高含硫天然气净化技术新进展与发展方向

高含硫天然气的安全高效净化处理对我国天然气工业发展具有重要意义。为此,在系统回顾我国含硫天然气净化技术的3大发展历程的基础上,围绕天然气气质达标和硫磺回收装置尾气减排2大难题,指出了脱硫脱碳、硫磺回收及尾气处理、净化装置稳定运行3方面研究取得的进展、面临的挑战及攻关方向。研究结果表明:①以高含硫天然气有机硫脱除为核心的技术已开发成功并实现工业应用,可实现高含硫天然气达标净化处理,以CT-Redox和CT-LOP工艺为代表的络合铁法脱硫技术则有力地保障了我国高含硫天然气单井脱硫生产;②在现有常规与延伸克劳斯硫磺回收配套还原吸收与氧化吸收尾气处理技术基础上,研发的大型硫磺回收装置有机硫水解与尾气高效处理技术可满足日益严苛的国家标准要求,实现装置尾气超低排放;③以配方型脱硫胺液复活、高含硫净化厂设备腐蚀防护和净化装置长周期运行风险评价技术为代表的关键技术成效显著,有力地保障了净化装置的长周期安全平稳运行。结论认为,我国高含硫天然气净化技术已全面实现国产化,总体水平与国外相当,部分技术处于国际领先水平,建议在复杂含硫天然气中多组分有机硫深度脱除、净化装置尾气全天候全时段达标、物理化学类脱硫溶剂复活、高含硫净化厂耐腐蚀材质等方面开展技术攻关,以进一步提升我国高含硫天然气开发的技术水平。

天然气中二氧化碳与羰基硫脱除机理研究进展

原料天然气中二氧化碳(CO_(2))、羰基硫(COS)、硫化氢(H_(2)S)和甲硫醇(CH3SH)等酸性气体需要采用碱性溶剂予以脱除,在吸收过程中,以瞬时质子机理反应的H_(2)S脱除速率远远大于COS和CO_(2),故尽管原料气中COS含量通常远低于H_(2)S,但用于脱除H2S的常规技术不能完全有效地脱除COS。COS与CO_(2)化学结构相似,但CO_(2)吸收速率远大于COS,因此,要深度脱除COS且保留部分CO_(2)难度较高。目前,对COS和CO_(2)吸收机理差异性的研究较少,导致在大量CO_(2)和COS共存的条件下,COS选择性吸收溶剂的设计缺乏理论依据。因此,需深入研究COS的吸收机理。对有机胺法吸收CO_(2)及COS的机理研究进展进行了总结,并提出以下认识:①在机理研究方面,普遍认为COS在伯胺和仲胺中的吸收机理与CO_(2)吸收机理相同;②醇胺吸收CO_(2)的机理通常认为是通过形成氨基甲酸盐而脱除CO_(2),进一步的加热分解即是CO_(2)的释放与吸收液的循环使用;③COS与CO_(2)均为线性分子,物理化学性质也非常接近,使得在二者共存的条件下,COS选择性吸收的难度较大。

复合金属氧化物固体脱硫剂对烟气脱硫反应性能的研究

目的研究Fe、Ce金属助剂添加量及工艺条件对复合金属氧化物脱硫反应活性的影响,以有效提高固体脱硫剂的硫容及再生反应性能。方法基于氧化吸附和还原再生反应机理,利用控制变量法考查了活性金属助剂添加量、体积空速、反应温度、原料气组成和还原气类型等工艺条件对反应性能的影响。结果在反应温度为500℃、体积空速为3000 h^(−1)的条件下,当Fe_(2)O_(3)和Ce_(2)O_(3)的添加量(w)分别为2a%和3b%时,固体脱硫剂硫容(w)可高达24.0%,还原反应时间为65 min。另外,降低体积空速、升高反应温度、降低SO_(2)含量或提高O_(2)含量可进一步提高固体脱硫剂的硫容。还原气的类型对再生反应过程也有很大的影响。结论明确了金属助剂及工艺反应条件对脱硫反应活性的影响,可为高温可再生固体脱硫剂的研发及工业应用提供理论指导。

