高含硫气藏开发技术进展与发展方向

四川盆地已探明高含硫天然气储量超过9 000×108 m3,占全国同类天然气储量的比例超过90%。作为中国高含硫天然气开发的主战场,四川盆地已有近47年的高含硫气藏开发历史,积累了丰富的开发成果和技术经验,同时"走出去"支持海外天然气合作开发,代表了中国高含硫气藏开发的最高水平,并引领我国高含硫气藏开发的技术发展方向。分析了高含硫气藏开发的特点与难点,总结了高含硫气藏开发方面形成的28项开发特色技术,指出了技术发展方向。

高含硫气藏元素硫沉积对储集层的伤害

元素硫是高含硫气藏开发的有害物质。随着气井的投产,地层压力和温度沿径向不断降低,在气流达到或超过含硫饱和度时,元素硫将会从气流中析出,并在储集层岩石的孔隙或喉道中沉积下来,使得地层孔隙度和渗透率降低,严重时造成气井的停产甚至报废。在推导了元素硫沉积对储集层伤害的模拟模型基础上,分析了在高含硫气藏的开发过程中,元素硫沉积的特征及对储集层物性的伤害情况,发现元素硫在地层中的沉积主要在离井筒较近的范围之内,且沉积量沿径向由井筒向地层深处逐渐减小;沉积于孔隙的元素硫对储集层的伤害也主要在该区域之内,越靠近井筒伤害程度越严重,且随着生产时间的延长,对储集层的伤害程度加速。

高含硫气藏气体渗流规律研究

在高含硫气藏开发过程中,随着高含硫气体从地层中采出,地层压力不断下降,使元素硫从含硫饱和态气相中析出,并沉积到地层孔隙或喉道中,造成地层渗流通道的严重堵塞,增大气体渗流阻力。文章从物质平衡原理出发,推导了由于受元素硫沉积影响的地层物性参数随生产时间等的变化关系,并建立了高含硫气藏气体渗流模型。通过实例模拟分析了该类气藏气体渗流过程中孔隙度和渗透率的变化规律以及地层压力等的变化特征。研究结果表明,元素硫在地层中的沉积对储层的伤害沿径向呈不均匀变化;气体的渗流阻力增加,地层能量更多地消耗在近井地带,且气体渗流表现为强烈的流固耦合特征。该认识为高含硫气田的合理高效开发提供了参考依据。

改进定容含硫气藏储量计算方法

气藏物质平衡方程式可以确定气藏的原始地质储量,是气藏工程中计算储量的重要方法。由于含硫气藏的特殊性,如硫析出形成硫沉积等,而目前在用物质平衡方程计算定容含硫气藏原始储量时,仍然采用原有的定容气藏物质平衡方程,因而忽略了硫沉积造成的差异,会对计算结果造成一定的影响。本文针对含硫气藏的特殊性,如硫析出形成硫沉积等问题,基于物质平衡原理,考虑硫沉积造成的差异,建立起新的定容含硫气藏物质平衡方程。并应用于定容含硫气藏储量计算,计算结果表明新方程计算结果更加可靠。

四川盆地南部纳溪—塘河地区下三叠统嘉陵江组含硫气藏成因

四川盆地南部纳溪-塘河地区下三叠统嘉陵江组气藏属于含硫气藏，其整体H2S含量在整个泸州古隆起属较高，局部地区H2S含量高达25～30g／m^3以上，其嘉一气藏H2S主要为含硫有机质裂解成因，而嘉二、嘉三一嘉四气藏H2S主要为热化学硫酸盐还原作用（TSR）成因，而H2S成因类型与含量高低随着天然气成藏过程的变化而变化，燕山早一中期深层志留系来源的气向上运聚成藏，嘉陵江组各气藏呈现低含生源成因H2S特征，燕山末期一喜山早期嘉陵江组储层古地温大多高达140℃以上，含膏岩分布的嘉二、嘉三一嘉四气藏大量发生TSR反应，形成TSR反应成因为主的高含硫气藏，在喜马拉雅运动中晚期由于构造抬升、古地温大幅度降低，TSR反应减慢甚至终止，由于地层水对H2S的溶解作用，使含硫气藏H2S含量重新分配和调整，从而造成不同区域或不同气藏的舍硫量具有较大差异。

高含硫气藏中硫及其化合物危害性研究

作为天然气副产品的硫化氢是硫磺的主要来源,我国工业用硫的60%来自含硫天然气。硫磺是造纸工业、合成纤维工业、橡胶工业、医药工业和军火工业的重要化工原料和战略物资。但是对于天然气的开发过程来说硫是一种有害物质。由于硫的存在,天然气的性质发生了改变,从而就影响了含硫气藏的开发与开采。如在开采工程中,由于硫化氢的剧毒和腐蚀性,不仅对人员身体构成危害,而且会严重地腐蚀钻具等设备,给开发开采带来了极大的负面影响。因而,对元素硫及其化合物的危害性进行研究,对于开发高含硫气藏有着重要的指导意义。

