齊艷平 劉曉敏

摘? 要：高含硫普光氣田開發(fā)建設面臨氣藏條件復雜、二氧化硫含量高、安全開發(fā)難度大等方面的困難和技術難題，國家科技部設立了高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術科技重大專項攻關項目。通過近十年的技術攻關，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，對國家的能源安全與經(jīng)濟建設作出了重大貢獻。本文從理論支撐、技術推動、物質保障、人才保障、管理保障等五個方面系統(tǒng)總結了國內首個高含硫氣田-普光氣田安全高效開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)十年的創(chuàng)新發(fā)展與實踐歷程。

關鍵詞：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

中圖分類號：TE377? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

針對高含硫普光氣田開發(fā)建設困難和技術難題，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啟動的大型油氣田及煤層氣開發(fā)國家科技重大專項中，設立了《高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術》攻關項目。從“十一五”批準立項，持續(xù)攻關到“十三五”，該項目已獲國家科技重大專項三期連續(xù)支持，“十一五”1.28億元、“十二五”2.25億元、“十三五”2.77億元，累計獲得中央財政資金支持6.3億元，攻關進展順利，成果突出，經(jīng)濟和社會效益顯著，形成的特大型超深高含硫氣田安全高效開發(fā)技術及工業(yè)化應用重大標志性成果已獲國家科技進步特等獎，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”工程提供了主要氣源，對國家的能源安全與經(jīng)濟建設作出了重大貢獻，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、技術推動、物質保障、人才保障、管理保障等五個方面。

1創(chuàng)新發(fā)展的安全開發(fā)理論體系

持續(xù)攻關，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，初步形成了針對高含硫氣藏可能產(chǎn)生硫沉積的現(xiàn)象，開展了硫沉積對開發(fā)影響的實驗及理論研究，并建立了硫沉積相平衡數(shù)學模型，模型擬合準確率達90%;建立了井眼氣侵相變動力學環(huán)空多組分多相流計算模型，應用模型計算了普光氣藏條件下的多組分環(huán)空壓力場分布，這些模型為高含硫氣井安全鉆井提供理論指導。

“十二五”攻關，針對礁灘相氣藏微裂縫發(fā)育的特點，建立了高含硫氣藏雙重介質氣-液-固（硫）多相滲流理論模型，實現(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氣藏數(shù)值模擬;引入了物種傳質過程和腐蝕產(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測理論模型，這些理論模型直接用于開發(fā)方案的優(yōu)化設計。

“十三五”以來，開展了儲層硫沉積動態(tài)分布微觀可視化實驗，明確元素硫優(yōu)先在小孔隙和喉道處沉積、聚積，測定地層壓力條件下固硫運移臨界流量為2.6立方厘米/秒，建立了儲層硫沉積動態(tài)分布理論模型;通過三軸蠕變試驗，增加時間參數(shù)，確立了非均勻地應力作用下套管動態(tài)外載計算方程，建立了抗硫高鋼級套管變形失穩(wěn)理論模型;初步建立了高含硫氣藏實驗室條件與地層條件相對滲透率曲線轉換模型。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)技術體系，為普光氣田十年穩(wěn)產(chǎn)提供了技術動力。

（1）“十一五”后3年攻關，初步形成10項開發(fā)關鍵技術。分別是超深層礁灘相儲層評價技術、非均質厚氣層開發(fā)井產(chǎn)能評價技術、高含硫氣藏開發(fā)數(shù)值模擬技術、高含硫氣井安全鉆井技術、酸性環(huán)境下優(yōu)質固井技術、高含硫氣井長井段射孔技術、高含硫氣井一體化管柱與酸壓技術、復雜山地高含硫濕氣集輸技術、硫沉積及水合物預測與防治技術、高含H2S/CO2介質腐蝕評價與防治技術。

（2）“十二五”通過自主研發(fā)、引進消化吸收和集成創(chuàng)新，形成了七項開發(fā)關鍵技術。分別是礁灘相雙重介質儲層開發(fā)精細描述技術、高含硫氣藏開發(fā)動態(tài)模擬與評價技術、高含硫氣藏開發(fā)監(jiān)測技術、高含硫氣井穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)工藝技術、高含硫氣田濕氣集輸硫沉積與腐蝕控制技術、高含硫氣藏超深水平井鉆完井技術、百億方級凈化廠安全運行優(yōu)化技術?！笆濉蹦?，建立具有我國高含硫氣藏特點的安全、高效開發(fā)技術體系，攻克開發(fā)生產(chǎn)及凈化運行重大技術難題，形成較完備的高含硫天然氣安全高效開發(fā)技術。

（3）“十三五”以來，進一步總結凝練、開拓創(chuàng)新，初步形成了6大技術系列。主要是：

1）形成深層灘相高含硫氣藏穩(wěn)產(chǎn)技術，目前已實現(xiàn)低孔低滲儲層厚度、孔滲參數(shù)的有效預測，符合率達到81.7%，指導普光氣田開發(fā)調整井的優(yōu)化部署;

2）形成超深層復雜生物礁底水氣藏高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)技術，精細刻畫生物礁體及內幕，儲層預測符合率達到91%，支撐元壩氣田穩(wěn)產(chǎn)期可達6.7年;

