含硫气井防护措施正式.docx

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含硫气井防护措施正式

含硫气井防护措施（正式）

DeployTheObjectives,RequirementsAndMethodsToMakeThePersonnelInTheOrganizationOperateAccordingToTheEstablishedStandardsAndReachTheExpectedLevel.

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文件编号：

KG-AO-8349-58

含硫气井防护措施（正式）

使用备注：

本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。

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　　从建井之初就必须考虑腐蚀的问题，对于腐蚀的防护与管理问题应贯穿钻井、测试、完井和采输的始终，尤其是对于含硫气井，因为H2S一旦泄漏将会造成非常严重的事故，这就要求我们必须加强腐蚀的检测、控制与油气井的安全管理，提高油气井有关设施的配备标准，增强生产的本质化安全水平。

　　含硫化氢地层的钻井、试油、修井，不仅涉及人员的生命安全，同时关系到保护环境、防止污染、减少设备和钻具的腐蚀问题。

因此，在含有硫化氢的设计和施工作业时应采取一定的安全措施做到防患于未然，将有着十分重要的意义。

　　1.设计的特殊要求

　　当所钻地层预测有硫化氢气体存在时，在进行钻井设计时就应该认真对待。

合理的钻井设计是安全、经济地钻穿含硫化氢地层的前提，所以在设计时除正常设计所应考虑的问题外还应注意以下几点：

（1）在设计中应注明含硫化氢地层及其深度和预测含量，以提醒施工人员注葸。

（2）若预计硫化氢分压大于0.021MPa时，必须使用抗硫套管、钻杆、油管及其他防硫管材，井下温度高于93℃的井段，可不考虑套管的抗硫性能。

　　（3）设计井身结构时，除正常钻井应考虑的因素外，还应考虑在较大的过平衡下钻进及溢流关井和压井施工时，裸眼地层能承受较大的井底压力。

　　（4）含硫地层测试管柱设计的抗拉安全系数应大于2.0，抗外挤安全系数应大于1.25，抗内压安全系数应大于1.25。

油管应采用气密性好的特殊丝扣油管，下井管柱丝扣油应涂耐高温高压丝扣密封脂，管柱下部应接高温高压伸缩补偿器、开关式循环阀和封隔器，压井液中应有缓蚀剂。

　　（5）钻开含硫化氢地层时，设计的钻井液密度应有较大的安全附加压力当量值。

含硫化氢地层是非主力产层时，在不压漏地层的情况下可考虑使用较大的钻井液密度将气层压稳，如果含硫化氢的地层是主力产层，可考虑使用允许附加钻井液密度的上限，以阻止硫化氢进入井筒0

　　（6）必须设计有足量的重钻井液（密度超过正常钻井液0.2g/cm3以上）和加重材料储备及除硫剂。

重钻井液的储存量一般是井筒容积的1.5～2倍。

在钻进含硫化氢地层前50m，应将钻井液的pH调整到9.5以上直至完井。

若采用铝制钻具时，pH控制在9.5～10.5之间。

　　（7）严格限制在含硫地层用常规中途测试工具进行地层测试工作，若必须进行时，必须控制管柱在硫化氢中的浸泡时间。

　　（8）设计时必须对井场周围（探井3km，生产井2km）以内的居民住宅、学校、厂矿等进行勘测，并在设计上标明位置。

在有硫化氢溢出井口的危险情况下，应通知上述单位人员迅速撤离。

在煤矿、金属矿等非油气矿藏开采区钻井，应标明地下矿井、矿道的分布、深度和走向及地面井位与矿井、矿道的关系。

在江河干堤附近钻井应标明干堤、河道位置。

　　（9）在钻井设计中不仅有钻井、完井设计，而且还要有弃井设计。

对于无工业开采价值而含硫化氢的井应采取永久性弃井，即试油气结束后，先将井压稳，从油气层底部至顶部（射孔井段）全段注水泥，水泥浆在套管内应返至气顶以上200～300m，其中先期完井的井应返至套管鞋以上200～300m。

在井口200～300m处打第二个水泥塞进一步封井，井VI焊井口帽，装放气阀，盖井口房。

对暂时无条件投产的有工业油气流的井应采取暂时性弃井方式，即试油气结束后，先将井压稳，在油气层以上50m打易钻桥塞（先期完井应在套管鞋以上50m打易钻桥塞），然后打100～200m的水泥塞。

