高含硫气藏硫沉积机理研究

硫沉积是高含硫气藏开发过程中普遍存在而又必须解决的关键难题之一。高含硫气藏硫沉积机理研究是研究高含硫气藏硫沉积预测技术、准确掌握地层硫沉积动态以及指导高含硫气藏高效开发的基础。在分析高含硫气藏气体开采过程中硫化氢含量变化规律基础上,引入无机化学中化学反应平衡理论,建立了由多硫化氢分解析出元素硫的地层含硫饱和度计算方法,以W气田为例,预测了地层压力下降到不同程度时距离井筒不同距离处由多硫化氢分解析出元素硫的量,并与利用解析模型计算的总析出量进行了对比。结果表明,高含硫气藏开发过程中,在硫化氢含量变化不大的情况下,由多硫化氢（H₂Sx＋1）分解析出的硫的量占总析出量的比例很小,即物理沉积是硫沉积的主要方式,从而进一步完善了元素硫的沉积理论,为认识和解决高含硫气藏开发过程中在地层发生元素硫沉积、合理高效地开发高含硫气藏奠定了坚实的理论基础。     

低渗透髙含硫气藏硫沉积的渗流理论研究

针对低渗透高含硫气藏硫以固相析出污染地层严重影响气井产能的问题,运用渗流理论、达西、非达西流体运动方程并引进地层含硫饱和度参数,推导出气流满足达西和非达西运动条件时的含硫饱和度随时间变化的数学模型。该模型可以预测硫沉积的径向分布情况以及硫沉积量随时间变化对地层渗透率和孔隙度的影响。通过该模型的预测对此类高含硫气藏安全生产有着一定的指导作用。     

高含硫气藏中的硫微粒运移和沉积

在研究高含硫气藏元素硫溶解、析出,硫与高含硫气体混合物相态变化特征,硫微粒的运移、沉积规律和硫沉积储层伤害等基础上,引入空气动力学理论,建立了描述硫微粒气固运移、沉积数学模型,结合实验建立了硫沉积储层伤害模型,并利用所建立的模型模拟某高含硫气藏硫沉积对气藏生产的影响.模拟结果说明:整个气藏在生产过程中都会出现硫沉积;硫沉积对气井生产的影响主要反映在生产后期;后期硫沉积严重的区域主要是在井筒周围;高速气流能够将析出的硫微粒携带出地层,因此,合理控制气井产气量可以减少硫微粒在地层中的沉积,降低对地层的伤害,提高高含硫气藏采出程度.     

元坝长兴组储层温度分布对液硫析出的影响

元坝地区长兴组气藏属于超深类高温、高压、高含硫的三高气藏,目前生产制度下的井底温度、压力条件远高于硫元素固态熔点条件且即将低于酸气析出硫的临界条件.因此在较长的生产过程中,井底温压条件下酸气析出硫呈现液态.现有的硫析出模型均建立在等温储层的基础上,为了探究储层温度分布对酸气液硫析出的影响规律,基于实验测试数据建立了非等温液硫析出及预测模型,对比分析了等温储层和非等温储层液硫析出的差异性.结果 表明:相比于恒温储层,储层到井筒之间温度的降低会导致酸气中液硫析出提前发生;不考虑储层-井筒温度的分布情况,将会低估液硫析出的压力条件;储层等温分布条件下的液硫析出范围计算结果偏小,储层-井筒温度的非均匀分布会加剧近井附近的液硫沉积量.高含硫气藏储层到井筒之间的温度分布对硫析出条件、析出范围、析出量的影响明显,应当充分考虑储层温度的分布特征,不可以"等温储层"的假设来简单处理.     

