普光高含硫氣田安全高效開發(fā)十年穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)新發(fā)展與實(shí)踐

齊艷平 劉曉敏

摘? 要：高含硫普光氣田開發(fā)建設(shè)面臨氣藏條件復(fù)雜、二氧化硫含量高、安全開發(fā)難度大等方面的困難和技術(shù)難題，國家科技部設(shè)立了高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)科技重大專項(xiàng)攻關(guān)項(xiàng)目。通過近十年的技術(shù)攻關(guān)，高含硫氣田安全高效開發(fā)走出了一條中國特色的創(chuàng)新之路，對(duì)國家的能源安全與經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重大貢獻(xiàn)。本文從理論支撐、技術(shù)推動(dòng)、物質(zhì)保障、人才保障、管理保障等五個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)首個(gè)高含硫氣田-普光氣田安全高效開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)十年的創(chuàng)新發(fā)展與實(shí)踐歷程。

關(guān)鍵詞：高含硫氣田;高效開發(fā);穩(wěn)產(chǎn);創(chuàng)新體系;科技重大專項(xiàng)

中圖分類號(hào)：TE377? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2020）03-0000-00

針對(duì)高含硫普光氣田開發(fā)建設(shè)困難和技術(shù)難題，為緩解我國能源緊張局面，有效利用高含硫天然氣資源，國家科技部在2008啟動(dòng)的大型油氣田及煤層氣開發(fā)國家科技重大專項(xiàng)中，設(shè)立了《高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)》攻關(guān)項(xiàng)目。從“十一五”批準(zhǔn)立項(xiàng)，持續(xù)攻關(guān)到“十三五”，該項(xiàng)目已獲國家科技重大專項(xiàng)三期連續(xù)支持，“十一五”1.28億元、“十二五”2.25億元、“十三五”2.77億元，累計(jì)獲得中央財(cái)政資金支持6.3億元，攻關(guān)進(jìn)展順利，成果突出，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，形成的特大型超深高含硫氣田安全高效開發(fā)技術(shù)及工業(yè)化應(yīng)用重大標(biāo)志性成果已獲國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，全面保障了年產(chǎn)百億方的普光高含硫氣田的十年穩(wěn)產(chǎn)，為國家“川氣東送”工程提供了主要?dú)庠?，?duì)國家的能源安全與經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重大貢獻(xiàn)，走出了一條中國特色高含硫氣田安全高效開發(fā)的創(chuàng)新之路。

創(chuàng)新之路主要體現(xiàn)在理論支撐、技術(shù)推動(dòng)、物質(zhì)保障、人才保障、管理保障等五個(gè)方面。

1創(chuàng)新發(fā)展的安全開發(fā)理論體系

持續(xù)攻關(guān)，創(chuàng)新發(fā)展了高含硫氣藏安全開發(fā)的理論體系，為普光氣田十年穩(wěn)產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

“十一五”攻關(guān)，初步形成了針對(duì)高含硫氣藏可能產(chǎn)生硫沉積的現(xiàn)象，開展了硫沉積對(duì)開發(fā)影響的實(shí)驗(yàn)及理論研究，并建立了硫沉積相平衡數(shù)學(xué)模型，模型擬合準(zhǔn)確率達(dá)90%;建立了井眼氣侵相變動(dòng)力學(xué)環(huán)空多組分多相流計(jì)算模型，應(yīng)用模型計(jì)算了普光氣藏條件下的多組分環(huán)空壓力場(chǎng)分布，這些模型為高含硫氣井安全鉆井提供理論指導(dǎo)。

“十二五”攻關(guān)，針對(duì)礁灘相氣藏微裂縫發(fā)育的特點(diǎn)，建立了高含硫氣藏雙重介質(zhì)氣-液-固（硫）多相滲流理論模型，實(shí)現(xiàn)了考慮硫析出、滲流、吸附、堵塞、液鎖等因素的高含硫雙重介質(zhì)氣藏?cái)?shù)值模擬;引入了物種傳質(zhì)過程和腐蝕產(chǎn)物膜孔隙率等參數(shù)，建立了高含硫濕氣集輸管道腐蝕速率預(yù)測(cè)理論模型，這些理論模型直接用于開發(fā)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