超深高压高含硫气藏治水对策研究

LG礁滩气藏为典型的超深高压高含硫有水气藏,该气藏储渗类型多样,气水关系复杂,水侵影响严重,制约了气藏的高效开发。为此,采用多种方法对LG礁滩气藏开展气藏(井)水侵识别研究,定量计算了气藏的单位产量水侵量和水侵替换系数,充分掌握了LG礁滩气藏不同流体模式下的水侵规律,在此基础上,提出了3个严重产水井区针对性治水对策,且应用初见成效。该研究成果为进一步掌握LG礁滩气藏水侵特征,制定有效治水对策提供了重要的技术支撑。

天然气中硫醇的深度脱硫溶剂研发与工业应用

GB 17820—2018《天然气》实施后,原料气气质中有机硫含量较高(大于20 mg/m^(3))的净化厂采用了有机硫脱除技术,以满足标准中一类气的指标要求。但从国内外有机硫脱除技术的应用情况来看,对于RSH含量高(大于30 mg/m^(3))的原料气,还存在对硫醇脱除率不高的问题,产品气总硫有超标的风险。为此,基于理论计算,开展了RSH脱除机理研究,揭示了硫醇与砜胺溶剂体系的反应机理,通过改善脱硫溶剂中关键组分的亲核性来提升溶剂对硫醇的化学吸收,研发出了一种新型的硫醇深度脱除溶剂。研究结果表明:(1)通过对醇胺分子结构改进,自主合成了分子结构中N原子具有强亲核性的新组分,形成了硫醇深度脱除溶剂,可促进其对硫醇的离解,提高硫醇脱除率。(2)在实验室条件下考察了不同压力、不同气液比条件下硫醇深度脱除溶剂的性能,压力低至1.5MPa,该溶剂对硫醇脱除率大于90%;气液比高达1200时,该溶剂对硫醇脱除率大95%。(3)在天然气净化厂工业应用中,在原料气硫醇含量超过300 mg/m^(3)的条件下,经硫醇深度脱除溶剂净化后,产品气总硫低于5 mg/m^(3),硫醇脱除率超过99%。结论认为,该技术可应用于硫醇含量高的天然气净化处理,技术的推广应用对我国天然气气质升级以及天然气长输管道的安全平稳运行具有重要意义。

高含硫气藏开发关键技术新进展、挑战及攻关方向

四川盆地高含硫气藏储量规模较大,产量占比高,其安全、高效开发对于助力四川盆地千亿立方米天然气产能基地建设和国家“双碳”目标实现具有重要意义。为此,在系统回顾四川盆地高含硫气藏开发历程的基础上,梳理了“十三五”以来高含硫气藏开发的生产需求,明确了钻完井工程、气藏工程、采气工程、地面集输与腐蚀防护工程和天然气净化与安全环保工程等5个方面研究取得的进展、面临的挑战及攻关方向。研究结果表明:①四川盆地高含硫气藏勘探开发区存在多压力系统、漏喷同存、盐水发育等现象,钻井安全风险大,需持续攻关复杂地质条件下安全高效钻完井主体工艺技术,实现高含硫气井安全优快钻完井;②资源品质劣质化导致高含硫气藏规模效益开发难度增加,要不断创新和优化气藏开发技术对策,实现气藏技术—经济一体化开发模式下的效益最优;③超深、有水高含硫气井井下环境给采气工艺带来新的挑战,要加强新材料、新工艺研发力度,推进人工智能和大数据在地质—工程一体化技术中的应用;④元素硫与集输系统间的复杂物化作用机理仍有待探索,高温高压复杂多相流条件下的硫腐蚀预测模型还需要不断完善,要融合多学科持续开展前沿基础理论研究,降低元素硫对气藏生产的影响;⑤绿色矿山治理行动对高含硫气藏安全环保技术提出了更高要求,亟需攻关废水、废液高附加值资源多级利用关键技术,高质量推进高含硫气藏全生命周期绿色低碳开发。结论认为,高含硫气藏开发技术的不断完善,是保障将资源量转化为储量、产量的关键,该研究成果对我国高含硫气藏的安全、清洁、高效开发具有指导和借鉴作用,对保障国家能源安全战略具有积极作用。

