图为普光气田钻井施工现场。

谈应用

    许 颖  刘晓敏    

    项目名片

    名称：特大型超深高含硫气田安全高效开发技术及工业化应用

    奖项：国家科技进步特等奖

    完成单位：中原油田、石油勘探开发研究院、西南油气分公司等十余家单位

    主要成效：项目成果在普光气田产能建设中得到极大推广应用，直接指导普光气田方案编制、开发井位优化，气井射孔、酸压改造、集输和腐蚀防治等工作，使国内难以开发的高含硫气藏首次得到有效动用，对缓解我国天然气供需紧张、指导国内元坝等类似高含硫气田的安全高效开发起到重要作用。

    安全高效开发利用高含硫天然气资源，不仅能为我国提供大量清洁能源，还可以将剧毒的硫化氢转化为国家紧缺的化工原料，对保障国家能源安全、促进国民经济发展具有十分重要的意义。为此，国务院将“川气东送”工程列为“十一五”国家重大工程，普光气田是工程的主供气源。

    2003年，中国石化在四川东北地区发现迄今为止我国规模最大、丰度最高的特大型整装海相高含硫气田——普光气田。2005年1月，中原油田承担普光气田的开发建设管理任务，并启动高含硫气藏安全高效开发关键技术研究。2009年，普光气田建成投产。普光气田的成功开发，填补了我国高含硫气田开发技术的空白，使我国成为世界上少有的几个掌握高含硫气田高效开发核心技术的国家之一。2012年，“特大型超深高含硫气田安全高效开发技术及工业化应用”项目荣获国家科技进步特等奖。

    十余年来，中原油田不断推动核心技术迭代升级，实现了普光气田安全平稳生产，累计生产天然气905亿立方米、硫黄1868万吨，惠及四川和长江沿线80个城市、数千家企业、近两亿人口，为长江经济带绿色发展注入清洁动能，在保障国家能源安全、改善区域能源结构的进程中，彰显了国企担当。

    自主创新，掌握破解难题的核心

    大自然丰厚馈赠的背后，是世界级难题的挑战。作为川气东送工程的主供气源，普光气田集超深高压、剧毒强腐蚀于一体，气藏埋藏深、施工难度大；硫化氢含量高达15%，是致人死亡浓度的数百倍。而在当时，国内外没有成功的开发技术和经验可以借鉴。一系列世界级难题横亘在气田开发建设者面前。

    中国石化组织成立近3000人的产学研团队，针对高含硫气田开发技术难题，规划攻关技术路线，开展联合攻关。

    通过艰苦攻关及现场工业化应用，科研人员攻克了高含硫气田腐蚀防护技术难题、高含硫天然气特大规模深度净化及硫黄安全储运难题、高含硫气田安全控制难题、抗硫管材国产化难题，取得了重大突破。自主创新特大型超深高含硫气田高产高效开发技术，建成年产100亿立方米的普光大气田；自主创新高含硫天然气特大规模深度净化技术，高含硫天然气处理能力120亿立方米/年，生产硫黄210万吨/年；自主创新特大型高含硫气田安全控制技术，建成国内首座复杂山地油气田应急救援基地，确保了安全生产；自主研制3种高含硫气田关键管材，打破国外技术封锁，实现国产化，各项性能指标达到国外同类产品先进水平，价格降低35%到50%。

    气田投产以来，气井产能高，储量落实稳产基础牢固，采气、集输、净化联合装置运行平稳，各项经济技术指标均优于方案设计。

    持续攻关，形成较完备的高含硫天然气安全高效开发与净化技术

    进入“十二五”后，普光气田进入全面生产阶段，需进一步研究气田开发规律、攻关稳产增产、腐蚀控制及优化运行等技术，保证气田安全、高效、平稳运行；以大湾、元坝等为代表的超深复杂高含硫气田亟待经济有效开发，必须建立新的开发模式。同时，高含硫气田开发工程装备国产化程度需要进一步提高，以降低开发成本。

    因此，在“十一五”研究成果基础上，科研人员进一步完善高含硫气田安全、高效开发理论，攻克开发生产及净化运行重大技术难题。

    科研人员针对礁滩相气藏微裂缝发育的特点，建立双重介质气藏中液态硫渗流和固态硫颗粒运移的渗流数学模型两项高含硫气田开发理论模型，丰富了大型油气田及煤层气开发理论，属于国内外首次。形成礁滩相双重介质储层精细描述技术、高含硫气藏开发动态模拟与评价技术、高含硫气藏开发监测技术、高含硫气井稳产增产工艺技术、高含硫气田湿气集输硫沉积与腐蚀控制技术等7项高含硫气田安全高效开发关键技术，进一步发展了复杂类型气藏开发技术系列。

    在“十一五”研发抗硫油管、套管、焚烧炉等产品的基础上，自主研发高含硫气田开发关键的两种装备（HH级抗硫采气井口和抗硫高压分离器装备）及3种管材（大口径抗硫输气管、6英寸抗硫钻杆、大口径双金属复合管）。形成的复杂高含硫气田水平井整体开发、特大型高含硫气田高产稳产及高含硫气田开发工程装备国产化3项标志性成果，对重大专项总体目标的实现起到积极作用。首次采用水平井成功开发复杂高含硫气田大湾气田，普光特大型高含硫气田实现高产、稳产。

    “十二五”期间，大湾、元坝气田新建生产能力72.8亿立方米/年，普光气田实现高产稳产、集输系统平均腐蚀速率控制在0.04毫米/年、天然气净化装置能耗降低15%、天然气净化收率提高1.02个百分点。