“十三五”以來，開展了儲(chǔ)層硫沉積動(dòng)態(tài)分布微觀可視化實(shí)驗(yàn)，明確元素硫優(yōu)先在小孔隙和喉道處沉積、聚積，測(cè)定地層壓力條件下固硫運(yùn)移臨界流量為2.6立方厘米/秒，建立了儲(chǔ)層硫沉積動(dòng)態(tài)分布理論模型;通過三軸蠕變?cè)囼?yàn)，增加時(shí)間參數(shù)，確立了非均勻地應(yīng)力作用下套管動(dòng)態(tài)外載計(jì)算方程，建立了抗硫高鋼級(jí)套管變形失穩(wěn)理論模型;初步建立了高含硫氣藏實(shí)驗(yàn)室條件與地層條件相對(duì)滲透率曲線轉(zhuǎn)換模型。這些理論模型為普光氣田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。

2 創(chuàng)新發(fā)展的安全開發(fā)技術(shù)體系

持續(xù)投入，逐步建立并完善了高含硫氣藏安全開發(fā)技術(shù)體系，為普光氣田十年穩(wěn)產(chǎn)提供了技術(shù)動(dòng)力。

（1）“十一五”后3年攻關(guān)，初步形成10項(xiàng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。分別是超深層礁灘相儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)、非均質(zhì)厚氣層開發(fā)井產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)、高含硫氣藏開發(fā)數(shù)值模擬技術(shù)、高含硫氣井安全鉆井技術(shù)、酸性環(huán)境下優(yōu)質(zhì)固井技術(shù)、高含硫氣井長井段射孔技術(shù)、高含硫氣井一體化管柱與酸壓技術(shù)、復(fù)雜山地高含硫濕氣集輸技術(shù)、硫沉積及水合物預(yù)測(cè)與防治技術(shù)、高含H2S/CO2介質(zhì)腐蝕評(píng)價(jià)與防治技術(shù)。

（2）“十二五”通過自主研發(fā)、引進(jìn)消化吸收和集成創(chuàng)新，形成了七項(xiàng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。分別是礁灘相雙重介質(zhì)儲(chǔ)層開發(fā)精細(xì)描述技術(shù)、高含硫氣藏開發(fā)動(dòng)態(tài)模擬與評(píng)價(jià)技術(shù)、高含硫氣藏開發(fā)監(jiān)測(cè)技術(shù)、高含硫氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝技術(shù)、高含硫氣田濕氣集輸硫沉積與腐蝕控制技術(shù)、高含硫氣藏超深水平井鉆完井技術(shù)、百億方級(jí)凈化廠安全運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)?！笆濉蹦⒕哂形覈吆驓獠靥攸c(diǎn)的安全、高效開發(fā)技術(shù)體系，攻克開發(fā)生產(chǎn)及凈化運(yùn)行重大技術(shù)難題，形成較完備的高含硫天然氣安全高效開發(fā)技術(shù)。

（3）“十三五”以來，進(jìn)一步總結(jié)凝練、開拓創(chuàng)新，初步形成了6大技術(shù)系列。主要是：

1）形成深層灘相高含硫氣藏穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)，目前已實(shí)現(xiàn)低孔低滲儲(chǔ)層厚度、孔滲參數(shù)的有效預(yù)測(cè)，符合率達(dá)到81.7%，指導(dǎo)普光氣田開發(fā)調(diào)整井的優(yōu)化部署;

2）形成超深層復(fù)雜生物礁底水氣藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)，精細(xì)刻畫生物礁體及內(nèi)幕，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)符合率達(dá)到91%，支撐元壩氣田穩(wěn)產(chǎn)期可達(dá)6.7年;

3）形成高含硫氣藏改善儲(chǔ)層動(dòng)用狀況工程技術(shù)，已實(shí)施過油管深穿透射孔、低摩阻清潔酸酸壓改造、過油管堵水等工藝，5口井有效率100%;

4）形成高含硫氣井安全管控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了油管內(nèi)監(jiān)測(cè)套管變形、嚴(yán)重套變井廢棄封井與環(huán)空帶壓井安全管控;

5）形成高含硫天然氣集輸管道安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)，完成集輸管道安全裕量評(píng)價(jià)、泄漏與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)研究，實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警100%;