含硫气藏元素硫沉积及防治对策研究

通过对西方发达国家在含硫气藏元素硫沉积及防治对策研究方面所获成果的系统分析,获得以下认识:元素硫沉积将严重影响含硫气井动态,甚至造成关井停产,具有巨大危害;当流体组分中硫化氢含量较高、凝析物(C5+)含量较低,井底压力温度较高,或从井底到井口具有较大的温度压力变化时,近井地带和井筒节流部件附近极易发生硫沉积;目前主要采取向井中加入溶硫剂等事后措施防治硫沉积,而有关预防元素硫沉积危害的技术还有待进一步研究。

异常高压含硫气藏储量计算新解

气藏物质平衡方程式可以确定出气藏的原始地质储量,是气藏工程中计算储量的重要方法。由于异常高压含硫气藏含有硫化氢,在开采中易于析出硫形成硫沉积,从而可能会影响到物质平衡法计算气藏储量的结果。在考虑了硫化氢对异常高压含硫气藏开采的影响情况下,对原有的物质平衡方程进行了新的推导和验证,发现异常高压含硫气藏应采用新物质平衡方程用一元线性回归法计算气藏储量。且随着硫化氢含量的增加,选取的数据其对应的生产时间越长,才能准确计算气藏储量。

创新驱动助推磨溪区块龙王庙组大型含硫气藏高效开发

四川盆地安岳气田磨溪区块下寒武统龙王庙组气藏是我国迄今探明的最大规模单体整装碳酸盐岩气藏。该气藏具有储量规模大、单井产能高等一系列优势,同时也存在着诸多影响高效开发的复杂情况,如中含硫化氢、缝洞储层低孔隙度及强非均质性、气水赋存形式多样、超压与应力敏感关系密切等。目前,世界上己开发的寒武系大型碳酸盐岩气藏极少,对其特殊开发规律的认识也存在着一些盲区;而大型含硫气藏开发建设投资较大,开发前期评价阶段试采严重受限,快速建产难度大,潜在风险高。针对上述难点,结合国家强化清洁能源供给保障的战略需求,中国石油西南油气田公司对该气藏开展了大规模的高产井培育、优化开发设计、快速优质建产和HSE保障升级的攻关研究和现场试验。通过技术与管理模式的创新,仅用3年时间就高质量、高效率、高效益地将其建成为年产能力超过100×10~8m^3的现代化大型气田,生产规模和开发指标均达到预期效果,成为中国大型气藏高效开发的新典范,其成功模式可为国内不同类型气藏开发所借鉴。

含硫气藏压力动态分析理论研究

建立了内外区流度比影响下的复合地层中气井压力动态分析的有效井径数学模型,利用硫沉积情况下地层渗透率与含硫饱和度的关系,获得不同含硫饱和度影响的气井井底压力解,由该解做出了不同含硫饱和度影响下的用于气井压力动态及试井分析的典型曲线,分析了含硫饱和度对压力动态的影响。该研究为含硫气藏气井的压力动态及试井分析提供了理论基础。

含硫气藏水平井测试工艺研究及应用

针对川东北河坝构造嘉二高压含硫气藏埋藏深、储层压力高、腐蚀分压高、地层易漏失、水平井压井堵漏难度大的特点,通过开展工具优选、管柱结构优化设计、流程优选,并对替浆、放喷油嘴控制及压井等主要工序的施工工艺参数研究,形成了河坝嘉二含硫气藏水平井测试工艺技术体系,并在河嘉203H井获得成功应用。

高含硫气藏元素硫沉积防治技术研究

在高含硫气藏开采过程中,地层、井筒和地面集输管线都会出现硫沉积。硫的大量沉积会引起地层、井筒和集输管线堵塞,导致气井产能急剧下降,甚至停产,而一旦生产管线中形成"硫堵",管汇极有可能因腐蚀、憋压等遭到破坏,造成硫化氢等有毒气体的泄露和扩散。了解元素硫的性质、硫沉积的机理,采取预测与防治技术是高含硫气井开采中的一项重要任务。

高含硫气藏取样技术探讨

四川东部罗家寨飞仙关组气藏属于高含硫气藏。高含硫气藏流体因含单质硫其取样方法有别于非含硫气藏, 其取样过程需克服影响高含硫气样气质的各种不利因素。通过酸性气体对取样钢瓶的腐蚀性研究和多次的现场取样实践, 得出了高含硫气样取样方法和确立了高含硫气样取样流程。经现场反复实践证明: 该方法和流程行之有效, 简单易行。这对于开展高含硫气藏的相态和水合物方面的研究有其重要的意义。

