技 術(shù)進步必須與溫和酸 性環(huán)境鉆探活動、深 層井及鉆探設備設計 發(fā)展保持一致。 當前油氣行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是提 高套管和油管的屈服強度，而不是 提高其硬度，降低材料的抗 H 2 S 性 能。 瓦 盧 雷 克 公 司（Vallourec） 解決這個問題是在熱處理鋼材迅速 冷卻過程通過淬火工藝，提高屈服 強度無需增加硬度。 根 據(jù) 美 國 腐 蝕 工 程 師 協(xié) 會 （NACE International） 數(shù)據(jù)顯示， 每年石油天然氣行業(yè)的腐蝕成本估 計達 13.2 億美元。
盡管油氣行業(yè)正在盡一切可能 削減腐蝕成本，其關(guān)鍵是在酸性油 氣田完井過程中實施最小化或消除 潛在的腐蝕的解決方案。與幾家服 務商和設備供應商交談發(fā)現(xiàn)，他們 關(guān)注的重點是為油管及套管與處理 系統(tǒng)提供優(yōu)化的酸性介質(zhì)材料，在 不破壞這些材料的情況下，使得油 管、套管及處理系統(tǒng)不受到腐蝕的 影響。
酸性介質(zhì)材料
“今天，油井的挑戰(zhàn)是套管和 油管制造商提高材料的屈服強度不 影響抗 H 2 S 性能。”瓦盧雷克公司 （Vallourec） 技術(shù)銷售經(jīng)理希瑟·拜 爾斯說：“H 2 S 與低強度等級材料 反應不嚴重，因此屈服強度越低， 通?？?H 2 S 性能越好。鉆孔機進入 深層，面臨的壓力、溫度不同，且 井段較長，這就需要盡可能地提高 它們的強度。” 當材料屈服強度增加時，材料 往往會變得更硬，越具脆性，才能 使 H 2 S 分子易于穿過鋼材。瓦盧雷 克公司（Vallourec）提高油管和 套管的屈服強度無需增加硬度，通 過專有的化學過程和專用淬火工藝， 鋼材經(jīng)過熱處理后可以迅速冷卻。“ 該 公 司 的 VM110 SS 是 一 種 高 耐 H 2 S 腐 蝕 合 金 鋼， 屈 服 強 度 為 110kpsi， 用 于 墨 西 哥 灣 深 水 中 高 壓、 嚴 重 酸 性 環(huán) 境。” 希 瑟· 拜 爾 斯 說。
VM125 HCSS 酸 性介質(zhì)合金鋼具有更高的屈服強 度，達到 125kpsi，高抗擠毀性能 滿足 API 要求。當預計儲層壓力較 高時，高抗擠毀套管通常被使用。 “這是一種較高強度的產(chǎn)品，”希 瑟·拜爾斯說：“通常我們不會見 到 125kpsi 屈 服 強 度 且 具 有 酸 性 介質(zhì)能力的產(chǎn)品，因為這些產(chǎn)品的 強度更高，通常易于受到 H2S 的 影 響。”“ 這 兩 種 產(chǎn) 品 滿 足 所 有 NACE 資格和標準。” 在溫和的酸性環(huán)境中，比如鷹 福特（Eagle Ford）地區(qū)，通常不 需要高品質(zhì)的穩(wěn)健性產(chǎn)品。“2013 年和 2014 年出現(xiàn)時，人們在陸上試 圖鉆探這些溫和的酸性環(huán)境。”希 瑟·拜爾斯說：“我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在需 要一種具有成本效益的解決方案， 因為陸上鉆井活動的邊際收益有所 減少，但運營商仍然需要溫和的耐 H 2 S 性能。”
該公司表示， P110MS 產(chǎn)品的 需求將不斷增長， 2006 年首次開發(fā)， 就具有 110ksi 屈服強度和溫和酸性 介質(zhì)的性能。其他產(chǎn)品在嚴重的酸 環(huán)境中不能操作，經(jīng)試驗，它們不 能滿足嚴格的 NACE 要求。NACE 系列測試仍在 90% 的實際屈服強度 下。 然而， 測試解決方案的濃度較低， 已被調(diào)整為模擬溫和的酸性環(huán)境， 像標準 NACE 測試一樣，這個調(diào)整 后的測試操作 720 小時NACE 將酸性介質(zhì)分為三個區(qū) 域，其中區(qū)域 1 酸性最低，區(qū)域 3 酸性最高。區(qū)域取決于給定區(qū)的 pH 值和 H 2 S 分壓。對于區(qū)域 3 內(nèi)的油 井來說，NACE 建議采用一種高酸 性介質(zhì)級材料， 如API 級T95。 然而， 特定條件下的測試可能表明，操作 員可以使用穩(wěn)健性低的產(chǎn)品。
正確操作裝置
一旦運營商為套管和油管選擇 適合的材料，如果處理不當，這些 材料仍然會受到腐蝕。“必須確保 損害最小， 或者最好不要損壞管材， 因為它們很容易受到腐蝕性環(huán)境的 影響。在處理過程中損害可以加速 管材的斷裂。”弗蘭克國際公司的 技術(shù)工程高級副總裁杰里米·安吉 拉說。