高含硫气藏物质平衡方程

气藏物质平衡方程是气藏工程中的重要理论,可以确定气藏的原始地质储量和可采储量,判断气藏的驱动类型,以及预测气藏未来的开发动态。高含硫气藏是一种特殊的气藏类型,该类气藏在气体开采过程中,随着地层压力不断下降,会产生硫沉积现象。常规气藏物质平衡方程没有考虑硫沉积现象,因此,高含硫气藏物质平衡方程与常规气藏物质平衡方程存在一定的差异,直接利用常规气藏物质平衡方程预测高含硫气藏的开发动态会产生一定误差。在考虑硫沉积的基础上,针对封闭气藏的情况,推导了高含硫气藏的物质平衡方程,为高含硫气藏开发动态分析及预测提供了一种有效的手段。     

基于溶解度实验的硫沉积模型及应用研究

四川东北部相继发现了普光、罗家寨等一大批高含硫气藏。高含硫气藏在气体开采过程中,随着地层压力不断下降,元素硫达到临界饱和态后将从气相中析出,并在储层孔隙及喉道中沉积,从而导致地层孔隙度和渗透率降低,严重时造成气井停产。根据硫在天然气中的溶解机理以及物质平衡原理建立了高含硫气藏硫沉积预测模型,以罗家寨气田罗7井为例,预测了不同压力范围下的含硫饱和度以及硫沉积对气井产量的影响。研究结果表明,当地层压力下降到40MPa时,气井产量下降了82.5％,地层压力下降到37MPa时,气井将停产。     

硫在天然气中的溶解度实验研究

通过对天然气中硫溶解度的室内实验模拟,发现温度、压力和气体组成是影响硫在天然气中的溶解度主要因素。随着温度和压力的升高,硫的溶解度增大;同时气体中硫化氢以及重质组分的含量也是影响其溶解度大小的组分因素中最重要的两个因素,前者的作用说明了硫在天然气中的化学溶解的存在,而后者仿佛就是硫的天然物理溶剂,重质组分含量越高硫的溶解度越大,且随着组分中碳原子数的增加而增大。因此,硫在天然气中的溶解机理既包括化学溶解也包括物理溶解,是二者的有机结合。这对认识和防止高含硫气藏在开发过程中在地层发生硫沉积,合理高效地开发该类气藏提供了参考。     

硫沉积对高含硫气藏气井生产影响

为研究高含硫气藏在开发过程中,由于地层压力降低而析出的固体硫单质和储层的应力敏感效应而对高含硫气藏开发的影响.通过对高含硫气藏中元素硫的析出机理和储层应力敏感评价分析,利用气体径向渗流理论,综合考虑了压敏效应中地层综合压缩系数的变化规律,建立了外边界封闭内边界定产情况下气井的数学模型.通过数值求解该数学模型,得到高含硫气藏考虑压敏效应下径向渗透率和压力等参数随开发时间的变化曲线.分析得到了高含硫气藏储层破坏严重的区域和原因,为尽可能减少高含硫气藏储层破坏保护措施提供理论支持,并在此基础上对优化高含硫气井工作制度给出合理建议.     

元坝气田超深层高含硫气井硫沉积预测

准确预测高含硫气井井筒硫沉积规律与沉积位置,避免管道堵塞、腐蚀穿孔等影响气井正常生产具有重要的意义。为进一步研究硫沉积机理,结合元坝气田元素硫的溶解度含量实验,建立硫溶解度预测模型;基于瞬时热传导、能量守恒定律以及多相流理论,分别建立超深高含硫气井温度场和压力场数学模型;进行多场耦合求解,获得超深高含硫气井井筒元素硫沉积预测模型,并对元坝气田气井进行实例分析。研究结果表明:元素硫溶解度随温度、压力的增加而增大;建立的井筒温度压力模型计算的压力误差小于1%,温度误差小于5%,精度较高;元素硫溶解度在井筒内呈非线性递减,井底最大,井口最小。研究成果可用于预测井筒硫溶解度分布以及硫析出井段,以及同类型气井井筒多相流压力计算,为含硫气井安全稳定生产奠定了基础。     

