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。

高含硫气藏元素硫溶解度预测新模型

为了提高硫溶解度的预测精度,利用Brunner和Woll实验测得的86个硫溶解度数据,选取组分密度、硫化氢含量和油藏温度3个因素,运用统计学和多元回归理论,在Chrastll模型的基础上建立了3个参数的硫溶解度预测模型。并将该模型和已有的3个模型预测的86个硫溶解度实验数据进行了对比,结果表明本文模型的预测精度大幅度提高。利用该模型对乔海波实验条件下的硫溶解度进行预测,并与实验结果进行对比,进一步验证了该模型的可靠性。

高温燃烧中和法测定玻璃中硫溶解度的研究

提出了一种测定玻璃中S溶解度的方法高温燃烧中和法，它简便实用、重现性好、成本低、易于实施。本文采用高温燃烧中和法，研究了样品量、助剂的比例、测试温度、测试时间等因素对玻璃中硫溶解度测定结果的影响，得到最佳测定条件：以氧气作载气、WO3作助剂，样品量为0.3g、助剂的比例为1：1、测试温度为1400℃时，测试时间为20min.

基于LCASO-BPNN模型的单质硫溶解度预测

使用智能算法对硫溶解度进行预测是分析解决硫沉积问题的重要路径之一。为提高算法精度,提出一种采用基于混沌理论与Logistic映射改进的原子搜索优化算法对BP神经网络的权值和阈值进行优化的LCASO-BPNN预测模型,考虑温度、压力及CH_(4)、H_(2)S、CO_(2)摩尔分数5个影响硫溶解度的因素,选用224组实验数据对模型进行训练与预测,使用EAARD(平均绝对相对偏差)、ERMSE(均方根误差)、ESD(标准偏差)和测定系数R^(2)这4个评估参数对模型进行评估。模拟结果表明:提出的LCASO-BPNN预测模型的EAARD为4.60%,ERMSE为0.0367,ESD为0.0689,R^(2)为0.9978。较之前的研究,LCASO-BPNN模型具有预测精度高、误差小、模型简便的优势,可应用于实际工程。

元坝气田硫溶解度Chrastil预测模型

准确预测硫在含H_(2)S气体中的溶解度是元坝气田硫沉积研究的关键之一。文中通过拟合元坝气田硫溶解度实验数据,得到适用于元坝气田的硫溶解度Chrastil预测模型,分析了拟合的双对数曲线特征;之后采用该模型分析了预测误差,并与目前广泛应用的Roberts模型预测结果进行了对比。研究结果表明:硫溶解度与气体密度双对数曲线呈分段式特征,因此需分段拟合;缔合数随温度压力变化而变化,反映溶质与溶剂分子在不同温度压力下的缔合作用,在储层温压条件下,平均每个硫分子结合2.58个混合气体分子;拟合得到的硫溶解度Chrastil预测模型预测结果较好,相对误差在2%以内,可以满足工程计算要求,而Roberts模型预测的硫溶解度比实验测量值高出2个数量级,应用该模型预测元坝气田硫溶解度,会高估元素硫的溶解量和析出量。文中的Chrastil预测模型能够准确预测元坝气田的硫溶解度,可为后续开展元坝气田考虑硫沉积的数值模拟研究提供理论基础。

高含硫气体中元素硫溶解、沉积的机理分析

元素硫的溶解与沉积是高含硫气体有别于常规气体的一个最大区别,也是高含硫气体中一个最重要的研究内容。由于富含H2S、CO2等酸性气体、元素硫能以多种形式存在于高含硫气体中。研究了高含硫气体中元素硫的溶解与沉积,主要包括溶解与沉积的机理和各种影响因素的分析,总结了在不同温度、压力和气体组成成份的条件下,硫溶解和沉淀的不同形态。

YH1井区单质硫溶解度预测模型研究

YH1井区属于高含硫井区,随着井区压力、温度的变化,单质硫可能析出、沉积,导致储层的孔隙度和渗透率下降,进而影响井区产能。因此,单质硫溶解度的准确预测是含硫气藏开发过程中必须首先解决的问题之一。受气体组分差异影响,常用于单质硫溶解度预测的Roberts模型,不适用于YH1井区。在Chrastil模型的基础上,依托YH1井区气井硫溶解度实验数据,建立适用于YH1井区单质硫溶解度预测模型,模型评价结果与实验数据吻合较好。利用新模型对YS1井开展实例分析,结果表明井筒4237m以上有单质硫析出,井筒4237m以下及储层均未见单质硫析出。硫溶解度随温度和密度的降低而减小,在温度低于125℃或酸性气体密度低于180kg/m^3时,温度和密度对硫溶解度影响不明显;在温度高于125℃以上或酸性气体密度高于180kg/m^3时,温度与酸性气体密度对硫溶解度影响较大。

