聚力，? 為內摩擦角，Δp為臨界產生壓差[1]。

2.2 確定內摩擦角和儲層強度參數粘聚力

通過三軸實驗確定粘聚力和內摩擦角，以準噶爾盆地南緣為例，所取霍爾果斯巖樣數為8，巖性為砂巖，所取安集海巖樣量為20，巖性為砂巖和粉砂巖。

利用測井資料計算儲層力學參數方法如下[2]：

巖石強度參數和相關測井資料關系如下：

其中，ρ 為地層密度，vp為縱波速度，vs為橫波速度。

利用壓差預測軟件進行壓差的計算，選擇模型為極限應變模型，內摩擦角度為26 度，粘聚力1MPa，彈性模量2000MPa，泊松比0.2，孔隙壓力12MPa，彈性區滲透率300，塑性區滲透率150。

對準噶爾南緣的井段進行控制技術和壓差預測的應用，符合率高達92%。

3 高壓防硫除砂器裝置的應用和研究

3.1 除砂器技術指標

根據高溫高壓含硫化氫的市場需求確定除砂器裝置技術指標，最高工作壓力為104MPa，工作溫度在-40～150℃之間，最低存儲溫度為-50℃，工作介質為含有硫化氫的天然氣、水和油，處理氣量為每日150 萬立方米，處理砂量1 小時90L。

3.2 除砂器設計

除砂器設計中需要遵循SY/T 5127—2002 井口設計與采油樹規范；井口裝置和采油樹設備規范；NACE MR0175:2000油田用防硫化物應力開裂金屬材料；超高壓容器安全監察章程以及SY/T 5675—1993 試油鉆采機械產品用高壓鍛件通用技術條件。

施工過程中的設計規范與標準如下，選用GB 150—1998鋼制壓力容器，GB/T 3077—1999 合金結構鋼；遵循HG 20582—1998 鋼制化工容器強度計算規定；HG 20581—1998鋼制化工容器材料選用規定以及ASME 第三篇第三分冊。

除砂器材料根據《油田用防硫化物應力開裂的金屬材料》標準進行選擇，標準中有關于硫化氫低合金材料的相關要求，可以適用于所有低合金鋼和碳鋼材料。

4 檢測技術的應用

4.1 高溫高壓含硫化氫出砂油氣井檢驗技術

明確響應技術規范，經過的大量市場調研和國內外技術分析，確定施工技術規范，硫化氫的檢測范圍在0～100000ppm之間，工作介質為水和含硫化氫的石油天然氣，工作壓力為80MPa，相對濕度小于90%，重復性誤差為3%，線性誤差極限3%，響應時間在2min 之內。然后確定硫化氫在線檢測系統，主要包括探頭、數據采集存儲裝置以及分立減壓裝置三部分內容，對合理設計圖紙，并完成設備組裝，軟件測試等工作，同時還需要對產出流體進行分離減壓。沒有分離減壓的氣體要進行氣體檢測，判斷是否存在硫化氫。

做好地面實施檢測工作，在數據采集室中紀錄并分析數據，組裝硫化氫檢測裝置，用標準硫化氫進行檢測和標定，實際調試結果精度為0.8%～3.9%，能夠達到相應測試要求。

4.2 含硫化氫現場處理技術

處理井內產出的含有硫化氫的液體，首先根據化學反應方程式確定除硫劑的配方，確定所用除硫劑的量，并對產油環境進行細致的檢測，在酸性環境下，可能會出現新的硫化氫氣體而影響最終檢測精度。根據硫化氫的溶解性特點，在標準大氣壓下硫化氫在水中的溶解體積為2400PPm 左右，一般情況下溶解量不會高于4%，若出現溫度和其他因素的改變，也會影響溶解度，所以在實際研究中，要結合當地實際情況來看。

從標準條件下硫化氫的溶解度來看，地層每天產出10m3的油氣時，需要應用70kg 的氫氧化鈉來進行中和反應，如果每天產出10m3的水，則需要使用80kg 的堿式碳酸鋅進行中和，避免硫化氫對產出油氣質量的干擾。此外，還需要加強除硫劑加藥系統硬件設施的研究工作，在試油的過程中，在套管中加入處理劑并試產檢測，確定硫化氫的濃度。

4.3 試油工作注意問題

在試油檢測之前，各個工種之間需要進行充分的討論和研究，進行技術交底，明確每一名員工的職責和責任，確定統一的指揮人員進行生產和組織協調工作，制定書面安全責任預案，對員工進行充分的安全意識和安全責任培訓工作，讓每一名員工能夠認識到安全生產的重要意義，能夠做好自我保護工作。同時還要針對以往生產過程中可能出現的問題，做好安全風險評估工作，并重點檢查施工過程中容易出現危險的環節，做到針對性的處理，保證施工的安全性和可靠性。

然后需要對各個工種使用的工具進行專業的技術參數標定工作，進入井下的工具需要做好草圖繪制，建立相應的施工現場技術檔案，有條件的施工隊伍需要及時復查現場的施工環境，檢查實際施工工藝是否滿足施工要求，及時發現施工過程中的問題并進行反饋和解決，減少施工因素對施工現場的干擾。在實際試油測試技術中，泥漿性能的好壞直接關系著測試結果的成敗，若出現泥漿質量問題，不僅會對整體施工進度產生嚴重影響，而且還可能會引起油井報廢，給企業帶來極大的經濟損失。所以在施工之前要用泥漿和水泥漿進行提前的測試和試驗工作，保證實驗的合理有序，在測試過程中，無關人員應該遠離高壓管匯集區域，施工人員盡可能地避免在管道連接處和彎頭位置處停留，相關人員要密切關注數據采集參數的變化，及時發現參數的異常，檢查地面設備，消除安全隱患，保證施工的安全可靠。

準確計算好RD 閥破裂盤壓力值，剔除開關井溫度效應、膨脹收縮效應影響，保證環空壓力小于RD 閥的破裂盤壓力，避免在采油樹換裝封井器期間出現井噴或井涌的現象，在采用控制頭進行測試時，由于溫度效應會導致金屬膨脹，為了防止管柱別斷井口管匯，在必要時需要及時上提管道，避免封隔器重量過大而導致封隔器損壞，時刻注意井口壓力的控制，避免油套壓差過大引起管柱刺漏和封隔器問題。做好防噴防爆、防硫化氫的工作，充分發揮數據采集系統的優勢，進行全過程井口壓力的跟蹤，及時發現異常并分析找出原因。

5 結語

綜上所述，在石油開采工業中硫化氫對石油的腐蝕會導致石油開采進程的減慢和石油開采質量的降低，導致環境的破壞，所以在石油實際開采與測試中，需要對硫化氫進行有效測試，并采取針對性的措施控制整個井內的硫化氫，提高石油產量，減少硫化氫對石油的腐蝕，提高石油企業的經濟效益，保障石油開采得以順利安全的進行。