高含硫气井元素硫溶解度与硫沉积预测模型研究

为了正确评估高含硫气井的储层硫堵伤害,通过收集整理大量酸性气体硫溶解度实验数据,建立了考虑溶质压力特性的典型高含硫气藏条件下元素硫溶解度预测模型。在此基础上,根据气水渗流理论与硫溶解度随压力变化量函数,推导了元素硫沉积量化表征数学模型;采用四川盆地某高含硫边水气藏与典型硫堵气井的基础静态与动态资料等,定量分析了影响气井硫堵状况的因素与储层硫饱和度的变化规律,探讨了缓解储层硫堵状况的技术思路与对策。研究结果表明：(1)通过验证,证明了本文建立的硫溶解度预测模型具有更好的预测性能,预测结果也更可靠;(2)气井硫堵程度受制于多种因素的综合影响,在相同的生产时间下,较大的气井日产气量、储层(初始)含水饱和度、非达西流常数,较小的储层有效厚度、储层(初始)孔隙度与渗透率、井底流压,能够造成更严重的气井硫沉积堵塞状况;(3)随着气井生产时间的增加,气井硫堵区域逐渐向井筒外围地层扩展。在气藏不同开发阶段,应该采取不同的硫沉积治理思路。开发初期,建议采用“控速为先,治理为辅”的治硫思路;开发中期,采取“控治并重”的思路;开发后期,应以经济效益为先,维持气井带液生产是该阶段的重点工作。     

用硫化氢气体分解硫化钠阳极电解液的热力学分析

直接电解硫化氢碱性溶液(通常用Na2S溶液表示)产生单质硫和氢气的关键问题是单质硫在阳极表面上沉积而导致的阳极钝化. 用硫化氢气体分解Na2S的阳极电解液可以很好地解决这一问题,并对这一方法进行了热力学分析.对简化S-H2O 系的电势-pH图的分析表明,多硫化物Sx2-在碱性溶液中稳定,且随着体系中溶解态物质的总硫浓度T(s)的增加,高级多硫化物的优势区增大.当Na2S阳极电解液与硫化氢气体反应时,固相硫稳定存在于pH较低和H2S 分压较小的环境中.分析表明,当H2S 分压为1atm,溶液pH值小于8时,大多数多硫化物分解为单质硫S、S2-, HS-或H2S(aq.).分析结果对电解产生多硫化物以及用H2S气体分解多硫化物的实际过程具有重要指导意义.图6,表1,参10.     

喷射器内含湿含硫天然气形成水合物预测

针对高含硫气田天然气含湿含硫且井口压力不断降低的特点,利用高压气井的富余压力通过喷射器增压输送低压天然气。采用Fluent软件对喷射器内单相和气液两相含湿含硫天然气的沿程温度、压力进行了数值模拟,应用天然气水合物生成预测模型ZahediⅠ对天然气喷射器内部天然气水合物生成区域进行了预测分析,预测了工作流体入口温度、含硫量、含湿量对天然气水合物生成的影响。工作流体入口温度增加,喷射器内天然气水合物生成区域范围减小,硫化氢含量越高,天然气水合物生成区域范围越大,工作流体含水滴,喷射器内天然气水合物生成区域小于单相工质下的天然气水合物生成区域,进而提出了消除含湿含硫天然气喷射器内形成水合物的措施。     

高含硫天然气引射增压的数值模拟及硫析出分析

针对普光气田高含硫且井口压力不断降低的特点,提出了使用喷射器来将低压天然气增压输送的方案。高含硫天然气在引射增压过程中由于温度压力的变化,在喷射器内可能出现硫析出,单质硫的沉积会造成堵塞,还会加剧设备的腐蚀。建立了高含硫天然气引射增压数学模型,数值模拟了喷射器中天然气的压力、温度、速度分布特征。分析了引射系数的影响因素及引射增压过程中的硫析出的可能性.研究发现温度对喷射器内硫析出有重要的影响,所以可以提高工作流体入口温度来提高喷射器内的整体温度,从而减少硫的析出。