6）形成高含硫氣田凈化尾氣SO2控排技術(shù)，研發(fā)新型抗氧化低溫尾氣加氫催化劑、金屬基有機(jī)離子液體脫硫劑，開發(fā)了非水相濕法氧化脫硫深度凈化工藝，預(yù)計(jì)尾氣SO2濃度由“十二五”的400毫克/立方米降低100毫克/立方米;

攻關(guān)取得的階段成果支撐了普光、元壩氣田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和安全環(huán)保運(yùn)行。

3創(chuàng)新發(fā)展的開發(fā)裝備與工具體系

持續(xù)研發(fā)，形成了高含硫氣藏安全開發(fā)關(guān)鍵裝備工具體系，為普光氣田十年穩(wěn)產(chǎn)提供了物質(zhì)保障。

（1）自主研制了多種高含硫氣田關(guān)鍵裝備工具。主要是高含硫天然氣焚燒爐、高抗硫井下取樣器、HH級(jí)抗硫采氣井口、抗硫高壓分離器和6吋抗硫鉆桿等裝備工具，打破了國外壟斷，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，提升了國有大型企業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）自主研制了多種高含硫氣田關(guān)鍵管材。主要是研發(fā)了高抗硫套管、高鎳基合金油管、大口徑抗硫集輸鋼管、大口徑抗硫輸氣管等管材，打破了國外技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。關(guān)鍵管材產(chǎn)品已在普光、大灣和元壩等氣田推廣應(yīng)用。

（3）建立了適應(yīng)高含硫氣藏特點(diǎn)的軟件、系統(tǒng)及試驗(yàn)裝置。主要是高酸性氣體現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室、高含硫凈化廠智能化應(yīng)急處置系統(tǒng)、175℃酸性環(huán)境耐腐蝕水泥漿體系、集輸系統(tǒng)非介入硫沉積檢測(cè)裝置、超深高含硫氣井井筒溫度-壓力分析軟件等。

（4）通過十年高含硫氣田開發(fā)工程裝備的自主研發(fā)，使高含硫氣田開發(fā)工程裝備的國產(chǎn)化率由立項(xiàng)時(shí)的30%提高到目前的85%，國產(chǎn)裝備及管材價(jià)格下降23.8%-40%，提升了國有企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，有力促進(jìn)了復(fù)雜高含硫天然氣資源的有效利用。

4 創(chuàng)新發(fā)展的人才團(tuán)隊(duì)與創(chuàng)新基地

持續(xù)研究，培養(yǎng)了一批高含硫氣藏安全開發(fā)專家隊(duì)伍，建成了創(chuàng)新基地平臺(tái)，為普光氣田十年穩(wěn)產(chǎn)提供了人才保障。

（1）建立了高含硫氣田安全高效開發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。以高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)為攻關(guān)平臺(tái)，組織技術(shù)骨干與北京大學(xué)、中國石油大學(xué)、西南石油大學(xué)、華東理工大學(xué)、齊魯石化、天鋼等10余家單位一體化聯(lián)合攻關(guān)，組成了千余名研究骨干參與的產(chǎn)、學(xué)、研、用人才隊(duì)伍，涵蓋高含硫氣田氣藏工程、鉆井、開采、測(cè)試、集輸、凈化、安全環(huán)保等技術(shù)領(lǐng)域，大力加強(qiáng)專業(yè)融合，提升了研究團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新能力，提高了研究成果水平和石油裝備制造技術(shù)水平。

（2）培養(yǎng)了一批高含硫氣田開發(fā)專業(yè)技術(shù)人才。通過項(xiàng)目攻關(guān)，科研人員付出了汗水，收獲了成長，有的成為享受國務(wù)院特殊津貼專家，有的成為集團(tuán)公司功勛獎(jiǎng)獲得者，有的成為石油工程設(shè)計(jì)大師，有的成為中石化突出貢獻(xiàn)專家、學(xué)科帶頭人等，累計(jì)培養(yǎng)博士后、博士碩士研究生幾百人，很多已經(jīng)成長為“十三五”科研技術(shù)骨干。