井口要安装简易井口并装压力表，盖井口房，定时观察记录。

　　2.井控装置的配备及安装要求

（1）井控装置的配备

　　在含硫化氢油气田的开发中，使用的井控装置和管材及其配件必须具有良好的抗硫化氢性能，根据最高地层压力，选用高于该压力等级的井控装置，选择时应以地层流体中硫化氢的含量为依据，并充分考虑能满足进一步采取增产措施增高压力的要求。

主要应包括以下六个部分：

　　①以液压防喷器为主体的钻井井VI装置（包括四通、套管头、过渡法兰等）和控制装置。

高温高压的含硫井应使用双四通，并配备剪切闸板。

　　②以节流管汇为主的井控管汇（包括放喷管线、压井管线和灭火管线）。

　　③管柱内防喷工具（包括钻具回压阀，方钻杆上、下旋塞阀，冲砂管柱旋塞阀等）。

　　④以监测和预报地层压力为主的井控仪器、仪表。

　　⑤钻井液净化、钻井液加重、起下钻灌钻井液设备，起钻灌钻井液计量罐也是必不可少的。

　　⑥适于特殊作业和井喷失控后处理事故的专用设备和工具（包括自封头、不压井起下钻装置、灭火设备等）。

（2）井控装置的安装要求

　　根据地层的压力梯度，按有关标准配备相应等级的防喷器组合及井控管汇等设备，其安装、试压应符合有关井控规定的要求。

同时还应达到以下要求：

　　①井口和套管的连接，每条防喷管线的高压区都不允许现场焊接，因为焊接时产生的内应力对硫化氢应力腐蚀尤为敏感。

　　②放喷管线至少应装2条，高压井应装4条，其夹角为90°，并接出井场100m以外，以保证风向改变时，至少有一条能安全使用。

　　③压井管线至少有一条在盛行风的上风方向。

　　④井控装置和管材在使用前应进行无损探伤，不允许有微小裂纹存在。

　　⑤双闸板组合应为上全封、下半封，半封应与所封管柱外径尺寸一致，双闸板与单闸板组合中为一半封、一全封、一半封。

同时对井口装置要进行等压气密性检验。

对于含硫井应装有钻具剪切闸板，当钻具内防喷器失灵、半封闸板失效、测井井内有电缆时，可用剪切闸板将钻具切断，关闭全封闸板。

　　3.管材的选择

（1）钢材。

由于钢材的强度越大，对硫化物应力腐蚀开裂就越敏感，因而要求钢的屈服极限不得大于655MPa，硬度最大为HRC22，若钢材经调质处理，其屈服极限和硬度可以比上述规格略高。

（2）非金属材料。

凡密封件选用的非金属材料，应具有在硫化氢环境中能长期使用而不失效的性能。

　　（3）硫化物应力腐蚀开裂主要是在钢材受拉力时产生的，并随拉应力的增大，硫化物应力腐蚀开裂的时间缩短，因而其使用的拉应力应尽量控制在钢材屈服极限的60%以下。

　　（4）由于厚壁钻杆或油管可以降低内应力，延长其使用寿命，因而，在高压含硫地区可采用厚壁钻杆或油管。

　　（5）几乎所有的金属与硫化氢反应都生成金属硫化物。

硫化氢腐蚀对于铁、钢、铅、镍、锌、铬、钴、钯和钽的腐蚀程度比银、铜、镉、汞、铅要小，在遇到铜和银或它们的合金时，暴露于硫化氢之中的这些金属部分会首先不断地潮解。

　　4.防硫化氢呼吸器及监测仪的配备

　　在钻井、试油和修井过程中最好配备呼吸空气站和相应的面罩、管线、应急气瓶组成的供气系统，在没有条件的情况下应配备便携式空气呼吸器。

另外，在井场的周围和井口等处应配备一定数量的监测仪器，以便空气中硫化氢含量超过阈限值时，能自动报警。

并制定相应的硫化氢应急预案。

　　5.钻井中硫化氢的处理

　　现场把钻遇酸性气层的几个主要显示概括为：

钻井液密度下降，黏度升高，气泡增多；钻进时发生憋跳，钻速快或放空，泵压下降，钻井液池液面升高，有间隙井涌，有硫化氢气味，起钻时钻井液是满的，下钻时钻井液不断外流。

