天然气技术与经济／ 57
第5卷
熊昕东，等：高温高压含硫气井完井技术现状及发展趋势
第2期
表 1 典型的高温高压含硫气井条件及相关完井技术适应性表
气井条件
12345
关井压力／MPa
103 128 138 159 172
井底压力／MPa
117 152 165 186 207
井深／m
5 500 7 000 7 600 8 500 9 700
√＋＋﹟﹟
封隔器
√＋＋﹟×
井下安全阀
√＋＋﹟﹟
井口／采气树
√＋＋﹟﹟
油管传输射孔
√√﹢﹟×
电缆传输射孔
√＋＋× ×
防喷管汇
√＋＋× ×
钢丝作业
√√√√﹟
油管切割
﹟﹟﹟﹟×
桥塞
√√＋﹟×
防喷器
√＋＋﹟﹟
压井设备和管线
√＋﹟﹟×
完井液
＋＋＋× ×
降压井
﹟﹟× × ×
不压井起下作业
√√＋× ×
连续油管
√√＋﹟×
防砂
×××××
压裂
＋× × × ×
修改；﹟为达到目前完井技术的极限；×为目前 不能实现，尚需重大突破。
1） 完井方法选择。套管射孔、封隔器完井是国 外高含硫气田最常用的完井方法，普遍采用带生产 封隔器的一次性完井管柱，完井测试管柱尽可能采 用测试与生产合一的管柱，测试后可直接投入生 产。这样，酸性气体不接触封隔器以上的套管，防 止上部套管及油管柱外壁受酸性气体的腐蚀，同时 避免了套管承受高压。井下管柱组合除封隔器外， 还有滑套、座放短节、井下安全阀、油管伸缩器、 堵塞器等井下工具 。 [2] 根据生产中不同的需要，可
2011 年 第 5 卷·第 2 期
天然气技术与经济
Natural Gas Technology and Economy
doi：10. 3969／j. issn. 2095－1132. 2011. 02. 017
Vol.5，No.2
Apr.2011
高温高压含硫气井完井技术现状及发展趋势������
熊昕东 1 龙 刚 1 熊晓东 2 青 炳 3 薛丽娜 1
1.2 国外高温高压含硫气井完井的主要做法
1.2.1 高温高压气井完井方法
收稿日期：2010－09－10 修订日期：2011－03－01 ������本文系国家科技重大专项课题“低渗油气田完井关键技术”项目 （编号：2011ZX05022-006） 作者简介：熊昕东（1973－），博士，高级工程师，从事油气田开发研究工作。 E-mail：xxdswpi@ 网络出版时间：2011-03-16 网址：/kcms/detail/51.1736.TE.20110316.0926.000.html
总第 26 期
天然气技术与经济·钻井工程
2011 年
根据预测不同使用期间能承受的极限载荷和极限服 役环境进行油层套管设计。油层套管完整性管理涉 及的外载、套管损伤或材料性能退化等很难准确定 量计算，因此，国外针对油层套管设计常常采用风 险评价分析方法。
2） 井下管柱设计方法。国外一般做法是：预测 作用在完井管柱上的实际负荷，并用安全系数来确 定对完井管柱的负荷要求；根据负荷要求，通过 FEA（有限元分析）等方法模拟预测应力来设计完井 管柱。用预测的管柱负荷对完井管柱连接质量进行 实际测试；用实际测试的数据再与 FEA 分析数据进 行分析对比，加以确认后作为设计的基础。需要重 点强调的是，完井管柱连接质量的实际测试非常重 要。
MPa 等压力级别的 HH 级井口，并且具备远程控制井 口闸门开关的功能，各部件之间均采用金属对金属 密封。对高含硫气井井口装置的特殊要求是：所有 零件必须抗硫腐蚀，在可能的情况下安装井下和井 口安全阀。
2） 井下工具。在高温高压抗 CO2 和 H2S 井下工 具的研制方面，国外哈里伯顿、贝克等许多知名公 司提出了金属和橡胶材料选择标准，生产的安全 阀、封隔器、滑套等井下工具在世界上很多含酸性 介质高温高压气田得到应用和验证。深井完井封隔 器有永久式和可取式两种，目前已形成 105 MPa、 85、70 MPa 等压力级别，温度级别达到了 232 ℃。 在井下安全阀方面，目前对于 135 MPa 级别尚未做 太多的工作。按照 API 14A 的要求, 按 1.5 倍工作压力 作为测试压力，目前已测试达到的最大界限为 135 MPa 和 204.4 ℃。在修井作业方面，目前不压井起下 作业装置最大限定压力为 135 MPa，连续油管最大额 定工作压力为 105 MPa 和 204.4 ℃。
气井，目前完井及测试技术已基本能满足要求，在 装备、工具、材质等方面需要重新设计及攻关的技 术较少。
2） 对 于 井 深 为 7 000～7 500 m、 井 底 压 力 为 152～165 MPa、井底温度为 232～240℃、H2S 分压为 0.021～0.028 MPa 的高压含硫气井，目前完井技术只 进行了很有限的实践，在装备、工具、材质等某些 方面需要重新设计和修改，以实现完井测试工作的 顺利进行。
外含硫气藏完井及测试技术的基础上，结合川渝、塔里木盆地等地区实践经验和成果，对高温高压含硫气井完井
