酸性油气田开发中管柱选材思路的创新论文

酸性油气田开发中管柱选材思路的创新论文

　　酸性油气田开发中,管柱的腐蚀情况受井下温度、压力、地层水矿化度、H2S分压、CO2分压等多种因素影响,通常选用耐腐蚀的抗硫管材,而抗硫管材价格贵,换油管成本高,影响酸性气田开发的经济效益。国外在生产中,基于对气田经济效益的预测,根据相关的防腐选材标准,模拟井下的腐蚀环境进行试验,优选管柱材质,达到降低成本,安全生产的目标。

　　一、防腐管材选择标准

　　高含硫气井油管材质选择,通常根据美国防腐工程师协会制定的NACE MR-01-75标准进行选材。NACE国际标准试验法TM0177-964标准化了四种静载荷硫化物应力开裂试验方法(金属在H2S环境下抗应力开裂的实验室试验)。四种试验方法包括:方法A—NACE标准(轴向)拉伸试验;方法B—NACE标准(三点)弯梁试验;方法C—NACE标准C形环试验;方法D—NACE标准双悬臂梁试验。

　　《危险酸性油气井完井和作业的工业推荐作法(COMPLETING AND SERVICING CRITICAL SOUR WELLS INDUSTRY RECOMMENDED PRACTICE)》,以下简称《IRP2006》),是由加拿大钻完井协会、加拿大油气井防喷修井委员会、加拿大石油协会,加拿大石油服务协会等相关机构推荐,目的是通过提供酸性气井的完井与作业的标准,促进危险酸性井的安全完井、作业。

　　IRP2006》要求任何温度下的酸性环境,不同钢级管材必须进行试验,包括J55(无缝型或者电阻焊接);K55套管(作为油管使用,无缝型或者电阻焊接);L80 1型(无缝型或者电阻焊接);C90 1型(无缝型);T95 1型(无缝型)。如果选用这几种管材在酸气环境下使用,必须进行以下实验:拉伸试验淬硬性试验(L801型;硬度试验(J55/K55-22.0 HRC,L801型-23.0HRC C901型-25.4HRCT951型-25.4 HRC);晶粒尺寸试验(L801型);液压试验(额定最小屈服强度的情况下承压达到69MPa); 硫化物应力开裂(SSC)试验;氢致开裂试验(J55和K55 ) 。硫化物应力开裂试验方法参考NACE标准。危险酸性井的井下维修和完井工具推荐用材质如表1所示。

　　2.防腐管材选择思路实例——苏门答腊中南部Lematang区块Singa气田

　　苏门答腊中南部Lematang区块预计总储量9.3×104亿立方米,预期生产寿命10年。以前的作业人员采用22Cr管柱材料和含13Cr材料做配件对最初的两口井完井。然而,材料老化问题造成了许多作业难题。第二口井2003年完井,采用22Cr管材完井,包括封隔器和安全阀。经过1年的生产,环空压力开始增加,完井设备的密封性失效。

　　Singa气田每口井目标产气85×104m3,生产周期为10年。因此,Singa气田需要耐腐蚀合金(CRA)材料,这种材料必需符合条件并在经济可行的方式下保持密封10年。然而,对于Singa气井的设计,22Cr材料的经济预算已超支,必须合理地选材,降低资金和成本,且完井设备必须持久耐用。除了已经使用的22Cr管柱,备选的管柱材质还包括13Cr-HP2型和15Cr-UHP。

　　早期的腐蚀测试表明在24.1mPa下,22Cr的腐蚀率为0.11mpy,而13Cr腐蚀率为26.37mpy。这说明22Cr的性能优于13Cr,但它的成本比13Cr要高两到三倍。因此,项目组更注重于去确定一种腐蚀率比13Cr好且成本比22Cr低的材料。同时,要注重材料的屈服强度。Singa气田的压力高(井底压力72.4mPa),根据化学成分和屈服强度,在Singa气田腐蚀性环境下,对13Cr-HP2和15Cr-UHP进行了测试。针对井筒下部开展了CO2通用腐蚀试验。测试中用到的参数为井底压力72.4MPa,CO2分压为23.2MPa,测试温度208℃,在高压釜内进行为期两周的测试。确定了CO2作用产生的腐蚀速率。

　　对于SSC测试,运用NACE测试方法C中100%的屈服强度对样本进行测试。考虑到井筒上部油管,所以以测试温度为环境温度。随着温度的升高,SSC影响可能会减小并被氢脆替代。H2S分压采用7.24kPa,为了稳定pH值,注入CO2,使溶液PH值稳定在3(CO2 6.0MPa)。测试期为1个月或连续测试的720小时。此次测试用于确定当向C形环状样品施加应力时,是否会发生由SSC导致的开裂。

　　根据腐蚀试验,15Cr-UHP的平均腐蚀速率为6.5mpy,在Singa气田10多年的生产中为人们所接受。对于Singa气田的环境,含100ppm的H2S,两种材料都符合要求。 13Cr-HP2材质表现出明显的腐蚀,腐蚀速率为25.5 mpy。15Cr没有点蚀,平均腐蚀速率为6.5 mpy。基于这个CO2测试结果,15Cr-UHP2对于Singa气田是可以接受的。

　　根据测试结果,发现两种材质在SSC测试中可以接受。没有出现由于H2S形成的明显开裂。试验方法C表明,15Cr-UHP和13Cr-HP2样品均没有应力腐蚀开裂。表明这两种材料可以承受含有100ppmH2S的Singa气田环境。站在成本的立场来看,15Cr -UHP比22Cr经济很多。

　　二、结论

　　酸性油气田开发过程中,选用的管柱材质要求在目标产量下实现长期密封,在井的生产期内必须有效地运作。首先制定开发方案,合理预测生产目标。再根据流体性质、含量及井下环境,按照选材标准模拟井下实际环境进行试验,根据试验结果显示的管材性能,优选管柱材质。采用该思路选材,能够尽可能的减小开发成本,进一步提高油气田开发效益。

　　参考文献

　　[1] Material and Completion Equipment Selection for HPHT Sour Gas Field,SPE 136163.

　　[2] 徐兴权,姜建平,赵胜兰. 建南酸性气藏完井生产技术探讨,科技创业,2010.6:152-154.

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