（3）同步建設(shè)了創(chuàng)新基地平臺(tái)。以普光氣田為創(chuàng)新應(yīng)用推廣平臺(tái)，十年來，建成了國內(nèi)首座高酸性氣體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室、抗腐蝕管材實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，先后建立了天然氣開發(fā)、凈化研究所等多個(gè)研究機(jī)構(gòu)，建立了高含硫氣田安全制度標(biāo)準(zhǔn)體系，為科學(xué)研究提供了技術(shù)先進(jìn)、數(shù)據(jù)可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)平臺(tái)，有力保障了高含硫氣藏開發(fā)科研攻關(guān)、技術(shù)試驗(yàn)、推廣應(yīng)用和跟蹤評(píng)價(jià)。

5 創(chuàng)新發(fā)展的組織管理保障體系

持續(xù)總結(jié)，形成了一整套專項(xiàng)管理創(chuàng)新方法和手段，為項(xiàng)目運(yùn)行和普光氣田十年穩(wěn)產(chǎn)提供了管理體系保障。

（1）領(lǐng)導(dǎo)帶頭攻關(guān)，保障專項(xiàng)順利實(shí)施。高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術(shù)項(xiàng)目立項(xiàng)之初就由中原油田主要領(lǐng)導(dǎo)掛帥，十年來帶領(lǐng)項(xiàng)目組集智攻關(guān)、協(xié)同攻關(guān)，攻克了高含硫氣藏安全高效開發(fā)難題，建成我國第一個(gè)超百億立方米高含硫大氣田、世界第二大高含硫天然氣凈化廠，年產(chǎn)200萬噸優(yōu)質(zhì)硫磺，為“川氣東送”沿線六省二市70多個(gè)城市提供了優(yōu)質(zhì)清潔能源，對(duì)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

（2）創(chuàng)新項(xiàng)目管理機(jī)制。項(xiàng)目實(shí)施以來，按照系統(tǒng)工程控制論原理，將技術(shù)創(chuàng)新、組織管理創(chuàng)新、機(jī)制創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合起來，建立了多學(xué)科、跨部門協(xié)同聯(lián)動(dòng)的大科技攻關(guān)體系，創(chuàng)新了以項(xiàng)目管理為核心的科技工程攻關(guān)管理模式，強(qiáng)化過程管控，明確課題長權(quán)責(zé)，確保項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量，集思廣益，反復(fù)修改材料，不斷凝練成果，提升成果水平，加快科研成果轉(zhuǎn)化。

（3）逐步完善項(xiàng)目管理制度。依據(jù)國家科技專項(xiàng)管理制度，結(jié)合中石化總部有關(guān)要求，先后制定了項(xiàng)目管理辦法、經(jīng)費(fèi)管理與會(huì)計(jì)核算辦法、項(xiàng)目績效考核辦法等，規(guī)范了項(xiàng)目運(yùn)行，減少了資金使用風(fēng)險(xiǎn)，確保了研究經(jīng)費(fèi)合規(guī)合理使用及攻關(guān)目標(biāo)任務(wù)順利完成。

（4）產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合到位。按總體設(shè)計(jì)，分專題實(shí)施的原則，以中原油田為主，聯(lián)合國內(nèi)知名鋼鐵公司、石油院校、機(jī)械裝備院校、安全生產(chǎn)院所、化工企業(yè)等院校、科研企事業(yè)單位一體化攻關(guān)，組成氣藏、鉆井、開采、測(cè)試、集輸、凈化、安全環(huán)保等多專業(yè)聯(lián)合編隊(duì)，總結(jié)形成了可大規(guī)模推廣的高含硫氣藏開發(fā)理論與技術(shù)方法，直接指導(dǎo)了普光高含硫氣藏產(chǎn)能建設(shè)，為國內(nèi)相似氣田開發(fā)提供了技術(shù)借鑒。

（5）注重國際交流，擴(kuò)大行業(yè)影響力。積極與法國斯倫貝謝、美國哈里伯頓、?？松梨?、俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司、加拿大硫磺研究所、卡爾加里大學(xué)等十多家公司、科研院所、大學(xué)開展技術(shù)交流，擴(kuò)大了我國高含硫天然氣開發(fā)的國際影響力，為保障人類能源安全、高效開發(fā)高含硫氣藏提供了中國方案。

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收稿日期：2020-01-06

作者簡介：齊艷平（1976—），男，陜西寶雞人，碩士研究生，高級(jí)工程師、注冊(cè)咨詢工程師（投資），研究方向：科技與項(xiàng)目管理、財(cái)務(wù)與經(jīng)費(fèi)管理。