技术进展和适应性、完井方法的选择和设计以及装备、工具、储层保护、完井液等关键技术作了较为详尽的论
述，同时提出了非常规气藏完井测试技术下一步的发展方向，认为井筒完整性、智能完井、高含硫气田完井、高
温高压复杂水平井完井等是需要重点攻关和发展的技术。
1 国外技术现状
1.1 现有完井技术进展和适应性
针对不同类型的高温高压含硫气井条件（表 1）， 国外目前完井测试技术能在一定程度上满足要求， 同时也还有许多关键技术需要突破，尤其是深层高 温高压含硫气井的压裂技术是最关键的难点。
1） 对于井深为 5 500 m、井底压力为 117 MPa、 井底温度为 196℃、H2S 分压为 0.004 MPa 的高压含硫
1.2.3 装备及工具
1） 井口装置。国外生产井口装置的国家有美国 等十几个国家，成套生产井口、采油树、地面安全 阀、单井多井自动化控制系统、高压管汇及控制系 统 等 产 品 设 备 ， 符 合 API6A、 API16A、 API16C、 ISO9001、ANSI、NACE、HSE 等各项国际标准。国 外采气树压力系列已高达 205 MPa、170 MPa、135
4） 连接与密封。国外高含硫气井完井管柱其连 接多是金属对金属密封。对高含硫气井，各国都在 开发特殊螺纹连接油套管，以满足连接强度、抗磨 损及气密封的要求。
1.2.2 高温高压气井完井设计
高温高压气井完井设计，必须基于气藏的特征 和难点，并以此作为完井技术的出发点和基点。分 析目前技术的适应性、可能性和操作性，以此确定 完井技术的可行性。立足于气井的整个寿命期，对 于影响气藏开发的安全性和经济性，要从完井技术 的角度进行全面的分析和论证，并确定完井中的主 体技术。
（1. 中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川 德阳 618000； 2. 中国石油西南油气田公司蜀南气矿，四川 泸州 646000；
3. 中国石化西南油气分公司工程监督中心，四川 德阳 618000）
摘 要 随着勘探开发逐步向非常规油气藏进军，高温高压含硫气藏完井技术得到了极大发展。在调研国内
3） 井下管柱防腐设计方法。国外主要是根据高 含硫气田环境、天然气成分、气质、集输管网穿越 的地形、人口，对可能产生的腐蚀、环境污染和人 身安全作出全面的评估，以此作为腐蚀控制的基础 和方案的出发点。一个完整的井下防腐技术优选循 环是：按照标准选择 — 充分的室内评价 — 足够的 现场试验 — 大量的实测数据的验证。对于某些腐蚀 环境，按 GB／T 20972.1－2007《石油天然气工业— 油气开采中用于含 H2S 环境的材料》标准选不到合适 的材料，但提供了适用性设计的一个原则，即可以 根据现场经验资料进行材料的判别。
将永久式封隔器投产测试管柱分为 3 种类型：一是不 带加药阀和井下压力计的生产管柱；二是采用合金 钢防腐油管和井下工具以及毛细管组成的能加注溶 硫剂的生产管柱；三是可以实时监测井底温度的生 产管柱。
2） 井身结构。井身结构是否合理直接关系到完 井工具的顺利下入和完井工艺的顺利实施。应尽可 能采用大一级的井筒尺寸。在英国北海地区最大的 高温高压气田 Elgin 和 Frakin 气田的开发中，使用了 大管径油管和辅助设备，满足了在不同温度压力环 境下考虑给定的安全因素，使运行和操作方式最优 化。同时，为满足高压气井抗内压和外挤强度，油 层套管尽可能选择厚壁套管，国外超高压气井，油 层套管厚为 25.4 mm 左右。
井口流温／℃
168 204 210 218 232
井底温度／℃
196 232 240 260 276
H2S 分压／MPa
0.004 0.021 0.028 0.048 0.076
CO2
5 % 18 % 21 %
套管
√﹢﹢﹟×
套管连接
√﹢﹢﹟×
回接系统和尾管悬挂器 √ ＋ ＋ ﹟ ﹟
油管
√√＋＋＋
油管连接
关键词 高温高压 含硫气井 完井技术
中图分类号：TE257.9
文献标识码：B
文章编号：2095-1132（2011）02-0057-05
0 引言
高温高压气井所处的工作环境与一般井具有显 著不同的特点，其温度和压力很高，钻遇地层和井 身结构复杂，许多气井还具有单井产量高和高含 硫、高酸性的特点，为完井和测试作业带来很大困 难 。 [1] 受工程条件的诸多限制，这些井进行完井及 测试极具挑战性，是勘探开发的矛盾焦点之一。近 年来，高温高压含硫气井完井技术得到了极大的发 展，但也还有许多技术需要进一步攻关和突破，因 此，有必要对该领域发展的现状及趋势进行研究和 分析。
1） 油层套管设计方法。考虑到酸性介质，尤其 是含 H2S 的介质对套管的腐蚀损坏相当严重，美国埃 克森美孚公司研究出了一种叫作 Von Mises 的管柱设 计方法，将三向载荷联合考虑，使套管柱能更好地 适应含酸性气井的井下受载情况，收到了良好效 果。同时，由于生产套管始终处于受控状态，国外