高含硫气藏安全清洁高效开发技术新进展

我国的高含硫气藏大多赋存干海相碳酸盐岩储层中,具有埋藏深、地质条件复杂、高温高压、高含硫化氢和二氧化碳的特点,在气田开发工程建设和安全清洁生产保障上存在着诸多技术难题。我国高含硫天然气资源丰富,主要集中分布在在四川盆地,目前累计探明储量已超过1×10^(12)m^3,自20世纪60年代在四川盆地威远震旦系高含硫气藏进行开发实践以来,陆续成功开发了卧龙河、中坝等一批中小规模、中低含硫气藏,2009年以来龙岗、普光等一批高含硫气田的相继成功投产,标志着我国高含硫气藏开发技术取得了新的突破。为此,重点介绍了"十二五"以来针对我国高含硫气藏安全、清洁、高效开发的实际需要,在气藏工程、钻完井工程、采气工程、地面集输与腐蚀控制工程、天然气净化和安全环保工程技术领域所取得的新进展。最后,分析了目前我国高含硫气藏开发面临的挑战,指出了下一步技术发展的方向:降低安全风险,降低环境危害,提高高含硫气藏开发效益。

高含硫气藏元素硫溶解度测定技术

1.目的在高含硫气藏开发过程中,随着温度、压力的变化,溶解在天然气中的元素硫会析出并沉积在岩心孔喉表面,堵塞孔道,降低地层的孔隙度和渗透率,严重影响气井的产能。因此为了安全、合理、高效开发高含硫气藏,需要准确测定元素硫在高含硫天然气中的溶解度,掌握其变化规律、预测元素硫析出条件、预防硫沉积现象的发生。相关测定结果可以作为高含硫气井产能配产、开发方案设计、地面设计、集输建设的基础数据,对高含硫气田高效安全清洁开发具有重要的意义。

高含硫气田开发安全防护距离探讨

在高含硫气田作业场所设置安全防护距离,可以在发生井喷、含硫天然气泄漏事故时减少火灾、爆炸、H2S中毒等造成的人员伤亡,是控制和降低安全风险的有效手段之一。为此,分析了国内外相关安全标准对含硫气田安全防护距离的要求,并以四川盆地某高含硫气田为例,应用国内外相关标准或方法计算井场、集气管道及净化厂的安全防护距离,开展对比分析。结果表明,依据不同的方法确定的安全防护距离偏差较大,因此建议采用定量风险评价的方法作为确定搬迁距离的依据,采用EUB推荐的查图法及公式快速确定或依据计算的150 mg/m^3 H_2S包络线范围确定应急撤离距离。针对高含硫气田开发,建议采用以下措施降低风险:(1)设置紧急截断系统,减少含硫天然气潜在泄漏量;(2)提升装置本质安全,减少事故发生概率;(3)提高应急保障水平,减轻事故影响。

超深层复杂岩溶型底水气藏高产稳产主控因素——以安岳气田GS1井区灯二段气藏为例

安岳气田GS1井区震旦系上统灯影组二段为四川盆地目前重点开发层系,该气藏为典型超深层低孔复杂岩溶型底水气藏,埋深超5000 m,储层平均孔隙度为3.2%,受丘滩相沉积和多期岩溶作用共同影响,储层非均质性强,气井产能差异大,且底水广泛发育,气藏高产稳产面临重大挑战。为此,综合测井、地质、动态等资料,系统开展优质储层特征研究,明确气藏高产稳产主控因素。研究结果表明:①GS1井区灯二段储层分为孔洞型、裂缝-孔洞型及孔隙型3种类型,其中孔洞型和裂缝-孔洞型为优质储层;②优质储层发育主要受沉积和成岩作用控制,沉积作用是优质储层形成的基础,岩溶作用控制了优质储层的品质;③气井高产稳产受优质储层规模、开发井型、避水高度等因素的多重影响,优质储层越发育气井产能越高,水平井可大幅提高气井产能,且合理的无因次避水高度为0.4。该研究成果为安岳气田GS1井区灯二段气藏开发井部署提供了可靠依据,为气藏高效开发奠定了基础。

