作者简介：何生厚，现任中国石油化工股份有限公司副总工程师，“川气东送”建设工程指挥部常务副指挥。地址：（１０００２９）北京市朝阳区惠新东街甲六号。电话：（０１０）６４９９８２１１。Ｅ‐ｍａｉｌ：ｈｓｈ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ．ｃｎ
何生厚
（中国石油化工股份有限公司）
何生厚．普光高含Ｈ２Ｓ、ＣＯ２气田开发技术难题及对策．天然气工业，２００８，２８（４）：８２‐８５．
摘 要 普光气田属高含Ｈ２Ｓ、ＣＯ２特大型海相气田，气层埋藏深，高含Ｈ２Ｓ和ＣＯ２，厚度为３００～４００ｍ，在气藏储层研究、超深钻井技术、增产技术、井筒技术、地面工程技术等方面存在着某些世界级难题。为此，系统地分析了存在的主要技术问题，指出气藏地质、气藏工程基础研究亟待深化，安全、优质、快速钻井工程技术亟待配套提高，急需配套高含硫、巨厚气藏采气工艺和工程技术，高含硫气田的集输工艺技术还处于学习模仿阶段，“混合流体”的腐蚀机理及防护技术研究缺乏系统性和针对性，专用管材及设备国产化的研发有待加快，急需加快安全测控关键技术的研发和编制高Ｈ２ Ｓ气田开发的标准系列。还从气藏工程、钻（完）井工程、采气工程、集输工程、防腐工程和关键设备及材料等方面有针对性地探讨了重点攻关方向和关键技术。 主题词 硫化氢 二氧化碳 气田开发 技术 策略
一、引 言
川东北地区天然气资源十分丰富，是中石油和中石化两大石油集团天然气勘探开发的重要地区。目前已探明的高含硫气田（Ｈ２Ｓ含量大于５％）主要分布在川东北地区海相碳酸盐岩地层，中国石化已探明的普光大型气田和毛坝、大湾等含气构造，累计探明储量超过３０００×１０８ｍ３。预计到２０１０年，仅中
国石化在普光地区探明储量累计将达５０００×１０８
ｍ３
，
展示了巨大的资源前景。 目前，国内尚无高含Ｈ２Ｓ、ＣＯ２气田成熟的开发配套技术和经验，使这类储量至今还未开发动用，未发挥其在国民经济建设中的重要作用。同时，国内缺乏相关的自主产品，关键设备、材料主要依靠进口，使开发投资大幅增加。为此，加强自主创新，加快自主研发，形
成该类气藏开发配套技术具有十分重要意义
［１‐２］
。笔者重点就普光特大型高含Ｈ２Ｓ、
ＣＯ２复杂气藏开发中存在的主要技术难题，以及相应的对策作些分析和探讨。
二、普光气田开发难点分析
由于普光气田是海相礁滩相储层，埋藏超深，高温、高压、高Ｈ２Ｓ和ＣＯ２共存，地质层序、压力剖面复杂等因素，这给气田开发带来了极大的技术和安
全问题，使得在钻井、完井、采气、地面集输和安全、
环保等多方面都具复杂性，气田开发难度大，开发成本高。疏理开发工程中存在的难点，对研究应对措施十分必要。 １．气藏地质、气藏工程基础研究亟待深化 碳酸盐岩礁滩相储层地质描述方面：采用地震—测井联合反演技术预测有利储集空间分布，其分辨率还有待提高，巨厚孔隙裂缝储层精细刻划、储量计算方法有待完善。联想昭阳e390
高含硫气田相态及渗流机理研究方面：国内学者仅能在ＰＶＴ筒中观察Ｈ２Ｓ、固体硫、水以及天然气运移现象，物模技术和数模技术都处于探索阶段，储层物性参数变化规律研究还不能为气藏工程提技术支撑。
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高含Ｈ２Ｓ、ＣＯ２气藏试井技术研究方面：受高含Ｈ２Ｓ因素的影响，勘探阶段常采用短时试井，目前主
要用一点法计算测试层无阻流量，该方法仍存在局限性。
２．安全、优质、快速的钻井工程技术亟待配套提高 井控技术：国内井控装置的抗Ｈ２Ｓ能力（承诺１０％）、耐压等级（１０５ＭＰａ）不能满足要求。普光及周边气田Ｈ２Ｓ含量己达２０％，井口压力最高达１１１ＭＰａ。
钻井技术：垂直钻井技术仅处研发阶段，对付须·
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家河组这样的老地层没有高效钻头，空气钻井在钻具设计、井壁稳定、气液转换等方面缺少配套技术。 固井技术：还没有自主知识产权的成熟的防气窜、抗蚀性好的水泥浆配方体系，缺乏适应超深井的固井工具和完善的工艺。