水驱含硫气藏动态储量计算

气藏物质平衡方程可以确定出气藏的原始地质储量,是气藏工程中计算储量的重要方法。由于水驱含硫气藏含有硫化氢,在开采中易于析出硫形成硫沉积,从而会影响到物质平衡法计算气藏储量的结果。在考虑硫化氢的基础上,对原有的物质平衡方程进行了新的推导和验证,结果发现水驱含硫气藏应采用新物质平衡方程计算气藏储量。

定容含硫气藏储量计算新方法

由于含硫气藏的特殊性,在计算定容含硫气藏原始储量时,仍采用原有定容气藏物质平衡方程,忽略硫沉积造成的差异,会造成偏差,对于硫化氢含量比较高的定容含硫气藏,会得出错误的结论。基于气藏物质平衡原理与相态理论,推导出考虑硫沉积差异的新定容含硫气藏物质平衡方程,应用于定容含硫气藏储量计算。计算结果对比表明,新方程计算结果准确、可靠。

元坝高含硫气藏凝析水含量计算

在高温、高压、存在边底水且进行大型酸化、压裂气藏开发过程中,气藏开发初期井口产水成分较多,可能存在地层水、凝析水和入井液,如何区分井口产出水的水样成分,对于气藏开发初期的水侵早期识别,合理调整气藏配产、延长气井的无水采气期和提高气藏的最终采收率至关重要,而气井凝析水含量的确定是气藏开发初期水侵早期识别的基础。文章基于前人研究的凝析水相态机理实验[1],同时结合元坝气田PVT取样分析结果及现场测定数据,对元坝气田部分礁带的凝析水含量进行确定,对经验公式进行了校正,提出了适用于元坝气田凝析水含量的经验公式,为气田的高效开发奠定了基础。

元坝海相超深含硫气藏酸化压裂工艺优化

元坝海相含硫气藏以Ⅱ、Ⅲ类储层为主(占96.5%),Ⅰ类储层仅占3.5%左右,酸化压裂是获得中、高产气流的必要手段。超深含硫的特征决定了气藏开发具有难度大、工艺技术及配套措施要求高等特点,酸化压裂增产面临诸多技术难题。结合现场应用情况和工艺技术要求,对酸化压裂工作液体系、施工工艺及用酸强度、施工排量、液氮用量进行了适应性分析及优化探讨,形成了元坝海相超深含硫气藏各类储层针对性酸化压裂方案优化思路。现场应用10井次,平均增加天然气无阻流量322.158×104m3/d,取得了显著的增产效果,对气藏下一步高效开发具有重要意义。

齐成伟带纵公式在带状高含硫气藏中的推广

齐成伟带纵公式不适用于带状高含硫气藏,根据气相渗流与液相渗流的相似原理和Roberts气体相对渗透率与含硫饱和度的关系,将齐成伟带纵公式的适用条件推广为高含硫气藏,推导出了带状高含硫气藏中纵向双分支水平井的拟三维产能预测公式,即齐成伟带纵公式的高含硫气藏推广公式。根据齐成伟带纵公式的高含硫气藏推广公式,分析了硫沉积量、渗透率各向异性系数、带状气藏长度、生产段井筒位置和生产段长度对产能的影响。分析结果表明:产能随着含硫饱和度或渗透率各向异性系数的增大而减小;相同井境下,含硫饱和度对产能的影响要明显大于渗透率各向异性系数;产能随着带状气藏长度的增大而减小;产能随着生产段井筒位置的增大先增大,后减小,且当生产段井筒处于气藏中央高度时,产能最大;产能随着生产段长度的增大而增大。

川东北高压含硫气藏毛坝1井测试工艺技术

针对川东北气藏的高温、高压和高含硫特征,从井下测试管柱和地面测试流程的优化设计出发,形成了适合于川东北高压含硫气藏的测试工艺技术体系,并在毛坝1井的中途测试和产能测试中成功应用。

低含硫气藏储气库酸气变化规律研究

低含硫气藏改建储气库面临采出气体微含H_2S,腐蚀生产设备、增加地面投资等问题。研究低含硫气藏储气库运行过程中酸气含量变化规律,可为储气库方案编制、设备优选、工艺设计提供依据。以X储气库为例,运用数值模拟方法,对储气库运行过程中酸气平面分布、采出含量展开研究。结果表明:(1)注气阶段,酸气由井底流向地层,注气结束,采出酸气含量大幅下降;采气阶段,酸气由地层流向井底,采出气体酸气含量呈指数式升高;(2)初始浓度1 230 mg/m^3的情况下,自13个注采周期,采出气体中H_2S含量降至安全值20 mg/m^3以下;(3)库容利用率越大,产出气体中酸气含量下降速率越快。