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。Adin(1978 年)在实验数据的基础上建立了描述由沉积引起的孔隙度和渗透率变化的经验模型。Gruesbeck 和Collies(1982 年) 提出了堵塞通道率的概念,以反映沉积对孔隙渗透率的伤害,建立了一堵塞和非堵塞平行通道模型。
四、针对川东北飞仙关高含硫气藏中硫沉积,
根据气固两相在达到相平衡时的逸度相等原理,推导出一个粗略的气固两相热力学动态模型,利用该模型可以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。如:由CH4、H2S、CO2、N2 和C2 到C6 烷烃等组分组成的气体混合物在温度和压力分别介于80~160℃和10~60 MPa 之间的硫的溶解度数据。针对高含硫气藏组开展了相关的实验和理论证明:高含硫气藏的相态变化特征,分析了高含硫气体的相态变化以及单质硫的相态变化;并分析了国内外各种方法计算高含硫气藏气体混合物偏差系数的适应性,筛选了计算高含硫气藏气体混合物偏差系数的校正模型。 国内外研究主要是基于溶解度实验,围绕高含硫气藏储层硫沉积的预测、对储层伤害和防治等内容开展了相关研究工作。从地层到井口的压力和温度的变化,对气流中的硫运载量和硫沉积都起着重要的控制作用。高含硫气井井筒压力和温度的分布与储层压力和温度的变化规律存在差异,因
此,在考虑硫沉积的影响的基础上研究气井生产规律,形成与之相适应的采气工艺技术、气井动态预测技术等,才能保证气井的安全生产。如果忽略硫沉积等特殊物理化学变化对气井开发的影响,将导致该类高危气井井筒系统的不可靠性,安全开发难以保障。 五、以高含硫气井为研究对象
井筒硫沉积机理研究着手,建立了井筒硫沉积预测模型,对比分析了各种硫沉积防治方法,提出了预防硫沉积和治理硫堵塞的工艺措施,重点开展了溶硫剂优选室内评价实验研究,对复配形成的溶硫剂合理配方进行室内性能评价实验,通过实例验证了预测模型的可靠程度,为高含硫气井安全、高效开发奠定了基础。 六、硫沉积位置的预测及预防
高含硫气井井筒析出的硫存在不同的形态(固态或液态),对硫颗粒和硫液滴进行受力分析,分别建立了基于颗粒动力学的硫颗粒运移沉积模型和基于连续携液理论的硫液滴运移沉积模型,用于硫颗粒和硫液滴被携带所需临界流速和临界产量的计算。
对比分析各种硫沉积防治方法,提出了预防硫沉积和治理硫堵塞的工艺措施,重点开展了溶硫剂优选室内评价实验研究,将筛选出的三乙烯四胺、二乙烯三胺和乙醇胺等三种单剂按照不同的比例与现场使用的防冻剂乙二醇进行复配,
最终形成了适合川东地区高含硫气井的溶硫剂LJ-1 合理配方,并对其性能进行室内评价实验。
以重庆气矿高含硫气井X-1 井为例,分析了该井不同产量、不同油管尺寸下的井筒温度和压力分布,不同配产下的硫溶解和析出、运移和沉积情况进行了分析。 六、高含硫气井井筒硫沉积机理研究
首先对硫和硫化氢基本性质进行了定性分析和定量研究,在分析硫、高含硫气体以及硫与高含硫气体混合物的相态变化特征的基础上,引入高含硫气体混合物中存在硫的原理,讨论了硫的来源以及硫的溶解与析出,研究了硫在高含硫气井井筒中沉积的机理,为开展高含硫气井井筒硫沉积预测与防治研究奠定了基础。
随着硫的析出,油管实际有效内径、产量等都将发生改变,井筒温度压力将随之持续下降,硫液滴开始
固化。当固化开始时,微滴的核心将催化其周围的硫液滴,以很快的沉积速度聚积固化。这种现象可以用相态理论加以解释,并将其称之为瞬间相态变化引起的硫的沉积。 当含有较多的硫化氢组分且溶有一定量的硫的高含硫天然气穿过井筒递减的压力温度剖面时,超过载硫气体的溶解度,硫会以单体形式从中析出,在适当的温度条件下析出的硫将以固态硫微粒或硫液滴的形式存在,一旦其受到向上的力不足以将其带出井筒,将会在地层或井筒中沉积。
高含硫天然气在开采过程中,硫在井筒的沉积过程就是硫的溶解、析出、运移和、沉积的过程,是一复杂过程。 从地层到井口的压力和温度的变化,对气流中的硫运载量和硫沉积都起着重要的控制作用。高含硫天然气在井筒流动过程中,压力和温度将随井深的变化而变化,无论是化学溶解还是物理溶解,硫的析出都是因硫在含硫天然气中溶解度的降低而导致的。硫存在固、液、气等不同状态,随温度变化,将呈现不同的分子结构,表现出不同的性质。由硫的相态变化特征可知,温度决定了析出硫的存在形态:当温度高于硫的凝固点时,析出的硫为液态;当温度低于硫的凝固点时,析出的硫为固态。而硫的凝固点不是固定不变的,由相态变化特征可知,气体组分、组成和压力的变化硫的凝固点将在 89.85℃~119.85℃变化。H2S 气体存在,硫的凝固点一般先下降后上升,而CO2气体存在,硫的凝固点一般呈上升趋势。随H2S 气体含量的增加,硫的凝固点下降。在纯H2S 气体中,硫的凝固点可以降至最低。
气井在某一位置的温度和压力将随产量、管径等的变化而发生改变。
1、 硫的基本性质
硫属于氧族单质,俗称硫黄,硫同时具有氧化性也有还
原性。单质硫能以固相、液相和气相等状态存在。固态时,一般为黄色晶态物质。在一个大气压(1.03MPa)下,从室温到大约95.5℃温度范围内,单质硫以菱形的正交晶体形式存在,形成稳定而封闭的环状结构,但随着温度的增加其稳定性逐渐变差。当温度继续增加直到熔点118.9℃,硫的形态开始由正交体硫向单斜体硫转变,以单斜晶体存在,但分子结构仍然保持为环状结构。 2、表面张力
在一个大气压、温度为157℃时,环状结构开始转化成链状结构,与此相对应,纯硫表面张力随温度增加呈线性下降,但是在此温度点时出现不连续。 3硫化氢的基本性质
硫化氢(H2S)是一种无色、有臭鸡蛋气味的气体,毒性较CO 大5~6 倍。H2S 在水中的溶解度不大,一般1m3水溶解2.6m3H2S 气体,溶于水后形成硫化氢水或氢硫酸的弱
酸,具有强烈腐蚀性。H2S 是一种易燃气体,在空气中燃烧时发出浅蓝色火焰,并能与空气混合形成爆炸性气体。H2S 硫化氢比空气重,易聚积在低洼处,而且能扩散到很远,能被远处的火源引燃。此外,H2S 能被I2、Br2、O2、SO2 等氧化剂氧化成单质S,甚至氧化成硫酸。由于H2S 的存在,使得高含硫天然气物理性质与常规天然气存在明显差异。