高抗硫保压井下取样器的研制及在P202-1井中的应用

2013-12-23张文昌党军胜杨明滔耿安然

石油钻采工艺 2013年2期

张文昌党军胜杨明滔方伟耿安然

（中原油田公司采油工程技术研究院，河南濮阳 457001）

普光气田气藏埋深4 800～5 800 m，地层压力55～57 MPa，地层温度120～134 ℃，H2S 平均含量15.16%，CO2平均含量8.64%，气藏具有高温、高压、高含硫化氢等特点。生产过程中存在易形成水合物、硫沉积等问题，因此预测、防治水合物和硫沉积的工作效果直接关系着气田的科学合理开发。井下流体PVT 试验分析可有效指导水合物形成条件和硫沉积预测、防治工作，但前提是获得具有真实代表性的流体样品。

目前国内井下取样器受材料及加工工艺的影响，尚无高含硫天然气井井下取样工具，对高含硫气井取样主要采取地面方式，用于产出流体的组分分析，确定H2S 和CO2含量等，样品的代表性较差，分析资料不能真实反映流体性质和相态特征。国外高含硫天然气井井下取样有流通式、置换式两种取样方式，并由流通式向氮气置换式发展［1-3］。置换式取样通过取样筒充氮气提供背压，防止了流体相态发生变化，提高了样品的原始相态保持能力。

1 井下取样器

1.1 组成

该取样器由取样室、氮气室、空气室、时钟控制系统4 部分组成。取样室用于储存地层样品，其主要组成部分为浮动活塞；氮气室用于储存给样品提供背压的氮气，空气室用于存储取样过程中由取样室驱替过来的置换液，时钟控制系统用于控制取样器时间。为了确保该取样器的高抗硫性能，取样器与腐蚀流体接触部件全部采用钛合金材料，内部密封圈采用高抗硫化氢橡胶材料，为实现样品保压，设计了氮气室给样品提供背压。

1.2 技术原理［4］

取样前，在氮气室注入一定压力的氮气，取样室浮动活塞后端充满置换液，空气室为空。当取样器下到目的层位后钟机触发开始取样时，样品通过样品入口进入取样室并推动浮动活塞前端移动，置换液进空气室，待样品充满取样室后，样品入口关闭，地层流体被保存在取样室内，同时氮气室通道打开，氮气室压力作用在浮动活塞后端为所取样品提供背压，保证了样品的单向性，取样完成，图1 为取样器完成取样前、后的状态图。

图1 取样前、后取样器状态

1.3 技术参数

井下取样器技术参数见表1。

表1 SQ4 取样器技术参数

1.4 技术特点

该取样器解决了地层流体样品原始相态难以保持的问题，实现了取样过程中的保压。与常规取样器相比,具有以下特点：（1）改变了常规容积式取样方法，采用置换式取样、氮气备压保样技术，实现了样品从井下到地面全过程的保压，防止了相态变化；（2）研制了时钟触发开启、活塞触发关闭机构，保证了定时、定深取样，防止了不同深度处的流体在取样器内混样；（3）取样器采用高抗硫材质、密封圈，具有很强的抗硫、耐腐蚀性能。

2 地面转样装置、样瓶

2.1 结构

地面转样装置由支架、气液增压泵、恒体积装置、压力表、阀、专用管线等部件组成，示意图见图2，样瓶由筒体、样品端堵头、浮动活塞、搅拌球、无样品端堵头、高压阀等部件组成。

图2 地面转样装置示意图

2.2 技术原理

地面转样装置技术原理见图3。转样前储样瓶无样端充满置换液，将样瓶移动活塞顶到样品端，连接好取样器和储样瓶后，先对连接管线进行抽空。跟取样器连接好后，用气动增压泵将转样顶替液注入取样器推动浮动活塞移动，样品从取样器转入储样瓶，两个压力表分别用来观察样品压力和样瓶背压，确保转样过程中的保压。储样技术原理为无样端先填充置换液体，转样过程中为样品端加背压，确保了地面转样过程中样瓶中样品的保压，转样完成后在无样端给样品施加背压，保证了样品在运输至实验室的过程中样品的保压。

图3 地面转样装置技术原理

2.3 技术参数

地面转样装置耐压70 MPa，换液液体为乙二醇+水（2∶1 配置）；样瓶耐压70 MPa，体积60 mL，耐温150 ℃。

2.4 技术特点

（1）样瓶背压技术实现了样品保压转样；（2）恒体积转样装置实现了缓慢转样，避免了因转样过程过快造成流体性质发生变化；（3）储样瓶采用液体搅拌和氮气备压技术，保证了样品气液无分层、均匀进入室内样品分析仪器。

3 应用实例

P202-1 井井深5 405.89 m，H2S 含量13.53%，CO2含量9.86%，产气量105×104m3/d，井底压力44.4 MPa，井底温度133 ℃，属高含硫化氢、二氧化碳、高产、井深，即“三高一深”气井。整个井下PVT 取样作业合计进行了4 趟起下钢丝作业，分别是1 趟通井、1 趟测压、2 趟取样。通井作业探明井筒状况，通井深度5 340 m；测压测取取样点的流压、流温，为取样器氮气室充压提供了参数，并判断井筒积液位置，确定取样深度。

取样配套钢丝作业装备分别为：（1）防爆级别为Zone2 级别的试井橇，作业深度6 000 m，最大提升力27.6 kN；（2）高抗硫化氢SUPA75 试井钢丝外径3.2 mm，抗拉1.16 t。（3）高抗硫化氢防喷装备，包括防喷盒、化学注入短节、防喷管、捕捉器、防掉器、井口防喷器、井口转换器等装备，耐压70 MPa。（4）新研制的高抗硫保压取样器。

最终完成了该井的取样、地面转样、样瓶储样作业流程，两次取样成功率均为100%。取样点井深达5 010 m，流压42.62 MPa，流温129.06 ℃，完成取样后，取样器开口压力、地面转样压力均为44.05 MPa，压力始终大于取样点流压，保证了样品真实性，确保了PVT 试验结果的准确性。