堵漏技术：由于地层压力剖面变化极大，压力系数从１．０～２．２（有的高于２．２），急需具备高承压能力的堵漏材料和堵浆体系。
３．急需配套高含硫、巨厚气藏采气工艺和工程技术
射孔技术：普光气田大厚层井段长３００～４００ｍ，传统的投棒撞击起爆方式和井口加压起爆方式已经不能满足要求，炮弹的耐温、耐压和耐水浸性能需改进完善。同时亟待研究巨厚层一次射孔、酸压、投产联作工艺。
井筒工具及工艺技术：目前井筒技术主要依赖国外高含硫气田采用的封隔器、井下安全阀和井口及井筒循环保护系统。国内研发的技术瓶颈是密封元件和内堆焊工艺技术。
巨厚层酸压改造工艺技术：国外已普遍应用多级注入酸压技术来实现深度酸压，可以处理５种液体系统并考虑了闭合酸化技术；而普光气田除此之外，更重要的要解决纵向上储层段差异性，需研发不同酸液体系和工艺，改善产气剖面。
４．高含硫气田的集输工艺技术处学习模仿阶段 国内目前尚无大规模的高含硫气田开发生产工业实践。在管材研发、抗硫阀门、自动测控、防腐蚀技术、智能监测、安全风险控制等方面仅处研发起步阶段。
国内还没有一套适应高含硫气田集输系统设计规范和标准，不能独立完成大规摸的集输系统设计。 ５．“混合流体”的腐蚀机理及防护技术研究缺乏系统性和针对性
叶心清 “混合流体”的腐蚀：国内外对于单独Ｈ２Ｓ、ＣＯ２腐蚀因素研究较多，类似普光气田的高Ｈ２Ｓ、ＣＯ２分压，同时存在高矿化度地层水“混合流体”的腐蚀缺乏系统地研究。
硫沉积的腐蚀和防治：目前对“混合流体”硫沉积的规律研究仅处起步阶段，并缺少配套的实验装置和实验方法。对于高含硫气藏缺乏有效的防治配套技术。
“混合流体”条件下水合物研究：国内外对于含ＣＯ２或Ｈ２Ｓ体系中水合物相平衡条件实验研究较少，同样缺少专用实验设备和方法。 ６．加快专用管材及设备国产化研发，为高酸性气田开发提供保障
高温焚烧炉研究：国外大气量焚烧炉有比较成熟的技术，含硫天然气燃烧率均为９９．９９％。目前，国内尚没有研制成功燃气量大于１０×１０４ｍ３／ｄ高温焚烧炉的案例。
高抗硫合金管材研究：近年来国内在生产的低抗硫钢管，具备了一定的抗硫性能。国内高镍基合金高级耐蚀合金管材的生产尚处于研制阶段。
超高压抗硫井控装置研究：国内正试制１０５ＭＰａ、抗２０％Ｈ２Ｓ的装置。耐压达１４０ＭＰ
ａ、抗３５％Ｈ２Ｓ的井控装置的研发未提到议事日程。
７．急需加快安全测控关键技术研发
欧美等国家建立了多种气体泄漏扩散模型，但仍不能适应川东北地区地理环境、气候环境的特点。 在湿气集输系统生产监测手段方面，还未到管道积液、厚壁管道腐蚀智能监测的手段。
国外把钻井液中Ｈ２Ｓ反应产物的在线监测作为安全保障措施之一，而我国仅处于研制阶段。
８．急需研究编制高Ｈ２Ｓ气田开发的标准系列
专项标准体系研究：目前相关Ｈ２Ｓ气田勘探开发的相关标准分散、交叉，也极不完善，更没有形成专项体系。应根据总的专项体系，研究分级标准，编制国家级、行业级和企业级的不同标准和规范。
对疑难标准应研究过渡性标准，使相关工作有据可依，在实践中不断完善。如开发实验、材质实验、井身设计等等。
上述问题是我国高含硫天然气开发现面临的技术难题，研究和解决这些难题，对提高我国天然气开发水平、促进天然气工业的快速发展有着十分重要的意义。
三、解放思想，立足原始创新、
集成创新和引进发展创新，
组织全方位的科技攻关
充分依靠我国天然气行业自身科研力量和社会科研力量，紧密结合普光复杂气藏地质和工程特点，明确主攻方向，加大科技投入和现场试验力度，研发出具有中国特的复杂天然气气藏开发核心技术。同时，重视已有先进技术系统集成配套和引进消化再创新工作，建立以油田企业为主体、各科研院校参与的多兵团协同作战创新体系，在普光气田的开发进程中加快技术进步。
·２·
１．高含硫气田气藏工程研究