天然气固定床羰基硫水解技术现场试验及工业应用

目的验证实验室研究开发的固定床羰基硫(COS)水解工艺及催化剂在工厂气质条件下长周期运行的性能稳定性,为工艺包开发、工业装置设计及应用提供基础数据。方法自主设计建设了6000 m^(3)/d天然气固定床COS水解技术现场试验装置,以工厂湿法脱硫吸收塔出口天然气为试验原料气,考查了试验装置连续运行时间超过16000 h后COS水解率的稳定性。结果试验结果表明,当反应温度大于70℃和100℃、体积空速小于6000 h^(-1)时,COS水解率可以稳定大于98%和99%。工艺和催化剂研究成果应用于天然气净化厂产品气气质升级改造工程,工业装置稳定运行时间超过5600 h,装置72 h性能考核结果表明,水解反应温度为100~120℃,反应器出口COS质量浓度<0.3 mg/m^(3),平均水解率达到99.69%。结论实验室研究开发的天然气固定床COS水解技术工艺稳定可靠,催化剂水解率高,可为国内含硫气田以COS为主要有机硫组成且含量较高的天然气选择性脱硫提供技术方案。

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。

二维中心切割气相色谱法测定加氢过程气中微量硫化物

建立了利用二维气相色谱中心切割技术与双检测器相结合,测定硫磺回收加氢过程气微量硫化物的分析方法。目标化合物经预柱分离进入热导检测器,同时通过辅助电子气路控制系统压力变化设定阀切换时间,将目标化合物切入脉冲火焰光度检测器进行检测。确定了加氢过程气中 H2S、SO2、COS、CH3SH、C2H5SH、CS2 在柱切换与不切换时的保留时间,建立了双柱、双检测器定性和定量分析方法。该方法进行加氢过程气的分析,目标化合物相对标准偏差RSD< 1.0%,最低检出限<1×10-6(体积分数),线性相关系数R≥ 0.9999。该方法将常量硫化氢与微量硫化物完全分离,节省了 H2S预处理步骤,解决了 H2S与微量SO2、微量有机硫共存下硫形态的准确定量分析问题。

尾气处理装置烟气加热器腐蚀失效原因分析

目的分析某天然气净化厂康索夫(Cansolv)尾气处理装置烟气加热器出现严重腐蚀失效的原因。方法分析了烟气加热器管束的腐蚀环境,开展了材料理化性能、腐蚀产物成分及微观形貌等失效原因分析。结果失效管束的理化性能符合要求,管束泄漏处呈坑状和蜂窝状,部分沟槽尖端有裂纹,且深入基体,呈现应力腐蚀的特征。结论烟气加热器在高温、高酸液含量的环境下发生了电化学腐蚀和应力腐蚀,导致管束出现腐蚀泄漏。

油气管道漏磁数据处理和缺陷识别量化方法的研究进展

漏磁法是最稳定的无损在线检测技术之一,用于评估油气管道的健康状况。从通道基线校正、异常值判别、数据缺口的恢复和滤波四个方面阐述了漏磁数据预处理的方法和步骤;结合漏磁数据缺陷的峰谷值等显性特征,总结了不同特征提取方法下缺陷信号的本质特征;介绍了基于支持向量机、神经网络、图像处理和形态学等方法构建缺陷反演模型。最后,从数据预处理和缺陷识别量化两方面展望了漏磁信号处理未来的研究方向。

天然气净化厂循环水系统无磷缓蚀阻垢剂研究与应用

目的在无磷缓蚀阻垢剂研发过程中,以聚环氧琥珀酸(PESA)与三元共聚物等为主要原料复配进行配方筛选。方法通过旋转挂片腐蚀实验、静态阻垢实验对无磷缓蚀阻垢剂进行适应性评价和研究。结果通过现场监测,该无磷缓蚀阻垢剂取得了良好的缓蚀阻垢效果,腐蚀速率控制低于0.075 mm/a。同时,对实验前后循环水细菌进行测定,结果呈现持续降低的趋势,水体富营养化程度降低,说明无磷配方对系统细菌控制具有积极的作用。结论室内研究及现场试验结果均证实该缓蚀阻垢剂体系在中、低硬度水质下具有优异的效果,能够保障天然气净化厂循环水系统的稳定运行。