“當操作裝置控制油管， 提升、 支持或連接它們，控制插件通常在 管材中經(jīng)常留下咬痕。在無腐蝕性 的環(huán)境中，這通常不是一個問題，” 杰里米·安吉拉說：“然而，在酸 性油氣井中，這些咬痕可以受到應 力腐蝕裂痕或硫化物應力腐蝕裂痕 的影響。產(chǎn)生的裂紋可以通過管材 迅速擴展，進而造成它斷裂，為井 的完整性帶來災難性的損失。”
管材斷裂并不是全球石油天然 氣行業(yè)的新問題。油氣行業(yè)已加深 了對應力腐蝕裂痕和硫化物應力腐 蝕裂痕以及酸性氣井氣環(huán)境中出現(xiàn) 斷裂的原因的了解。弗蘭克國際公 司關(guān)注的重點是了解形成裂痕的處 理技術(shù)。 “我們弗蘭克有一個冶金實驗 室，能夠模擬晚期的腐蝕破裂，所 以我們可以看不同裝置的設計，” 杰里米·安吉拉說：“我們知道， 腐蝕破壞的風險對油井完整性是一 個嚴重的威脅。雖然這些類腐蝕破 壞相當復雜，降低破壞風險甚至消 除破壞風險，是正確處理的關(guān)鍵。 這包括使用真正的無痕技術(shù)，來消 除咬痕和消除管材腐蝕產(chǎn)生的污 染。”
通 過 研 究， 弗 蘭 克 國 際 公 司 為耐腐蝕材料研制了獲得專利的完 全 無 痕 處 理 系 統(tǒng)。 這 種 系 統(tǒng) 包 括 Collar 承載支持（CLS）系統(tǒng)和流 體控制處理技術(shù)。CLS 系統(tǒng)升起一 個接頭，將其放入井架中，而流體 控制技術(shù)使用氨酯密封氣囊形成通 過的摩擦。一旦連接形成，CLS 系 統(tǒng)會降低進入井的管柱。 調(diào) 整 CLS 系 統(tǒng) 和 流 體 控 制 技 術(shù)，必須了解行業(yè)最新趨勢，特別 是越來越深的井。“由于深層井， 我們必須不斷改進，以適應直徑較 大、 較重的管柱。 ” 杰里米·安吉拉說。 CLS 系統(tǒng)的發(fā)展還是由鉆探設 備的進展所驅(qū)動。
最新的 CLS 系 統(tǒng)在 2015 年晚期推出，為世界上 不同地區(qū)的酸性氣井的陸上鉆探設 備而設計，易于安裝。未來研發(fā)的 新一代操作裝置將專注于使其適應 未來的鉆探設備。“我們發(fā)現(xiàn)自動 化作為提高效率的手段，并且我們 重視自動化來提高鉆井平臺的安全 性，”杰里米·安吉拉說：“我們 的操作裝置符合未來的戰(zhàn)略發(fā)展。” 該公司相信最為重要的是要跟 上鉆探設備的創(chuàng)新步伐，因為隨著 處理的酸性氣井增多，我們需要增 加無痕裝置。“我們已施工簡單的 井，并且我們專注于更復雜的井。 酸性井變得越來越普遍，而且這些 井的濃度、溫度、壓力及井結(jié)構(gòu)會 變得越來越復雜。”杰里米·安吉 拉說。
使舊產(chǎn)品適應新需求
對于服務公司來說，仍需挑戰(zhàn) 的是了解運營商需要什么樣的井數(shù) 據(jù)，目的是為酸性介質(zhì)設備設計提 出建議。“我們必須確保我們從客 戶及期望的井狀況獲得正確數(shù)據(jù)， 并顯示有關(guān) H 2 S 水平。”威德福公 司毛細管系統(tǒng)全球業(yè)務部經(jīng)理詹姆 斯·布萊肯說。
當運營商不能提供這些信息時， 這可能是因為他們第一次進入此領(lǐng) 域，沒有大量的數(shù)據(jù)。也可能是他 們不清楚需要為服務提供商提供哪 些數(shù)據(jù)。“這是服務公司和運營商 之間的業(yè)務合作，如果我們作為業(yè) 務合作伙伴，則可以設計和實現(xiàn)最 好的裝置。” 詹姆斯·布萊肯說。 2014 年，這種設計能使威德福 公司的 Renaissance WCS 系統(tǒng)適 用于酸性氣井。該系統(tǒng)最初的設計 目的是取代近海油井井下安全閥。
“這個系統(tǒng)允許威德福公司將插件 放入水下安全閥，基本上可以取代 利用操作閥的閥門。”詹姆斯·布 萊 肯 說，“ 將 一 個 插 入 閥 的 井 下 安全閥和基本上取代操作閥門。” 水下安全閥可以磨損，作為工具， 下入井孔，通過閥門。閥的磨損或 損壞可以防止閥正當關(guān)閉，并提供 100% 的密封。 Renaissance WCS 系 統(tǒng) 可 以 下入井閥。該閥門的擋板鎖打開， 且包含更換擋板鎖的插件被鎖定在 閥門上。“這給操作員停轉(zhuǎn)插件并 將其鎖入剖面提供了選擇?，F(xiàn)在它 們有操作安全閥，沒有額外的維修 費。”詹姆斯·布萊肯說。 油氣行業(yè)一直在努力攻克酸性 氣井難題。然而，技術(shù)改進和經(jīng)驗 的豐富，提高了這些井的作業(yè)的可 靠性及效率。
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