張文昌 黨軍勝 楊明滔 方 偉 耿安然

（中原油田公司采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001）

普光氣田氣藏埋深4 800～5 800 m，地層壓力55～57 MPa，地層溫度120～134 ℃，H2S 平均含量15.16%，CO2平均含量8.64%，氣藏具有高溫、高壓、高含硫化氫等特點。生產(chǎn)過程中存在易形成水合物、硫沉積等問題，因此預(yù)測、防治水合物和硫沉積的工作效果直接關(guān)系著氣田的科學(xué)合理開發(fā)。井下流體PVT 試驗分析可有效指導(dǎo)水合物形成條件和硫沉積預(yù)測、防治工作，但前提是獲得具有真實代表性的流體樣品。

目前國內(nèi)井下取樣器受材料及加工工藝的影響，尚無高含硫天然氣井井下取樣工具，對高含硫氣井取樣主要采取地面方式，用于產(chǎn)出流體的組分分析，確定H2S 和CO2含量等，樣品的代表性較差，分析資料不能真實反映流體性質(zhì)和相態(tài)特征。國外高含硫天然氣井井下取樣有流通式、置換式兩種取樣方式，并由流通式向氮氣置換式發(fā)展［1-3］。置換式取樣通過取樣筒充氮氣提供背壓，防止了流體相態(tài)發(fā)生變化，提高了樣品的原始相態(tài)保持能力。

1 井下取樣器

1.1 組成

該取樣器由取樣室、氮氣室、空氣室、時鐘控制系統(tǒng)4 部分組成。取樣室用于儲存地層樣品，其主要組成部分為浮動活塞；氮氣室用于儲存給樣品提供背壓的氮氣，空氣室用于存儲取樣過程中由取樣室驅(qū)替過來的置換液，時鐘控制系統(tǒng)用于控制取樣器時間。為了確保該取樣器的高抗硫性能，取樣器與腐蝕流體接觸部件全部采用鈦合金材料，內(nèi)部密封圈采用高抗硫化氫橡膠材料，為實現(xiàn)樣品保壓，設(shè)計了氮氣室給樣品提供背壓。

1.2 技術(shù)原理［4］

取樣前，在氮氣室注入一定壓力的氮氣，取樣室浮動活塞后端充滿置換液，空氣室為空。當取樣器下到目的層位后鐘機觸發(fā)開始取樣時，樣品通過樣品入口進入取樣室并推動浮動活塞前端移動，置換液進空氣室，待樣品充滿取樣室后，樣品入口關(guān)閉，地層流體被保存在取樣室內(nèi)，同時氮氣室通道打開，氮氣室壓力作用在浮動活塞后端為所取樣品提供背壓，保證了樣品的單向性，取樣完成，圖1 為取樣器完成取樣前、后的狀態(tài)圖。

圖1 取樣前、后取樣器狀態(tài)

1.3 技術(shù)參數(shù)

井下取樣器技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 SQ4 取樣器技術(shù)參數(shù)

1.4 技術(shù)特點

該取樣器解決了地層流體樣品原始相態(tài)難以保持的問題，實現(xiàn)了取樣過程中的保壓。與常規(guī)取樣器相比,具有以下特點：（1）改變了常規(guī)容積式取樣方法，采用置換式取樣、氮氣備壓保樣技術(shù)，實現(xiàn)了樣品從井下到地面全過程的保壓，防止了相態(tài)變化；（2）研制了時鐘觸發(fā)開啟、活塞觸發(fā)關(guān)閉機構(gòu)，保證了定時、定深取樣，防止了不同深度處的流體在取樣器內(nèi)混樣；（3）取樣器采用高抗硫材質(zhì)、密封圈，具有很強的抗硫、耐腐蝕性能。

2 地面轉(zhuǎn)樣裝置、樣瓶

2.1 結(jié)構(gòu)

地面轉(zhuǎn)樣裝置由支架、氣液增壓泵、恒體積裝置、壓力表、閥、專用管線等部件組成，示意圖見圖2，樣瓶由筒體、樣品端堵頭、浮動活塞、攪拌球、無樣品端堵頭、高壓閥等部件組成。

