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高含硫气藏硫沉积的研究进展

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高含硫气藏硫 沉积 研究进展
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第32卷第1期 2 钻 采 工 艺 71· 高含硫气藏硫沉积的研究进展 胡书勇,张烈辉 (“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室胡书勇等.高含硫气藏硫沉积的研究进展.钻采工艺,2009,32(1):71—74,77 摘要:高含硫气藏开采过程中,随温度和压力下降会发生硫沉积现象。当硫在储层岩石的孔隙喉道中沉积 时,天然气的渗流通道减小,地层有效孔隙空间及渗透率降低,将影响气井的产能和经济效益。广泛调研了国内外 高含硫气藏有关硫沉积的研究成果,对前人的研究作了综述。目前国内外对高含硫气藏开发过程中元素硫沉积研 究得到的硫沉积预测模型简单;硫沉积的微观动力学、硫颗粒的运移规律和造成储层堵塞的机制等方面的研究都 还相对较少;国内外对元素硫在多孔介质中吸附的研究较少,硫化氢和二氧化碳共存条件下硫沉积的机理还不清 楚,硫的相态特征及含高含硫气藏相态变化特征认识不足。因此,高含硫气藏开发过程中需要进一步解决 这些问题,这对于指导高含硫气田的开发具有重要而长远的意义。 关键词:高含硫气藏;硫沉积;相态特征;沉积机理 中图分类号:7 文献标识码:A 文章编号:168x(201—0天然气中的H 一定温 度和压力下,元素硫会析出。地层中硫颗粒形成后, 一部分随气流在多孔介质中运移,另一部分吸附沉 积在孔喉表面,堵塞孔道,降低地层的孔隙度和渗透 率…。硫沉积危害巨大,在含硫气田开发过程中, 必须重视硫沉积研究。中国的含硫天然气资源丰 富,是世界上拥有高含硫气田的国家之一,其中川东 北地区气藏普遍含硫,且大多数为特高含硫、中含二 氧化碳气藏。硫沉积是该类气藏开发必须解决的关 键问题之一,而研究高含硫气藏硫沉积预测技术是 准确掌握地层硫沉积动态的必要手段,对指导高含 硫气田的开发具有重要而长远的意义。 自上个世纪5国、德国、加拿大等 国的学者对含硫气藏采气过程中的元素硫沉积相继 开展了大量的研究工作,分别从含硫气藏元素硫沉 积现场实例,实验测试,沉积机理、特征及相态变化, 开采动态和防治对策等方面进行了研究。 一、硫沉积的机理研究 硫在天然气中溶解度的研究是硫沉积机理研究 的前提和基础。早在1960年,究了硫在不同含量的H S,种气体中的平衡溶解问题。他们首次揭示了硫的 溶解性与气体组分、压力和温度有关。 1971年,过实验研究了压力为6.8~ 30.6 度为43.3℃~c【=低温低压条件下 硫在硫化氢气体中的溶解度。为研究深层气藏的高 温高压条件下硫在酸性气体中的溶解度, 1976年研究了压力为34.5~138 度为 121℃~204℃条件下硫在硫化氢气体中的溶解度。 . 和w. 将研究推广到6组分情况,研究了硫在不同比例的 H s,c ~c 的14个合成酸性气体混合物中的 溶解度。研究发现:当压力低于25 素硫 在纯硫化氢中的溶解度是随温度的升高而降低的; 而当压力高于40 大。研究认为这是由硫化氢的相态特征决定的。 而元素硫在含硫天然气中的溶解度是随着温度和压 力的升高而增大。在含多种成分的混合气体中,硫 化氢对元素硫的影响是最大的,硫化氢的含量越多, 元素硫的溶解度越高。 随后,P.M.人将.等人继续 深入研究,将硫在简单多组分中的溶解推广到实际 酸气组分中,分别在稿日期:2008一回日期:2008—12—04 基金项目:中国石油科技创新基金(22一西南石油大学校级科技基金(2合资助。 