在钻井、修井、试油过程中对硫化氢污染的处理有以下几种方法：

（1）合理的钻具结构

　　合理的钻具结构对于控制井喷起着关键性的作用，在钻井或修井过程中的任何工况下钻具下部都应装有回压阀，在含硫浓度比较高的井甚至可以考虑装钻具回压凡尔和投入式止回阀、双止回阀。

（2）压差法

　　钻井或修井过程中遇到硫化氢气体的最好处理措施就是有足够的静压头以防止硫化氢气体进入井内，这样处理最安全、最经济。

对于含硫产层，安全附加密度可增大0.15g/cm3，以较大的井底压差阻止硫化氢气体进入井内。

　　（3）油基钻井液

　　增大井底压差虽然可以防止地层中的硫化氢气体侵入井内，但是不能阻止钻屑中重力置换和扩散等形式出现的硫化氢气体进入井内。

硫化氢气体与水混合时，腐蚀性极大，易在金属表面产生点蚀及硫化氢应力腐蚀破裂和氢脆。

所以碰到这些气体时，一般使用油基钻井液。

　　（4）清除钻井液或修井液中硫化氢的方法

　　维持一定的pH，加缓蚀剂或海绵铁、碱式碳酸锌、铬酸盐、碱式碳酸铜、氢氧化铵、过氧化氢等。

　　6.试油（气）过程中硫化氢和处理

　　在含硫化氢井试油测试时，一旦出现硫化氢，就必须采取相应的对策。

（1）对油管的要求 依据前面介绍的防硫材质选择防硫油管，使用防硫油管的注意事项如下：

　　①钢材的表面状况对应力腐蚀破裂有很大的影响，受损伤的表面如腐蚀、机械伤害等，受伤处容易造成应力集中，应力集中点通常就是断裂的根源。

因此，在下管柱过程中不能使用管钳、液压钳等，以防造成机械损伤，只能使用锚头绳紧扣。

　　②保护内涂层，限制在管内进行钢丝、电缆作业或其他方法投送工具，如必须进行作业时，要限制其速度小于30m/min。

　　③使用一段时间后需对油管进行探伤检查。

　　④由于防硫油管需考虑氢脆的危害，故材质较软，应特别注意防粘扣。

目前还不能很好地解决防粘扣问题。

建议采用双套油管，测试施工用防硫油管，通井、封堵、注灰等用普通油管。

一般普通油管螺纹为圆形螺纹，螺纹间配合内螺纹齿根和外螺纹齿尖不可能配合到底，每个接头处均留有一螺旋通道，为达到密封的目的靠充填密封脂密封。

这势必给含硫深井、高压井的试油工作带来不利影响。

因此，防硫油管、套管在考虑材质方面的同时，可选用连接较好的优质螺纹接头。

　　⑤在含硫地层要严格控制进行中途测试，应减少钻柱在硫化氢中的浸泡时间，当天然气产量低于2.8×104m3/d，硫化氢含量低于8mg/L时，浸泡时间最长为1d。

当天然气产量高于2.8×104m3/d，硫化氢含量高于8mg/L时，浸泡时间最长为15h。

（2）测试前应准备好压井液，压井液中要有缓蚀剂和抗硫剂。

提前接好高压水泥车，以满足正反循环压井的需要。

对于压力系数大于1.5的气井，现场应储备高于设计密度0.29/cm3的压井液，储备压井液量是井筒容积的1.5—2倍，对易漏失层，应储备一定量的暂堵剂。

　　（3）下钻中若发现测试阀打开，出现环空液面下降，应立即上提管柱，同时反灌钻井液。

如有气体排出，应立即点火燃烧。

气举或混气水诱喷应采用氮气或天然气，严禁用空气。

　　（4）根据钻开目的层压力监测和试油气过程中的资料确定测试压井液密度，其附加值为0.29/cm3。

压井结束时，压井液进出口性能应达到一致。

对于地层漏失量大的疏松砂岩、碳酸盐岩等油气层，应在射孔井段以上20～1OOm正替入暂堵剂后再压井。

对于气产量较高、压力系数大于1.5m的井，压井液易气侵，应采用前置清水大排量反循环除气，然后用压井液反循环压井。

　　（5）封层前，应循环1.5倍于井筒容积以上的压井液，彻底循环除气，并达到进出口性能一致。

采用桥塞或封隔器封层，其密封压力应大于封隔压差，桥塞或封隔器应具有良好的抗硫能力。

水泥塞封层，应根据封闭层温度、压力、含硫化氢情况，优化水泥浆体