賀秋云

(中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院)

近年來(lái)，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“中石油”)依托國(guó)家、集團(tuán)公司相關(guān)專項(xiàng)，緊跟前沿技術(shù)，加大瓶頸技術(shù)攻關(guān)，形成了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套高溫高壓試油測(cè)試裝備，支撐了中石油川渝氣田、塔里木油田的油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)。隨著中石油塔里木3 000×104t油氣當(dāng)量產(chǎn)能、西南油氣田300×108m3天然氣產(chǎn)能建設(shè)等部署的快速推進(jìn)，7 000 m、8 000 m的勘探開(kāi)發(fā)井越來(lái)越多。與此同時(shí)，國(guó)家安全環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)苛。這些挑戰(zhàn)對(duì)高溫高壓試油測(cè)裝備的研發(fā)提出了更高的要求。

一、高溫高壓試油測(cè)試裝備的現(xiàn)狀

試油測(cè)試的裝備主要分為地面測(cè)試設(shè)備和井下測(cè)工具。地面測(cè)試設(shè)備包括：控壓的閥門(mén)管匯、油氣井水分離處理的裝備和油氣水計(jì)量系統(tǒng)等。井下測(cè)試工具主要包括封隔器和各種井下開(kāi)關(guān)閥等。

1.高壓防硫地面測(cè)試裝備成套，替代井口，滿足作業(yè)需求

通過(guò)科研工作者的努力，中石油研制形成了成套的高壓防硫試油地面測(cè)試裝備，在技術(shù)指標(biāo)、自動(dòng)化水平、功能上完全可以替代進(jìn)口，近5年來(lái)中石油各個(gè)作業(yè)單位已不再成套引進(jìn)國(guó)外的地面測(cè)試設(shè)備。開(kāi)發(fā)配套的地面測(cè)試設(shè)備在中石油塔里木、西南油氣田氣田高壓含硫油田推廣應(yīng)用，并進(jìn)入雪佛龍、殼牌等在中國(guó)的反承包市場(chǎng)進(jìn)行服務(wù)作業(yè)。川慶鉆探公司還將成套高壓防硫地面測(cè)試裝備出口到了土庫(kù)曼斯坦國(guó)家天然氣公司。

裝備系列化。研制了70 MPa、105 MPa、140 MPa系列的成套地面測(cè)試裝備，工作壓力140 MPa是目前國(guó)際上地面測(cè)試裝備的最高壓力等級(jí)，140 MPa的旋流除砂器等重要裝備達(dá)到了國(guó)外同類領(lǐng)先技術(shù)水平。140 MPa地面測(cè)試流程設(shè)備支撐了中石油塔里木油田庫(kù)車前陸構(gòu)造、西南油氣田川西構(gòu)造上的超高壓深井試油測(cè)試作業(yè)。

防硫性能。地面測(cè)試設(shè)備的耐H2S腐蝕性能主要取決橡膠密封件和金屬材料。地面測(cè)試設(shè)備的工作溫度不高，普遍低于100℃且靜密封工作多，橡膠密封件耐H2S性能實(shí)現(xiàn)難度不大。地面測(cè)試設(shè)備的抗硫性能主要取決設(shè)備金屬材料抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂破壞能力。中石油川渝氣田等單位多年對(duì)酸性腐蝕介質(zhì)下各種金屬材料的耐腐蝕性能研究積累了豐富的成果，從材料的選擇到熱處理工藝形成了技術(shù)規(guī)范性。針對(duì)不同功能模塊制定了低碳合金鋼、低碳鋼、高強(qiáng)度鋼等金屬材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)。研制的防硫地面測(cè)試設(shè)備在四川的羅家寨、龍王廟、塔里木油田的中古等高含硫油田得到了普遍應(yīng)用，經(jīng)受了嚴(yán)苛的考驗(yàn)，最高作業(yè)井H2S含量得到了57×104mg/L。