作者简介:胡书勇(1973一),博士,副教授,主要从事油气藏数值模拟、油气藏工程、特殊油气田开发等领域的基础理论及应用技术研究 与教学工作。地址:(61050o)四川成都市新都区,电话:(028)83—26.72· 钻 采 工 艺 009年1月 7~55度为6050℃条件下硫在不同 含量H 此外,s.人都先后 从不同角度对硫在纯硫化氢或干气中的溶解度进行 了研究,得出了较为近似的结论。 在积累大量实验数据和经验的基础之上,为从 理论上研究硫在高压酸气混合物中的溶解度,考虑 到基于状态方程的热动力学模型需要大量的实验数 据确定模型参数,l 在1982年基于理想溶 液理论,给出了一个简化的热力学方程来估算硫的 溶解度。后来 人对大量实验数据 进行拟合,得到了硫在气体中溶解度的预测模型。 为了利用中的溶解度,.等人利用.和w.的实验研究数据,对进行回归分析,从而建立了硫在酸性流体中溶解 度的常系数经验关系式,因此一直以来被用来预测 高含硫气体中硫的溶解度。 人建立了一个用于预测酸气 混合物中硫溶解度的热动态模型,并利用该模型分 别计算了元素硫在H,解度。.等也采用了状态方 程(法来确定硫在天然气中的溶解度,取得 了较为满意的效果。 在国内,硫在不同气体中的溶解度研究最早是 由谷明星¨ 人在1993年完成的。谷明星等 人建立了一套静态法测定硫在超临界/近临界流体 中溶解度的实验装置,实验结果表明:元素硫溶解度 的大小受酸气组分,压力、温度等因素的影响,且气 体组分中H 要因素,当其它因素一定时,硫溶解度将随H s 浓度的增加而迅速增大。 钟太贤¨ 等人针对川东北飞仙关高含硫气藏 中硫沉积,推导出一个可定性分析不同压力和温度 下,硫在高含硫气体中溶解度的变化趋势的气固两 相热力学动态模型。随后,孙长宇 等人在谷明星 实验研究基础上,在室内利用静态实验测试装置完 成了压力为20~45 度为3090 时元 素硫在7个三元高含硫混合物中的溶解度测定研 究,建立了能预测和关联元素硫在高含硫气体混合 物中溶解度的气固热力学模型。 曾平等 通过对天然气中硫溶解度的室内实 验模拟,对硫在天然气中的溶解机理进行了研究。 杨学锋 通过引入超临界流体中的压缩气体模型, 建立了高含硫天然气混合物与元素硫达到气固相平 衡时能定量计算元素硫溶解度的关联和预测模型。 二、硫沉积预测模型及 数值模拟研究现状 对于高含硫气藏(气田)开发过程中元素硫的 运载方式,国外的一些学者结合硫的溶解度的研究 结果认为 埽 地层中元素硫主要依靠三种运载方 式与气流一起运移:①与硫化氢结合生成多硫化氢 溶于天然气中;②溶于高分子烷烃;③在高速气流中 元素硫以微滴状(地层温度高于元素硫熔点时)随 气流携带到地面。元素硫的运载方式基本上决定了 其沉积机理。 早在1968年,.B.1】 就提出当流体中 C”含量比较低时,在井筒中会发生硫沉积。当井 口压力较低、井口和井底温度较高时,容易在井简中 发生硫沉积。通过研究¨ 如 发现:硫和硫化氢之 间存在一个化学反应平衡。在高温和高压条件下, 化学反应向有利于形成多硫化合物的方向进行;反 之,随着温度和压力降低,多硫化物分解析出更多的 硫。当析出的硫达到硫饱和状态后,进一步降低压 力和温度,硫就会沉积下来。 C.H.966年)建立了描述多孔介质中固 相沉积及其对流体流动影响的数学模型。模型假定 初始地层流体中元素硫处于饱和状态 。后来又 在黑油模型的基础上,将所建立的硫沉积模型引入。 该模型考虑了硫沉积对孔隙度和渗透率的影响和硫 溶解度的变化 。这是最早建立的硫沉积数学模 型。该模型能简单模拟均质气藏一维径向流条件下 井距、产气速度和井筒半径对硫沉积的影响。1980 年.B. 博士从统计学的角度分析了口含硫气井的硫沉积问题,获得了一些结论,但缺 乏严谨的理论分析和证明。 