应用Chrastil缔合模型计算元素硫在酸性气体中的溶解度

为了应用Chrastil缔合模型准确地计算元素硫在酸性气体中的溶解度,以现有文献中元素硫在酸性气体中的溶解度实验数据为依据,对前人采用的2种Chrastil模型系数拟合方法的Chrastil模型预测硫溶解度的效果进行了分析。结果表明:采用第一种拟合方法得到的Chrastil模型系数不能用来进行元素硫溶解度预测;而采用方法二得出的模型系数,可以预测溶解度随气体密度的变化趋势,但其预测误差偏大。为此,针对第二种拟合方法提出了一种计算Chrastil模型系数的改进拟合方法(二重变量循环法)。实例应用结果表明:在所研究的温度压力范围内,改进后的拟合方法使Chrastil缔合模型在预测精度上有较大幅度的提高,拟合的相对误差小于5%。

离子色谱法测定油田采出水中溶解性总硫浓度

利用离子色谱法和重量法分别间接测定经光电催化氧化法处理的油田采出水中溶解性总硫浓度。试验结果表明油田采出水经处理后,有机物和油被充分降解。重量法测定SO2-4,平均浓度为375 mg/L,RSD为9.80%。离子色谱法测定SO2-4,平均浓度为366 mg/L,RSD为1.20%,重现性更好。离子色谱法测出水中SO2-4浓度可以代表原水中溶解性总硫浓度,可节省大量时间。

对溶解态硫反球化作用的探讨

溶解态硫对铸铁特别是球墨铁铁的结晶凝固过程影响较大。采用一种新的幻铁中港解态氏的检测方法“氢还原－极谱法”，对在不同球化处理方式下，球墨幻铁中溶解态硫与球化率及溶解态硫与球化元素残余王的关系进行了研究。结果表明：溶解态硫的主要反球化作用是消耗铁水中的Ｍｇ、ＲＥ等球化元素。

高速非达西流动时元素硫沉积模型研究

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难题之一。高含硫气藏一旦投入开发,地层压力会逐步下降,使得元素硫溶解度下降而沉积下来,沉积的元素硫会堵塞地层孔隙,降低渗流通道,影响气井产能。考虑了高含硫气体在近井地带作高速非达西流动,建立了硫的沉积模型,并利用该模型对实际气藏进行预测和对比研究,再通过实例计算发现,硫非瞬时平衡沉积比瞬时平衡沉积对地层的伤害更严重,高速非达西流动沉积比达西流动时对地层伤害更严重,认为在开发高含硫气藏时,必须合理选择开发速度,有效防止元素硫沉积。

考虑非平衡过程元素硫沉积对高含硫气藏储层伤害研究

元素硫沉积是高含硫气藏开发有别于常规气藏开发的一个重要研究内容。当地层压力下降时,元素硫溶解度下降使其沉积下来,沉积的元素硫会堵塞地层,从而降低地层孔隙度和渗透率。为了定量研究硫沉积对地层孔隙度和渗透率的影响,首先建立了元素硫沉积的伤害模型,然后利用该模型对一个实际高含硫气藏开发时由于元素硫沉积引起的地层孔隙度、渗透率和沉积含硫饱和度的动态变化进行了计算求解。通过实例计算发现:地层渗透率越低时越容易发生硫沉积,且硫沉积主要在井筒附近发生,当生产时间越长时,硫沉积的量越多,从而对地层的伤害越严重。

析出硫为液态的高含硫气藏数值模拟方法

为实现对高含硫气藏开发过程中析出硫的定量预测,提出了析出硫为液态的高含硫气藏数值模拟方法。首先以硫溶解度随压力变化实验为基础,建立硫溶解度数学模型和析出硫液相体积分数计算模型,计算不同压力下析出硫的液相体积分数,创建CVD实验;其次通过气体组成的归一化处理,确定高含硫气藏的真实气体组成;最后综合真实气体组成、CVD实验和CCE实验结果,创建反映硫析出的PVT样品,采用组分模型进行析出硫为液态的高含硫气藏数值模拟研究。采用该方法对四川盆地普光气田主体气藏开发过程中析出硫进行了定量预测,结果表明:硫饱和度随以井筒为中心的径向距离的增大而减小,越接近井筒,硫析出量越大,硫饱和度越高;随生产时间的延长,天然气采出程度越高,气藏压力越低,硫析出区域增大,相同半径处的硫饱和度增大。该方法实现了对高含硫气藏析出硫的定量预测,提高了开发动态预测的准确性,为科学开发该类气藏提供了更可靠的决策依据。

高含硫气井井筒硫沉积预测

随着高含硫气藏的开发,析出的硫会对储层造成伤害,影响气井的正常生产,因此,准确预测硫的沉积对酸性气田的合理高效开发具有十分重要的意义。文中根据气、液、固三相流动规律,建立了高温高压高含硫气井井筒硫沉积预测模型,利用缔合模型的基本原理,建立包含温度、压力和流态3个变量的硫溶解度函数模型,用来预测硫在井筒中的析出位置;再利用缔合模型的相关理论解释硫元素在井筒中的溶解机理,以温度、压力和硫溶解度为变量,判断单质硫是否沉积、沉积位置,并对沉积量进行动态计算。以普光气田×井为例,计算得出硫溶解度和析出量随井筒的变化规律,其结果与实际情况吻合较好。