含硫油氣井試油測(cè)試時(shí)井筒內(nèi)排出的地層水和增產(chǎn)改造后的返排液往往含有H2S、泡沫、殘酸。如果直接排放，液體中的H2S會(huì)不斷在四周飄散危及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和附近居民的安全，殘酸中的泡沫會(huì)在天空中形成酸雨然后降落在周圍的農(nóng)作物上，污染農(nóng)田，長(zhǎng)期以來(lái)是現(xiàn)場(chǎng)試油作業(yè)所面臨的非常棘手的環(huán)保問(wèn)題。中石油川慶鉆探公司開(kāi)發(fā)了含硫氣井試油測(cè)試排出液自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)加注裝置在地面測(cè)試流程液體流動(dòng)管線內(nèi)加入液體的除硫劑、pH中和劑、消泡劑，除去其中含的H2S、殘酸、泡沫等，整個(gè)系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)處理后的H2S濃度和pH值，并能將采集的H2S和pH值實(shí)時(shí)反饋到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制單元自動(dòng)調(diào)處理劑的加入量，處理后液體中硫化氫濃度小于15 mg/L，滿足現(xiàn)場(chǎng)安全環(huán)保需要。

自動(dòng)化水平。操控自動(dòng)化程度主要體現(xiàn)在對(duì)壓力、流量控制的精準(zhǔn)度和超壓等緊急情況下的安全保護(hù)機(jī)構(gòu)。研制的地面測(cè)試裝備中分離器壓力、流量控制配套了高精度的FISH、KAMRY系列控制系統(tǒng)，配套了高級(jí)孔板閥氣體流量計(jì)、高精度電子式液體流量計(jì)，性能達(dá)到了行業(yè)內(nèi)國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)水平。壓力容、壓力元件超壓保護(hù)采用國(guó)際通行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)配套了緊急關(guān)斷系統(tǒng)ESD,由高低壓導(dǎo)閥、控制站、報(bào)警系統(tǒng)等組成，當(dāng)?shù)孛鏈y(cè)試流程的壓力元件或壓力容器意外超壓或者爆裂時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)響應(yīng)，并在幾秒鐘短的時(shí)間內(nèi)截?cái)噙M(jìn)入測(cè)試流程的流體，隔斷壓力源，達(dá)到保護(hù)壓力容器(元件)。中石油川慶鉆探公司研制了以油嘴管匯等高壓區(qū)設(shè)備為核心的自動(dòng)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)操作設(shè)備閥門(mén)的開(kāi)關(guān)、對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)精確控制，操作過(guò)程中通過(guò)傳感器采集的壓力和控制系統(tǒng)之間的信號(hào)自動(dòng)響應(yīng)、自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的自動(dòng)控制，為施工安全提供了保障。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS主要有計(jì)算機(jī)、軟件、傳感器等組成，用于地面壓力、溫度、流量等測(cè)試資料錄取。整個(gè)系統(tǒng)已完全實(shí)現(xiàn)了自主開(kāi)發(fā)，與國(guó)外的系統(tǒng)比功能更豐富、更先進(jìn)。系統(tǒng)由過(guò)去的有線傳輸方式升級(jí)為無(wú)線傳輸，可以根據(jù)需求隨時(shí)擴(kuò)展采集通道，除了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通道外，擴(kuò)展了在線H2S實(shí)時(shí)檢測(cè)、出砂量監(jiān)測(cè)、分離器液面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。軟件界面更友好實(shí)用，一套系統(tǒng)在多口井同時(shí)施工時(shí)可分別顯示各口井錄取的測(cè)試資料。DAS系統(tǒng)借助油田建立的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)可將現(xiàn)場(chǎng)的錄取數(shù)據(jù)直接傳到后方專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試油測(cè)試作業(yè)的專家實(shí)時(shí)支持。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的水平直接影響了研制裝備的質(zhì)量控制水平和國(guó)際行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可度，是裝備參與國(guó)際試油測(cè)試技術(shù)服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的主要技術(shù)指標(biāo)之一。過(guò)去在裝備研制過(guò)程中往往更重視功能需求的滿足，而忽視執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性、國(guó)際性，導(dǎo)致了一段時(shí)間在國(guó)內(nèi)一些作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)大的高壓深井作業(yè)和反承包項(xiàng)目中，自主研發(fā)的裝備不被接受，只能引進(jìn)使用EXPRO、HALLIBUTON等國(guó)外公司的測(cè)試裝備。近年來(lái)在地面測(cè)試裝備研制的過(guò)程中研究人員從設(shè)計(jì)、制造以及投入使用后的定期檢測(cè)等全過(guò)程引入了行業(yè)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格依照行業(yè)內(nèi)國(guó)際通行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。分離器、熱交換等壓力容器設(shè)計(jì)、制造中，全面引入了ASME設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和制造全過(guò)程的質(zhì)量控制審核標(biāo)準(zhǔn)，防硫標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行NACE-MR0175，壓力元件引入API 6A、ANSI 等設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)。裝備制造中引入DNV、BV等第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)造，設(shè)備投入運(yùn)行后定期采用第三方BV、DNV等機(jī)構(gòu)對(duì)使用中的腐蝕、結(jié)構(gòu)件的安全載荷等進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。先進(jìn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范保障了研制裝備的質(zhì)量和技術(shù)的先進(jìn)性。