w. 研究了元素硫的相变行为,并认为: 由于元素硫有明显的过冷倾向,在低于它的正常凝 固点下,元素硫仍然可能保持液体状态随气流通过 管道。但是,一旦固化作用开始就会形成“雪球效 应”,这种机理可以解释生产中的一些现象,但在文 中没有对硫核心催化作用的机理及动力作详细的阐 述。 后来,.(1996)根据实测资 料,提出了预测硫沉积量的模型,并采用简化的黑油 模型的方法模拟了硫在地层中沉积的过程及其影响 因素,得出了以下结论:①低含硫化氢的天然气也会 使储层发生硫沉积和堵塞现象;②硫的沉积主要发 生在井筒2含硫的饱和度超过2O% 第32卷第2 N【) 采 工 艺 73· 时,硫沉积和堵塞会迅速发生,并且硫的沉积量与距 离的平方呈反比关系,压降越大,硫的沉积量越多; ③有效厚度大、孔隙度高的储集层不容易发生硫的 沉积,在纵向非均质性强的的储集层中,渗透率高的 薄层储集层极易被硫堵塞;④气井产能随硫沉积量 的增大而降低,下降程度则由气相的相对渗透率决 定。但是这些模型忽略了气流的动态效应对硫沉积 的作用,致使模型预测的结果与实际有较大偏差。 .过岩心流 动实验研究了流体流速对硫沉积的影响,并提出了 临界携硫速度的概念,为解释高速开采条件下发生 硫堵可能性减小的原因提供了实验基础。在实验研 究的基础上,一套模拟岩心流动过程中硫沉积的模型,对分析 硫沉积对孔隙度和渗透率的伤害起到了重要的作 用。 在天然裂缝性高含硫碳酸盐岩气藏生产过程 中,尽管裂缝具有较大的渗流空间,仍有可能在地层 中出现硫沉积现象。(2002年) 建立了裂缝性含硫气藏硫沉积预测解析模型。研究 表明,裂缝对硫沉积有着重要影响,裂缝发育程度越 高,硫沉积可能性越低,气井的产能及最终采收率相 应提高。 此外,在硫沉积对地层伤害的研究方面也取得 了较大进展。.S.和A.Y.岩心 实验分别分析了含硫天然气和含硫原油在发生硫沉 积时对地层渗透率的影响并给出了相应的关系式。 在国内,对高含硫气田(或气藏)开发的研究明 显不足,对硫在天然气中的溶解机理、在地层中的沉 积、堵塞及运移机理等基础性问题的研究远远滞后 于国外。陈赓良 在1990年根据有关资料在国内 首先发表了含硫气井硫沉积的论文。王琛 根据 .我国长庆气田部分 高含硫气井的实测资料进行了分析,研究了硫沉积 对气井产能的影响及各因素对硫沉积的影响。杨满 平 。。考虑由于压力降落所产生的影响,建立了非达 西流动时的元素硫沉积模型。钟太贤等¨刮采用热 力学理论解释了硫随温度和压力变化的沉积规律, 建立了在达西流和非达西流条件下渗流过程中的硫 沉积方程。而张勇 .I 在析出的固态硫不 随气流运移的假设条件下,综合考虑了硫沉积现象、 沉积伤害以及元素硫在酸气中的溶解度等,建立三 维气一固两相多组分数学模型。 杨学锋等研究了元素硫的相态 ,建立了描述 元素硫状态方程参数和逸度经验计算式,同时结合 三相闪蒸数值算法,建立了硫沉积的气液固三相相 平衡热力学模型。而刘萍 则币 用含硫化氢的凝析气藏动态相态特征进行了分析研 究,获得了满意的效果。20学锋等 &J J 建立了高速非达西流动硫的沉积模型。张勇等 J 利用数值模拟研究了硫沉积对高含硫气藏产能影 响,陈中华 等则建立了高含硫气田不同井型元素 硫沉积模型,付德奎等 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。 三、目前研究中的一些缺点 目前关于高含硫气藏硫沉积的研究中,存在以 下一些问题和缺点: 1.模型简单 目前国内外对高含硫气藏开发过程中元素硫沉 积研究得到的硫沉积预测模型,主要集中在均质等 温地层,其模型简单,基于静态沉积的观点,简单将 地层中从饱和态气流中析出的硫看作是处于静态环 境中的沉积物质描述,即忽略了气流的动态效应和 忽略了气流水动力对硫沉积的作用,且没有考虑气 体流动介质的空间结构的影响。