3）形成高含硫氣藏改善儲層動用狀況工程技術，已實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，實現(xiàn)了油管內監(jiān)測套管變形、嚴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險預警技術，完成集輸管道安全裕量評價、泄漏與地質災害監(jiān)測研究，實現(xiàn)安全風險預警100%;

6）形成高含硫氣田凈化尾氣SO2控排技術，研發(fā)新型抗氧化低溫尾氣加氫催化劑、金屬基有機離子液體脫硫劑，開發(fā)了非水相濕法氧化脫硫深度凈化工藝，預計尾氣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)關鍵裝備工具體系，為普光氣田十年穩(wěn)產(chǎn)提供了物質保障。

（1）自主研制了多種高含硫氣田關鍵裝備工具。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，實現(xiàn)了國產(chǎn)化，提升了國有大型企業(yè)的國際競爭力。

（2）自主研制了多種高含硫氣田關鍵管材。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，打破了國外技術封鎖，實現(xiàn)了國產(chǎn)化，各項性能指標達到國外同類產(chǎn)品先進水平。關鍵管材產(chǎn)品已在普光、大灣和元壩等氣田推廣應用。

（3）建立了適應高含硫氣藏特點的軟件、系統(tǒng)及試驗裝置。主要是高酸性氣體現(xiàn)場試驗室、高含硫凈化廠智能化應急處置系統(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)化率由立項時的30%提高到目前的85%，國產(chǎn)裝備及管材價格下降23.8%-40%，提升了國有企業(yè)競爭力，有力促進了復雜高含硫天然氣資源的有效利用。

4 創(chuàng)新發(fā)展的人才團隊與創(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)專家隊伍，建成了創(chuàng)新基地平臺，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)新團隊。以高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術為攻關平臺，組織技術骨干與北京大學、中國石油大學、西南石油大學、華東理工大學、齊魯石化、天鋼等10余家單位一體化聯(lián)合攻關，組成了千余名研究骨干參與的產(chǎn)、學、研、用人才隊伍，涵蓋高含硫氣田氣藏工程、鉆井、開采、測試、集輸、凈化、安全環(huán)保等技術領域，大力加強專業(yè)融合，提升了研究團隊的創(chuàng)新能力，提高了研究成果水平和石油裝備制造技術水平。

（2）培養(yǎng)了一批高含硫氣田開發(fā)專業(yè)技術人才。通過項目攻關，科研人員付出了汗水，收獲了成長，有的成為享受國務院特殊津貼專家，有的成為集團公司功勛獎獲得者，有的成為石油工程設計大師，有的成為中石化突出貢獻專家、學科帶頭人等，累計培養(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”科研技術骨干。

（3）同步建設了創(chuàng)新基地平臺。以普光氣田為創(chuàng)新應用推廣平臺，十年來，建成了國內首座高酸性氣體現(xiàn)場實驗室、抗腐蝕管材實驗室等多個實驗室，先后建立了天然氣開發(fā)、凈化研究所等多個研究機構，建立了高含硫氣田安全制度標準體系，為科學研究提供了技術先進、數(shù)據(jù)可靠的實驗基礎平臺，有力保障了高含硫氣藏開發(fā)科研攻關、技術試驗、推廣應用和跟蹤評價。

5 創(chuàng)新發(fā)展的組織管理保障體系

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

（1）領導帶頭攻關，保障專項順利實施。高含硫氣藏安全高效開發(fā)技術項目立項之初就由中原油田主要領導掛帥，十年來帶領項目組集智攻關、協(xié)同攻關，攻克了高含硫氣藏安全高效開發(fā)難題，建成我國第一個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)質硫磺，為“川氣東送”沿線六省二市70多個城市提供了優(yōu)質清潔能源，對促進產(chǎn)業(yè)結構調整和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

（2）創(chuàng)新項目管理機制。項目實施以來，按照系統(tǒng)工程控制論原理，將技術創(chuàng)新、組織管理創(chuàng)新、機制創(chuàng)新有機結合起來，建立了多學科、跨部門協(xié)同聯(lián)動的大科技攻關體系，創(chuàng)新了以項目管理為核心的科技工程攻關管理模式，強化過程管控，明確課題長權責，確保項目進度和質量，集思廣益，反復修改材料，不斷凝練成果，提升成果水平，加快科研成果轉化。

（3）逐步完善項目管理制度。依據(jù)國家科技專項管理制度，結合中石化總部有關要求，先后制定了項目管理辦法、經(jīng)費管理與會計核算辦法、項目績效考核辦法等，規(guī)范了項目運行，減少了資金使用風險，確保了研究經(jīng)費合規(guī)合理使用及攻關目標任務順利完成。

（4）產(chǎn)學研用結合到位。按總體設計，分專題實施的原則，以中原油田為主，聯(lián)合國內知名鋼鐵公司、石油院校、機械裝備院校、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，組成氣藏、鉆井、開采、測試、集輸、凈化、安全環(huán)保等多專業(yè)聯(lián)合編隊，總結形成了可大規(guī)模推廣的高含硫氣藏開發(fā)理論與技術方法，直接指導了普光高含硫氣藏產(chǎn)能建設，為國內相似氣田開發(fā)提供了技術借鑒。

（5）注重國際交流，擴大行業(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、卡爾加里大學等十多家公司、科研院所、大學開展技術交流，擴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。

參考文獻

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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，高級工程師、注冊咨詢工程師（投資），研究方向：科技與項目管理、財務與經(jīng)費管理。