控制冷凝法对烟气中三氧化硫冷凝分离效率研究

目的研究不同操作参数和烟气工况对控制冷凝法分离烟气中SO_(3)效率的影响,以避免因烟气中SO_(3)质量浓度过高导致装置腐蚀穿孔并产生高盐污水。方法利用自主研发的烟气中SO_(3)控制冷凝效率评价装置研究了不同操作参数和烟气工况对烟气中SO_(3)冷凝分离效率的影响。结果烟气流量和烟气中SO_(3)质量浓度变化对SO_(3)冷凝分离效率有明显影响,冷凝系统末端引入石英过滤棉可以明显地消除烟气中SO_(3)质量浓度变化对SO_(3)冷凝分离效率的影响。在烟气取样管路的温度高于酸雾露点并且冷凝管温度介于酸雾露点和水蒸气露点之间时,烟气取样管路保温温度、冷凝管温度变化对烟气中SO_(3)冷凝分离效率几乎没有影响。烟气中SO2质量浓度变化对烟气中SO_(3)冷凝分离效率几乎没有影响。结论建立的SO_(3)冷凝分离方法对烟气中SO_(3)的分离效率大于95%。

基于梯度提升决策树算法的碳酸盐岩气藏水平井分段酸压效果评价

四川盆地高石梯—磨溪区块上震旦统灯影组四段碳酸盐岩气藏为低孔、低渗储层,一般采用水平井+分段酸压技术开发。但是该气藏非均质性强,气井产能差异大,对分段酸压效果评价和酸压设计提出了巨大的挑战。基于数据驱动的思想,收集研究区15口水平井共计96段的地质、工程和试气资料。其中,地质资料包括酸压段的孔隙度、渗透率、含水饱和度、Ⅰ+Ⅱ类储层占比、Ⅲ类储层占比及非储层段占比;工程资料包括酸压段的酸液强度和排量;试气资料为折算每百米酸压段的测试产量。随后以酸压段为研究对象,建立了基于梯度提升决策树算法的酸压产能模型,该模型预测精度较高,对于测试集平均相对误差仅4.46%。并基于该模型研究了地质工程参数对酸压效果的影响,明确了渗透率和Ⅰ+Ⅱ类储层占比是影响酸压效果的关键参数。最后基于建立的产能模型,结合粒子群算法,开展了酸压施工参数优化和产能预测研究。在现场应用1口井共计8段,取得了良好的增产改造效果,且模型预测产量与实际产量较为接近,平均相对误差小于10%。研究成果有望为工区的分段酸压设计提供指导,提高单井开发效果。

页岩气井固井分级式环空憋压技术研究与应用

防止环空异常带压以提高固井水泥环密封完整性是页岩气井安全高效开发的有力保障。固井候凝期间,水泥浆因失重导致环空液柱压力下降,地层流体窜入环空发生窜流,通常严重影响固井质量。针对页岩气井固井难点,研究了现场用水泥浆的失重过程与静胶凝强度发展过程。结果表明:三种水泥浆中快干浆的静胶凝强度发展最快,过渡时间最短(30 min);在静胶凝强度达到48 Pa时,缓凝浆失重率为1.04%,快干浆失重率达到85.2%,在过渡时间段内(48~240 Pa之间),中凝浆的失重速率最快,缓凝浆和快干浆的失重速率较慢;基于模拟计算环空憋压过程,在Z201井进行了现场试验,结果显示固井质量得以改善,第一界面合格率为97%,第二界面合格率为95.9%,气层段水泥胶结良好。分级式环空憋压技术具有良好的应用前景。

井喷失控油气井喷量预测新技术

油气井井喷失控后,能否及时准确地预测失控井喷量是当前抢险方案制定和决策指挥面临的关键难题之一。文章通过对失控油气井喷射行为分析,提出了基于仿真反演、图像智能识别流速和气核流速直接测量等三种喷量预测方法,开发了相应的软硬件系统。带火喷射模拟实验表明,喷量预测精度最高能达到95%以上。喷量预测新技术的开发实现了井喷失控油气井喷射产量从定性到定量评估的升级,有助于进一步提升抢险效率和安全性。