致使模型预测的结 果与实际存在着较大的偏差。 2.硫的运移规律研究 气流水动力对固相硫颗粒在渗流通道中传输和 运移的作用、硫颗粒的不同运动形态,硫沉积的微观 动力学、硫颗粒的运移规律和造成储层堵塞的机制 等方面的研究都还相对较少,还有很多方面的工作 需要深入研究。如固相硫颗粒在气流中悬浮运移和 在渗流通道壁面沉积的临界流速大小;黏附或沉积 到渗流通道壁面上的硫颗粒在气流水动力(剪切 力)作用下可能重新从骨架壁面上剥蚀出来,并悬 浮到气流中继续运移的条件等方面的研究需要深 入。 3.硫的吸附研究 气体在多孔介质中吸附是高含硫天然气在地层 中流动时存在的普遍现象。气藏模拟中常用现象。对于高含硫气藏,由于有元素硫析出,因而 也存在元素硫吸附问题,但国内外对元素硫在多孔 介质中吸附的研究较少。 4.硫化氢和二氧化碳共存条件下硫沉积及相态研究 由于H 有极强的腐蚀性,硫化氢和 ·74· 钻 采 工 艺 009年1月 氧化碳共存条件下硫沉积的机理还不清楚,硫的 相态特征及含高含硫气藏相态变化特征认识 不足,且存在极大的危险性,因此高含硫气藏的硫沉 积的研究较少。 四、结束语 高含硫气藏作为一种重要的天然气资源,在中 国乃至世界范围内有着广泛的分布。元素硫沉积是 含硫气藏开发过程中广泛存在而又必须解决的关键 难题之一,危害巨大。硫沉积过程极为复杂,导致该 类高危气藏的开发方案设计和开发动态预测存在不 可靠性。目前,需要在以下几个方面对高含硫气藏 硫沉积进行深入研究:①高含硫气藏中元素硫的相 态特征;②元素硫在多孔介质中的吸附及其运动形 态;③H 变化规律及其与温度、压力及动力效应的关系;④ 考虑元素硫的吸附、温度、压力及动力效应的含的高含硫条件下硫的物理化学沉积机理。 参考文献 [1] .鹊of ng in 0].6:91—103. [2] T, R.in C],96O:2[3] G.f c].rr,s.J.,(971)272. [4] c, c E.f ],1976(16):57—64. [5] w. of su‰r in ].980,377—384. [6] ,r M c,w H.su r ty in ].988)1587一[7] w. of f ]. 9. ,983,297—300. [8] M,c s c. B.on of in ].Q o.2, 3,4(1992—1993). [9] ..Su r 0998,37,1679— 1684. [10].of in ].J 982,(86):3[11] A,, E.of in c].at 9th 989(6):6—8. [12] E.e妇 ct of r on ].996,285—296. [13].PI℃of a— coⅡ].[14]谷明星,里群.固体硫在超临界/近临界酸性流体中的 溶解度(I)热力学模型[J].化工学报,1993,6. [15]谷明星,里群.固体硫在超临界/近临界酸性流体中的 溶解度(力学模型[J].化工学报,1993,6. [16]钟太贤,袁士义.含硫天然气相态及渗流:J].石油勘探 与开发,2O【)4,31(5):109—111. [17] Y, J. on in ]. r 214(295. [1 8] B.in as J].订(983)35. [19] B.f n in ].0il 05,1968), [20] B..]. at r— f 0—5.1980. 『21] H 1 J. of by in J].,1966,12,995. [22] c H. 0n p r(】of e—]. f 972.l [23] B ow by ].m 1980;191(5):111—12O. [24]F.,. H.f ng a卜 订].9498. [25]in I 0f o [j].