    立足安全稳产，夯实川气东送气源基础

    通过“十一五”“十二五”期间持续攻关，创新形成高含硫气田安全高效开发技术系列，建立我国高含硫气田安全开发标准体系，实现抗硫关键装备及管材国产化，使我国成为少数几个掌握开发特大型超深高含硫气田核心技术的国家之一。

    随着气田的开发，普光、元坝气田储层类型复杂，实现长期稳产难度大。并且，硫析出对气田开发的影响大，国内外缺乏成熟的理论与技术。同时，高含硫气田中后期安全环保风险持续增高，安全管控更困难。另外，大型高端装备存在“卡脖子”风险，必须实现国产化。

    针对这些棘手的问题，“十三五”油气重大专项设置了项目17《高含硫气藏安全高效开发技术》（三期）的研究任务。中原油田投入科技攻关人员868人，共开展室内实验、模拟计算、工程设计、测试加工、现场实验等18531项，全面完成合同规定的实物工作量，今年6月21日顺利通过国家验收。

    通过5年攻关研究，创新形成高含硫气田稳产技术系列、高含硫气田硫沉积防治技术系列、高含硫气田开发关键装备及仪器、高含硫气田开发安全环保技术系列4项重要成果，创新形成储层内幕精细刻画技术，制定分类有效动用对策，研发高含硫气井增产及控堵水工艺，实现普光、元坝气田稳产期延长3年。

    研发7项高含硫气田开发关键装备及仪器，国产化率由“十二五”末的85%提至95%，解决了高含硫气田开发“卡脖子”难题。应用研发的高含硫气田安全环保技术，确保了高含硫气田安全平稳运行12年。

    “十四五”期间，中原油田将继续攻关高含硫气田开发中后期的安全生产和提高采收率技术，加快气田智能化建设，为我国天然气工业大发展、实现碳达峰碳中和目标作出新的更大贡献。

    ●中原油田气藏评价专业专家张纪喜：

    中原油田自2005年接手普光气田以来，因为国内缺乏成熟的高含硫气田开发技术和关键装备，使得在此类高含硫气藏储量的有效开发动用方面，面临极大的压力和挑战，一度未能充分发挥其在国民经济建设中的重要作用。

    依托“十一五”国家重大专项“高含硫气藏安全高效开发技术”的系统研究，经过三年多的科技攻关，初步形成高含硫气藏开发配套技术，建立发展高含硫气藏气-液-固（硫）相平衡理论模型、气井井筒超临界态理论模型等两项开发理论模型，形成超深层礁滩相储层评价技术、非均质厚气层开发井产能评价技术、高含硫气藏开发数值模拟技术，以及高含硫气井安全钻井技术、长井段射孔技术等十项关键技术。

    项目成果在普光气田产能建设中得到了极大的推广应用，直接指导了普光气田方案编制、开发井位优化、气井射孔、酸压改造、集输和腐蚀防治等工作，使国内难以开发的高含硫气藏首次得到有效动用，实现了普光气田建成生产能力100亿立方米/年、净化能力120亿立方米/年、硫黄储运能力200万吨/年的目标，对缓解我国天然气供需紧张、指导国内元坝等类似高含硫气田的安全高效开发起到重要作用。

    同时，通过高含硫化氢、二氧化碳气田用双金属复合管、镍基合金油管、抗硫套管等管材的开发，解决了进口国外耐蚀管价格昂贵及供货周期过长影响气田的正常开发等难题，既可节约成本，为提高气田开发效果并创造更大的经济价值，又可为国家节省数亿美元的外汇，为宝钢等国内企业创造巨大的经济效益，整体增强民族工业的竞争能力。

    ●中原油田勘探开发研究院天然气开发研究所主任师彭松：

    “十一五”期间，建立的一项高含硫气藏开发理论模型，形成的三项地质与气藏工程关键技术，对我们后期研究有很大帮助。

    创新建立的高含硫气田气-液-固（硫）三相渗流理论模型，首次揭示了高含硫气藏单质硫析出、运移、沉积的特殊渗流规律，直接用于少井高产的开发方案设计和优化，优化气井12口，减少投资20余亿元。在后续气藏开发过程中，应用理论模型持续跟踪气藏硫沉积动态，及时制定硫沉积治理对策，保障气井正常生产。

    形成的深层滩相储层表征技术，解决了礁滩相储层储集类型多、岩相变化大，开发阶段储层表征难度大的问题，岩相及储集空间识别符合率80%以上；形成的超深层礁滩相储层预测技术，解决了超深层礁滩相储层泥质和膏质层与储层的强反射、三类储层与非储层波阻抗差别小难以区分的问题，预测精度达86.5%，提高了18.7个百分点。在“十二五”“十三五”期间，上述两项技术持续应用于普光气田的开发调整井位部署，收到了较好的效果。

    形成的高含硫气藏开发数值模拟技术，采用震控、变速度场技术，波阻抗反演数据体作为约束，优选序贯高斯随机模拟方法建立礁滩相储层模型；采用多尺度-多重物理方法、精准流动模型，在细尺度上计算局部网格流动问题，求解粗化网格的等效渗透率，对模型进行粗化；基于常规气藏数值模拟软件系统，设计模拟硫沉积过程及对储层物性伤害的插件子模块，解决高含硫气藏的数值模拟问题。用于模拟考虑硫沉积影响下的气井及气藏生产指标，为气田开发决策提供依据。后续应用过程中，利用建立的双重介质模型，开展边底水气水前缘推进动态跟踪与预测，为制定控水对策提供了坚实的基础。