2.井下測(cè)試工具研制取得顯著成果，打破了完全依賴進(jìn)口的局面

試油測(cè)試井下工具在井筒內(nèi)工作，面臨高溫、高壓的作業(yè)環(huán)境，加之工作的空間非常受限，研制工作一直面臨很大的挑戰(zhàn)。通過(guò)不懈攻關(guān)，近年中石油的試油測(cè)試井下工具研制取得了突破，打破了測(cè)試工具完全依賴進(jìn)口的局面，部分測(cè)試工具性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

研制了工作溫度177℃、工作壓差70 MPa系列成套全通徑壓控式測(cè)試工具，部分工具工作溫度達(dá)200℃、工作壓差達(dá)105 MPa。工具外徑?79 mm、?98 mm、?127 mm,適用于目前中石油?114.3 mm～?339.7 mm尺寸的所有常規(guī)和非標(biāo)套管井試油測(cè)試作業(yè)。系列指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，研制的大通徑?45 mm、?57 mm的壓控式井下循環(huán)閥和安全循環(huán)閥的靜壓工作值超過(guò)了國(guó)外同類的產(chǎn)品。

研制了試油完井一體化井下工具。中石油川慶鉆探等單位研制了用于試油測(cè)試、儲(chǔ)層封堵、生產(chǎn)投產(chǎn)一體化的井下工具。工作溫度177℃、工作壓差70 MPa、適應(yīng)酸性工作環(huán)境、適應(yīng)套管?127 mm～?177.8 mm，在中石油西南油氣田高石梯-磨溪構(gòu)造龍王廟、燈影組儲(chǔ)層的試油測(cè)試作業(yè)中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了顯著的效果[2]。

研制的工作溫度177℃、工作壓差70 MPa的高酸性環(huán)境下工作的投產(chǎn)完井工具已在中石油西南油氣田投入了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，打破了過(guò)去高酸性氣井投產(chǎn)完井工具完全依賴貝克、哈里伯頓公司產(chǎn)品的情況。

井下測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集傳輸系統(tǒng)取得突破。針對(duì)傳統(tǒng)試油測(cè)試技術(shù)的瓶頸，逐步發(fā)展出鋼絲電纜測(cè)試技術(shù)、跨測(cè)試閥直讀技術(shù)、全井無(wú)線直讀技術(shù)，而全井無(wú)線直讀技術(shù)以全程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取、無(wú)縫融入試油測(cè)試作業(yè)過(guò)程的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)試油測(cè)試井下資料獲取的技術(shù)發(fā)展方向，是目前試油測(cè)試的前沿技術(shù)[3]。中石油相關(guān)單位都在積極進(jìn)行本系統(tǒng)的研究，川慶鉆探公司研發(fā)的CQ-SRO-Ⅰ全井無(wú)線地面直讀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了5 000 m井深的井下測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。中石油渤海鉆探公司研制了井下光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將光纜下入儲(chǔ)層下部，實(shí)時(shí)錄取井下溫度、壓力等信息，系統(tǒng)工作壓力140 MPa。

建成了210 MPa/200℃高溫高壓井下測(cè)試工具試驗(yàn)平臺(tái)。試驗(yàn)平臺(tái)最大工作溫度200℃、最大工作靜壓210 MPa、最大工作壓差105 MPa，可對(duì)井下測(cè)試工具進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的功能模擬試驗(yàn)，為高溫高壓井下測(cè)試工具自主開(kāi)發(fā)和工具可靠性評(píng)價(jià)提供了手段，綜合指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

二、下步裝備研制的方向

1.面臨的挑戰(zhàn)