[26] s Y. ue to ].3721. [27]陈庚良含硫气井的硫沉积及其解决途径[J].石油钻 采工艺,1990(5):73—77. [28].f (下转第77页) 第32卷 2 第1期 钻 采 工 艺 77· g 耋 曲 1O 2O 30 4O 50 6O 7O 8O 90 闭合压力(图5不同铺砂浓度下纤维对导流能力影响 三、结论及建议 (1)不同的纤维与不同的支撑剂组合时,存在 最优纤维浓度使得纤维对导流能力影响最小。维与0目陶粒支撑剂组合下纤维的最 优浓度为7%o,而0目陶粒组 合下纤维的最优浓度是9%。。 (2)结果表明在低闭合压力下,纤维的加入可 以提高支撑剂的导流能力,而在高闭合压力下纤维 的加入则会降低支撑剂的导流能力,降低幅度随纤 维性能、支撑剂类型而不同。 (3)加入纤维后支撑剂在不同铺置浓度下的导 流能力较为接近。当储层闭合压力处于30~50 和纤维后提高铺砂浓度将不会明显 提高导流能力。 (4)总体而言,最优的纤维加入浓度对支撑剂 导流能力影响不大,纤维技术应在油气井增产措施 中进行广泛的推广应用。在实际应用时应结合纤维 性能和支撑剂性能通过实验确定在储层闭合压力下 纤维的最优加量浓度。 参考文献 R et in i.0495. J et in ].9960. ,.in ].E&P.28(11):32—34,37. ,,.ts of in ].02956. [美]米卡尔J.埃克诺米德斯,肯尼斯G.,诺尔特,张 保平,蒋阗,刘立云,张汝生等译.油藏增产措施(第三 版)[M].北京:石油工业出版社,2002. 张绍彬,谭明文,张朝举,等.实现快速排液的纤维增强 压裂工艺现场应用研究[J].天然气工业,25 (11):53—55. (编辑:包丽屏) (上接第74页) il —0as ].[29]王琛.硫的沉积对气井产能的影响[J].石油勘探与开 发,1999(5):56—58. [3O]杨满平,彭彩珍.高含硫气田元素硫沉积模型及应用研 究[J].西南石油学院学报,26(6):54—57. [31]张勇,杜志敏.高含硫气藏气一固两相多组分数值模型 [J].天然气工业,26(8):93—95. [32]欧成华,胡晓东.含硫气藏元素硫沉积及防治对策研究 [J].钻采工艺,2005,28(6):86—89. [33]刘萍.0析中的应用研究[D].西南石油大学硕士论文,2006, 4. [34]曾平,赵金洲.硫在天然气中的溶解度实验研究[J].西 南石油学院学报,2005,27(1):67—69. [35]杨学锋.高含硫气藏特殊流体相态及硫沉积对气藏储层 伤害研究[D].西南石油大学博士论文,2006,4. [36]Du uo d ,s—J]. 103946. [37]u et n— of suⅡin ]. 038 10,at 006 7 0[38]杨学锋,胡勇,黄先平,等.高速非达西流动时元素硫沉 积模型研究[J].大然气地球科学,28(5):764— 766. [39]杨学锋,黄先平,杜志敏,等.考虑非平衡过程元素硫沉 积对高含硫气藏储层伤害研究[J].大庆石油地质与开 发,26(6):67—70. [40]张勇,杜志敏,郭肖,等.硫沉积对高含硫气藏产能影响 数值模拟研究[J].天然气工业,27(6):94—96. [41]陈中华,熊齐胜,张岛.高含硫气田不同井型元素硫沉积 模型及应用研究[J].天然气勘探与开发,2007,30(1): 54—57. [42]付德奎,郭肖,邓生辉.基于溶解度实验的硫沉积模型及 应用研究[J].西南石油大学学报,2007,29(1):57—59. (编辑:包丽屏) ]』1J 1J 1J
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