圖2 地面轉(zhuǎn)樣裝置示意圖

2.2 技術(shù)原理

地面轉(zhuǎn)樣裝置技術(shù)原理見圖3。轉(zhuǎn)樣前儲樣瓶無樣端充滿置換液，將樣瓶移動活塞頂?shù)綐悠范?，連接好取樣器和儲樣瓶后，先對連接管線進行抽空。跟取樣器連接好后，用氣動增壓泵將轉(zhuǎn)樣頂替液注入取樣器推動浮動活塞移動，樣品從取樣器轉(zhuǎn)入儲樣瓶，兩個壓力表分別用來觀察樣品壓力和樣瓶背壓，確保轉(zhuǎn)樣過程中的保壓。儲樣技術(shù)原理為無樣端先填充置換液體，轉(zhuǎn)樣過程中為樣品端加背壓，確保了地面轉(zhuǎn)樣過程中樣瓶中樣品的保壓，轉(zhuǎn)樣完成后在無樣端給樣品施加背壓，保證了樣品在運輸至實驗室的過程中樣品的保壓。

圖3 地面轉(zhuǎn)樣裝置技術(shù)原理

2.3 技術(shù)參數(shù)

地面轉(zhuǎn)樣裝置耐壓70 MPa，換液液體為乙二醇+水（2∶1 配置）；樣瓶耐壓70 MPa，體積60 mL，耐溫150 ℃。

2.4 技術(shù)特點

（1）樣瓶背壓技術(shù)實現(xiàn)了樣品保壓轉(zhuǎn)樣；（2）恒體積轉(zhuǎn)樣裝置實現(xiàn)了緩慢轉(zhuǎn)樣，避免了因轉(zhuǎn)樣過程過快造成流體性質(zhì)發(fā)生變化；（3）儲樣瓶采用液體攪拌和氮氣備壓技術(shù)，保證了樣品氣液無分層、均勻進入室內(nèi)樣品分析儀器。

3 應(yīng)用實例

P202-1 井井深5 405.89 m，H2S 含量13.53%，CO2含量9.86%，產(chǎn)氣量105×104m3/d，井底壓力44.4 MPa，井底溫度133 ℃，屬高含硫化氫、二氧化碳、高產(chǎn)、井深，即“三高一深”氣井。整個井下PVT 取樣作業(yè)合計進行了4 趟起下鋼絲作業(yè)，分別是1 趟通井、1 趟測壓、2 趟取樣。通井作業(yè)探明井筒狀況，通井深度5 340 m；測壓測取取樣點的流壓、流溫，為取樣器氮氣室充壓提供了參數(shù)，并判斷井筒積液位置，確定取樣深度。

取樣配套鋼絲作業(yè)裝備分別為：（1）防爆級別為Zone2 級別的試井橇，作業(yè)深度6 000 m，最大提升力27.6 kN；（2）高抗硫化氫SUPA75 試井鋼絲外徑3.2 mm，抗拉1.16 t。（3）高抗硫化氫防噴裝備，包括防噴盒、化學(xué)注入短節(jié)、防噴管、捕捉器、防掉器、井口防噴器、井口轉(zhuǎn)換器等裝備，耐壓70 MPa。（4）新研制的高抗硫保壓取樣器。

最終完成了該井的取樣、地面轉(zhuǎn)樣、樣瓶儲樣作業(yè)流程，兩次取樣成功率均為100%。取樣點井深達5 010 m，流壓42.62 MPa，流溫129.06 ℃，完成取樣后，取樣器開口壓力、地面轉(zhuǎn)樣壓力均為44.05 MPa，壓力始終大于取樣點流壓，保證了樣品真實性，確保了PVT 試驗結(jié)果的準確性。

4 結(jié)論

（1） 研制出了國內(nèi)首支高抗硫保壓井下取樣器，該取樣器可實現(xiàn)全程保壓，可獲取凝析氣、溶解氣原油的真實樣品；該取樣器抗腐蝕性能強，能適用于各種腐蝕環(huán)境惡劣的油、氣、水井工況取樣。

（2）此次取樣成功實施高含硫氣井鋼絲作業(yè)，為后續(xù)同類氣井測壓、開關(guān)滑套、投撈堵塞器等鋼絲作業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗。

［1］ 姚連成.地層流體取樣技術(shù)及試樣分析研究［J］.石油知識，1992（3）：28-29.

［2］ 李峰.高壓凝析氣井流體取樣技術(shù)探討［J］.石油天然氣學(xué)報，2007，29（3）：293-294.

［3］ 蒲建，何鮮，劉延慶，等.凝析氣藏流體樣品恢復(fù)方法研究［J］.新疆地質(zhì)，2003，21（2）：223-225.

［4］ 楊順.高溫高壓下的產(chǎn)出液取樣器的工作原理及效果［J］.鉆采工藝，2009，32（5）：68-69.