应通过开展普光地区地震、测井响应特征研究，优选储层横向变化预测方法，为预测礁滩相储层展布总结出成套技术方法；在储层露头描述、岩心分析、地层格架研究，落实储层高孔、缝发育带分布。
酸性混合气藏相态及渗流机理研究方面，首先要研制配套实验装置及测试方法，为研究相平衡热力学模型、相态规律、硫沉积及其对渗流影响等研究提供必要的手段［３‐４］。
目前高含硫气井的试井测试技术很不完善，亟待研制井下ＰＶＴ高压取样器，套高压气样转存及分析手段。在试井解释方面，应完善对高含硫气井短期测试资料解释和分析的理论及方法，建立高含硫气田产能预测方法。
２．高含硫气藏安全钻井与完井技术研究
针对我国海相复杂地质超深气藏特点造成的钻井工程难题，要进一步加强合理的井身结构优化设计理论和方法的研究，完善压力预测和检测手段。重点要解决气体钻井装备的配套，研究气体钻井钻具组合、参数优化及钻具断裂因素，研发井壁稳定添加剂、井下防爆技术等配套技术。
确保高含硫气井固井质量是气井安全生产的前提，研究完善旋转固井、管外封隔固井、抗蚀水泥浆体系等固井技术是确保固井质量的基础；针对复杂的地质层序和压力剖面，开展防漏堵漏泥浆体系、水膨性有机堵漏剂等技术也迫在眉睫；针对高倾角地层的垂直钻井工具和工艺技术，旋转地质导向钻井技术，钻具、钻头优化组合等关键技术是优快钻井的手段。通过以上关键技术的研究，加快形成具有地区特的钻井系统配套技术。
３．高含硫气藏采气工程技术研究
普光气田巨厚层射孔技术在国际上仍然是个难题，关键是延时起爆技术，髙能弹耐高温性能和高压
下耐水浸技术。针对普光气田及其外围气藏的特点，研发耐温１５０℃、耐压１２０ＭＰａ的射孔及配套技术是当务之急。
在生产管柱设计和工具研发方面，重点攻关工具研制中的关键合金材料和密封件材料；优化设计满足安全注入等工艺要求的生产管柱。
巨厚气层酸压配套技术研究，重点是要解决酸压深度和纵剖面低渗储层改造矛盾。要研究建立天然孔隙裂缝型碳酸岩储层的酸化压裂工作液滤失模型，研究新型酸化液配方和配套新工艺，形成适应长井段高含硫气藏酸压技术。 ４．高含硫气田集输工艺与安全控制技术研究
针对高含硫气田湿气输送方式，集输压力达１０ＭＰａ，Ｈ２Ｓ分压达１．５ＭＰａ，对管材抗硫性能有更高要求。开展确保集输系统安全运行的相关技术研究，关键问题是防腐蚀管材的选择、高效缓蚀剂、加注方式和腐蚀监测等技术研究；必须研究系统腐蚀监控和控制的集成方案，研发激光遥感监测泄漏技术，以保证生产安全运行；加强脱水工艺和含硫生产污水处理等技术的研究；同时要加快地面抗Ｈ２Ｓ、ＣＯ２腐蚀输送配套设备国产化研制工作。
５．高含Ｈ２Ｓ、高ＣＯ２、单质硫、水气共存介质条件下腐蚀机理及防护技术研究以及水合物成因及防护技术研究
在井下生产和湿气输送环境中，对高含Ｈ２Ｓ／ＣＯ２、单质硫、水气共存介质条件下钢材的腐蚀机理进行深化研究［５］，在此基础上开展高抗硫钢局部腐蚀、应力腐蚀开裂（ＳＣＣ）以及氢致开裂（ＨＩＣ）程度及影响因素研究，优选出不同工况下经济实用的各种管材和设备。
在开展现有的缓蚀剂、硫溶剂性能评价和配伍性评价实验研究的基础上，继续开展集输系统缓蚀剂研制，开展以耐高温大分子有机化合物为主要成分的气井缓蚀剂合成研究，创新以有机溶剂和溶硫催化剂为主的硫溶剂的配方研究。
高含硫气田水合物形成机理及防治技术同样是一个新课题，开展酸性气体环境下水合物的生成和分解动力学研究及热动力学预测模型研究，为生产过程中水合物的生成预测和防治提供理论依据。同时开展酸性气体环境下水合物新型抑制剂及配伍性研究。
孔刚玉 ６．高含硫气藏关键设备和材料研制
普光气田要安全、高效开发，同时受到一些关键设备和材料的制约，国内研究院校和企业都具备了一定的研发能力，只要认真组织，加大投入，一定能在短期内取得成效。
为解决较长时间试气放空燃烧不完全的环保问题，开展高Ｈ２Ｓ天然气焚烧炉的研制已启动，在燃烧器、配风器和炉衬的研究设计以及控制系统、信号采集系统、点火逻辑系统安保联锁系统研究设计都己完成，为产品试制打下了基础。