(1)井越來(lái)越深，溫度越來(lái)越高。中石油所屬的塔里木庫(kù)車前陸盆地是典型的超深超高溫高壓氣田(“十二五”期間最大井深8 038 m、最高地層溫度183℃、最高地層壓力136 MPa)。川渝氣田深井不僅是超深超高壓高溫井，而且是典型的高含硫的井，普遍含H2S且H2S分壓高(“十二五”期間最大井深7 793 m、最大地層溫度175℃、最高地層壓力147 MPa)。大慶油田的松遼盆地火山巖地層地溫梯度達(dá)到4℃/100 m、5 000 m的井地層溫度200℃左右[4]。華北油田渤海灣盆地5 000～6 000 m的井地層溫度180℃～195℃，南堡3-80井測(cè)試井段5 681～5 712 m、井溫達(dá)到了204℃[5]。

(2)與國(guó)外公司相比存在技術(shù)差距。中石油開(kāi)發(fā)了成套的地面測(cè)試裝備，在工作壓力級(jí)別、地面測(cè)試集中化、智能化控制化水平等，已經(jīng)處于國(guó)際技術(shù)先進(jìn)水平。但井下測(cè)試裝備與國(guó)外公司相比在技術(shù)指標(biāo)上存在差距，主要體現(xiàn)在工作溫度和工作壓差等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上。國(guó)外已經(jīng)達(dá)到230℃，部分公司已經(jīng)開(kāi)始研制260℃井下工具。在井下測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)方面盡管取得了大的技術(shù)進(jìn)展，但要大面積的工業(yè)化應(yīng)用還是需要進(jìn)一步的深化研究。

(3)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)苛。國(guó)家的環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)。從2018年1月開(kāi)始征收環(huán)境保護(hù)稅，試油測(cè)試期間井筒內(nèi)排出油、氣、水等流體的環(huán)保處理裝備，成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

2.下步研制方向

2.1 井下測(cè)試工具

井下測(cè)試工具研制立足技術(shù)指標(biāo)和自動(dòng)化水平的提升。第一研制超高溫高壓井下測(cè)試工具，工作溫度200℃及以上、工作壓差105 MPa，包括封隔器、橋塞等的研制；第二是井下測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)線實(shí)時(shí)直讀系統(tǒng)，重點(diǎn)提升系統(tǒng)的傳輸距離到7 000 m以上，數(shù)據(jù)傳輸速率提高；第三是研制遙控操作的電動(dòng)井下工具，將傳統(tǒng)機(jī)械操作變?yōu)檫b控操作。

2.2 地面測(cè)試裝備

立足綠色環(huán)保，重點(diǎn)研制試油測(cè)試期間井筒產(chǎn)出的流體(油、氣、水)的無(wú)害化處理裝備。包括：天然氣密閉燃燒器制、返排液不落地回收裝置、現(xiàn)場(chǎng)小型化大處理量天然氣脫硫裝置、天然氣回收裝置等。

三、結(jié)論和建議

中石油高溫高壓試油測(cè)試裝備研制已取得了豐碩的成果。地面測(cè)試裝備研制實(shí)現(xiàn)了成套化、系列化，完全替代了國(guó)外進(jìn)口裝備。高溫高壓井下測(cè)試工具打破了全部依賴進(jìn)口的局面，部分工具的工作溫度等技術(shù)指標(biāo)存在短板，建議重點(diǎn)加強(qiáng)超高溫高壓差封隔器等技術(shù)指標(biāo)瓶頸的測(cè)試工具研制。試油測(cè)試井下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)研制緊跟國(guó)際技術(shù)前沿，需從傳輸速率等方面深化研究，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化推廣。

[1]汪海閣，葛云華，石林，等.深井超深深井鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和“十三五”發(fā)展方向.天然氣工業(yè)，2017,(4)：1-8.

[2]劉飛，賀秋云，肖軍，等.井下測(cè)試數(shù)據(jù)地面直讀技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀.鉆采工藝,2013,36(4):48-51

[3]孫海芳，劉飛，王志敏.高溫高壓井試油完井一體化工藝技術(shù).鉆采工藝,2017,40(4):36-39.

[4]孫浩.大慶油田深井抗高溫鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用.中國(guó)石油與化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014,24(6):99-99.

[5]朱禮斌，王元龍，賈文義，等.高溫高壓測(cè)試工具研制與應(yīng)用.油氣井測(cè)試,2014(6):64-65.