高含硫天然气中元素硫含量测定的影响因素分析

准确测定高含硫天然气中元素硫含量对建立气藏硫溶解度模型,预测和处理硫沉积至关重要。为此,通过井口高含硫天然气中元素硫测定技术分析,并根据试验分析结果,揭示了影响元素硫准确测定的各种因素。结果表明:①不同取样位置得到的元素硫测定结果不同,需根据预测目的选择取样位置;②取样容器的结构和容积会影响到元素硫测定结果,使用前应对取样容器的容积进行准确校正;③宜采用抽空容器法和不通过取样分离器的方式来对元素硫进行取样;④样品体积不应采用流量计直接计量,而应采用计算法。结论认为,影响高含硫天然气中元素硫含量准确测定的主要因素是:取样位置、取样容器、取样管线、取样方法、压缩因子计算方法和样品体积计量方式。

基于硫沉积的含硫封闭气藏物质平衡分析

在含硫气藏的地质储量计算中,传统气藏物质平衡方程未考虑硫的析出对方程本身的影响。含硫气藏随压力的降低会不断地析出单质硫,而硫的形成将对传统物质平衡计算气藏储量产生很大的影响,进而不能对气田动态形成全面的认识。主要探讨了封闭高含硫气藏储量的新型计算方法,引入了偏差系数和硫的溶解度对原方程进行修正,使含硫封闭气藏的地质储量计算结果更为准确。

高含硫气田集输系统硫的沉积及预防

元素硫在地面集输系统中的析出和沉积,与其在天然气组分中的溶解是互逆过程,主要受温度和压力,以及硫化氢、高分子烷烃的影响。集输系统的硫沉积主要是物理凝结作用导致的,热力学结晶过程中,可通过溶解度模型预测硫是否析出及析出量;基于颗粒自由沉降的动力学分析可判定管道内是否发生硫沉积,但对于硫沉积常见的处理设备及管件处的定量模拟仍需进一步研究。硫沉积预防建议采用适当的清管操作及工艺改进措施。

高含硫气藏地层硫沉积研究进展及展望

地层硫沉积对高含硫气藏采收率及开发中后期稳产具有重要影响。文中通过梳理高含硫气藏天然气中硫溶解度、流体相态平衡、地层硫沉积伤害等方面的研究进展,提出了高含硫气藏地层硫沉积研究的重要手段,即开展不同温压条件下高含硫气体的相态及微观流动室内实验,并与分子模拟、数值模拟方法相结合,分析地层硫沉积机理及规律。未来应着重加强三方面的基础研究:结合硫溶解度实验,采用分子模拟方法开展分子尺度下的硫溶解行为研究,揭示硫溶解机理;进一步开展高温高压条件下多硫化氢和硫组分变化实验,建立考虑化学反应和热力学平衡的气-水-液态硫三相相平衡模型;加强固态硫伤害及气-水-液态硫三相渗流实验研究,采用分子模拟方法获取各流体组分间多相流动力学行为参数,联合介观尺度多相流模拟方法,模拟多孔介质中气-水-液态硫三相渗流规律。在此基础上,进一步开展储层硫沉积预测数值模拟和硫防治技术研究,为我国以普光、元坝为代表的高含硫气田防硫、控硫、治硫对策制订提供依据。

高含硫气田元素硫沉积研究进展

在高含硫气田开发过程中,随着温度和压力的不断降低,元素硫沉积现象频发。硫沉积严重则会造成井筒堵塞、关井停产,也会影响集输系统安全高效运行。目前关于高含硫气田元素硫沉积的研究大多是针对井筒,对集输系统的研究则起步较晚。文章阐明了井筒和集输系统元素硫沉积的机理,探析了影响元素硫沉积的主要因素,并综述了元素硫沉积预测方法研究现状和能否成功预测的关键技术点,最后展望了今后元素硫沉积的研究重点和发展趋势,以期为高含硫气田安全、高效生产提供一定的借鉴。

高含硫气井井筒硫沉积模型

在高含硫气藏的开发过程中,随着井筒温度、压力的降低,硫会在井筒中析出沉积,严重影响气井的正常生产和管道安全。目前多数硫溶解度模型受使用条件的限制,无法准确预测不同温度、压力条件下的硫溶解度。针对高含硫气井的气体组分特征,在Hu溶解度模型的基础上,结合多相流和传热学理论,建立了高含硫井筒温度、压力分布模型以及硫沉积预测模型。对某高含硫气田进行实例分析,计算得出温度分布、硫溶解度分布规律以及硫沉积量,并研究了气井日产量、硫化氢体积分数对井筒硫沉积的影响规律。研究结果表明:硫溶解度从井口到井底逐渐增大,呈非线性变化;同一时间,气井产量增加,井口温度升高,则硫溶解度增大,硫在井筒的析出位置上升,井筒相同深度的硫沉积量增大。模型计算出的硫析出位置与实例相比,误差小于1%。准确预测井筒中的硫沉积,有助于更好地管理具有潜在硫沉积问题的气井。