抗Ｈ２Ｓ、ＣＯ２腐蚀高镍基合金油管是采气工艺的必有管材，在研究Ｃ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎ、Ｃｕ、Ｏ等元素对钢的组织、力学性能、腐蚀性能等影响取得成果基础上，开展超低碳、低氧的电弧炉和真空冶炼以及电渣重熔
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３
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技术取得成功，並攻克了热挤压、冷轧、热处理、特殊扣螺纹加工等关键技术，进入了产品的试制阶段。
高镍基双金属复合管开发是解决高含硫天然气集输管材的经济安全途径。高镍基复合管材钢采用离心铸造技术实现液态下双层材料溶合成型，实现界面的溶合连接。在解决离心铸造关键技术基础上，要继续攻克复合管最终热处理工艺参数、焊接工艺和其他连接技术。
高抗硫套管的开发要解决两个难题。一是目前已研发的作为技术套管或用作低含硫井的ＳＳ系列管材，最高钢级为Ｐ１１０级，其最大矛盾是不能满足超深井抗挤强度的要求；二是急需研发适应高含Ｈ２Ｓ、
ＣＯ２共存的气层条件下的所谓双抗高镍合金套管。下步应加快Ｐ１２５ＳＳ级抗硫套管的研制，尽块启动双抗套管的研制工作。
超高压抗硫井控装置研究己取得初步成果，目前己基本定型了内堆焊６２５高镍合金及其热处理工艺技术，今后要加快１０５ＭＰａ、抗２０％Ｈ２Ｓ的装置产业化；还应尽快启动研制耐压达１４０ＭＰａ、抗３５％Ｈ２Ｓ的井控装置。
烽火通信南京研发中心 ７．安全测控制关键技术研发
关于气体泄漏扩散模型研究，目前应用引进模型或自己开发的模型都有待进一步改进完善。重点要解决地理、气候环境综合因素影响下的泄漏、爆炸扩散模型，提高平台快速响应能力和实时性效果。
由于气田地处山区，集输管道高差达几十米至几百米，低谷处积液危害极大，研发管道积液监测技术对生产管理极具指导性。目前国内外还没有适应普光厚壁管道腐蚀智能监测仪器和装置，急需组织攻关，以满足生产需求。
钻井液中Ｈ２Ｓ反应产物的在线监测是早期发现气层Ｈ２Ｓ溢出的“眼睛”，应加快该技术的产业化产品开发，使其达到在线连续监测的功能。 ８．研究高Ｈ２Ｓ气田开发的标准系列
目前关于高含硫气田开发的相关标准显得零散，没有形成专项标准体系。急需组织Ｈ２Ｓ气田勘探
开发的相关标准专项体系研究，研究国家级、行业级和企业级的不同标准和规范分级标准。
由于高含硫气田某些相关技术和实践经验还不成熟，对疑难问题应研究过渡性标准，使相关工作有据可依，在实践不断完善。如开发实验、材质实验、井身设计等等。
企业标准是十分重要的基础，加快企业标准的编制对行标和国标制定将起到推动作用。期望相关单位、专家积极关注参与企标的制定工作，并为我国相应的行标、国标制定工作作出贡献。
笔者对高含Ｈ２Ｓ、ＣＯ２气田开发难点分析和对策思考，主要是针对普光地区气藏特点，以及开发进程中遇到的急需解决的主要技术问题。殷切希望相关院校、科研院所和生产企业参与到普光气田开发工程研究和技术攻关工作中来，为形成我国高含硫气田开发配套技术作出应有的贡献。
参 考 文 献小数定律
［１］何生厚．复杂气藏勘探开发技术难题及对策思考［Ｊ］．天然气工业，２００７，２７（１）：８５‐８７．
［２］刘一江，叶文超，卢立泽．空气、氮气钻井技术在普光气田的应用［Ｊ］．天然气工业，２００７，２７（７）：１‐３．
［３］曾平，赵金洲，李治平，等．硫在天然气中的溶解度实验研究［Ｊ］．西南石油学院学报，２００５，２７（１）：６７‐６９．
［４］赵立强，李年银，李文锦，等．普光气田大型酸压改造技术［Ｊ］．天然气工业，２００７，２７（７）：４‐７．
［５］杨满平，彭彩珍，李翠楠．高含硫气田元素硫沉积模型及应用研究［Ｊ］．西南石油学院学报，２００４，２６（６）：５４‐５６．
（收稿日期 ２００７‐１２‐０４ 编辑 韩晓渝）
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