八、高含硫气体的相态变化
硫气体混合物的变化可知:(1)硫化氢气体含量不同表现出的相态特征也不相同,即不同硫化氢含量的气体混合物具有不同的相图;(2)硫化氢含量越高,泡、露点压力越低,亦即在较高的温度、较低的压力下就会出现液相; 十、析出的硫微粒是否会发生沉积
从机理的角度讲,力学因素,即气流中微粒的受力才是最终决定其处于何种状态的最本质的原因,只有满足微粒所受向上的力大于向下的力时,才可能促使其向上运动。如果硫析出以后,硫颗粒或硫液滴所受到的向上的压力不足,硫颗粒将不能其带出井筒,则势必会在井筒这一位置发生沉积。
开采中发现温度、压力的降低导致化学溶解方程发生逆反应的速度显然较为缓慢。与井筒中气流的速度相比,化学反应速度明显更小,这样析出硫的数量较少,即使有硫析出,也会被高速气流带走而没有充分时间在井筒沉积,因此,与高含硫气藏地层中的硫沉积不同,高含硫气井井筒中发生硫沉积是以物理溶解与析出为主的,即由于温度、压力的降低,硫在高含硫气体中溶解度的降低,造成硫的析出,进而 可能沉积。
十一、高含硫气井井筒硫颗粒运移沉积模型
当析出位置处的井筒温度低于硫的凝固点时,硫将以固
体颗粒形式存在。对于固体硫颗粒,只有所受向上的力大于向下的力时,才可能被气流带出井筒,这样便存在临界 流速,即当井筒气流速度大于硫颗粒临界流速,硫颗粒能被气体携带至地面。反之,硫颗粒不能被气流携带出井筒,而在井筒中沉积,影响气井正常生产。 十二、高含硫气井井筒硫沉积防治技术研究
溶解度大大低于化学溶剂,物理溶剂一般只能处理中等硫沉积,在硫沉积量很大时,应采用溶硫能力更强的化学溶剂来处理。通常采用与原油管同心或与油管同平行的管线(管径为3/4″或1″),将溶硫剂泵入井下,经管鞋喷嘴喷射成雾状,与含硫天然气在井下混合,而注入方法则有周期和连续注入溶硫剂两种情况,前者主要适用于关井和产气量小的井,而后者可不断修补金属表面的保护膜,维持它的覆盖层,适用于产气量大或产水量多的井。 十三、 气井生产过程中发生严重硫沉积解决方法 气井生产过程中发生严重硫沉积,造成硫堵,通过常规的放空解堵无法使其正常生产恢复:要除掉油管中的硫堵塞物,必须关井,然后泵入300~400L 的纯化学药剂。关 井3.5~5 小时后,井就可以恢复生产,使气流经过分离器,回收含硫溶剂。通过解堵作业,彻底解除因硫沉积造成的堵塞,净化井筒,重新恢复正常生产。 1、 防治工艺措施
高含硫气井生产过程中,硫沉积的防治是一项系统工程,必须统筹兼顾、全面考虑。通过对三种防治技术方法的对比分析,给地层补充能量,让地层的压力和温度下降的速 度得到控制,从而控制硫的析出,在一定程度上的实现避免或减少硫沉积这种方法不太切合实际,缺乏可操作性。因此,对于高含硫气井的生产而言,硫沉积的防治重点应该放在采用合理的开采方式及工作制度和采用合理的药剂及其加注工艺,而溶硫剂的合理选择是关键。结合重庆气矿高含硫气井生产现状,不断总结经验,提出了如下硫沉积的防治工艺措施:
(1)通过合理配产和优化生产工作制度来防止硫在井筒的沉积。
(2)从设计上改进分离器分离头内部结构,变不可拆卸式为可拆卸式。
(3)对于高含硫井站采用两套分离器,便于在发生堵塞时不停产清洗检修。
(4)对地面工艺而言,应关注节流处节流前后硫溶解度的变化。
(5)优化地面工艺流程,在设计和建设中尽量避免变径和过多的弯段。
(6)考虑在地面管线上增设类似于气砂两相流生产过程中采用的“捕砂器”。
(7)针对不同的情况,选择合适的溶硫剂和注入方法。 (8)设置溶硫剂加注装置,解除井筒、管线内壁以及设备内壁已经产生的硫沉积。
(9)通过常规的放空解堵无法恢复正常生产,应考虑有机解堵或酸堵,泵入300~400L 的纯化学药剂后关井3.5~5h,然后进行放喷,彻底解除因硫沉积造成的堵塞,净化井筒,重新恢复正常生产。 2、 溶硫剂优选室内评价实验
溶硫剂的合理选择是高含硫气井井筒硫沉积防治的关键,针对川东地区高含硫天然气开采中需要解决的实际问题,通过室内性能评价实验对多种具有溶硫功能的单剂分别 进行测试,筛选出溶硫速率快、溶解度大的溶硫剂单剂,进而将单剂与现场使用的防冻剂乙二醇进行复配,通过对比最终形成适应川东地区高含硫天然气开采的溶硫剂合理配方:溶硫剂LJ-1配方:(三烯四胺、乙醇胺、乙二醇,比例2:2:1)
结合川东气田实际,最后确定的主要实验药品,如下:单质硫、甲醇、乙醇胺和乙二醇四种样品均从现场收集,汽油、柴油为工业级,四氯乙烯、甲苯、丙酮、二硫化碳 (CS2)、乙二胺、乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺为分析纯;不同溶硫剂的溶硫速率对比序号 溶 剂 溶
解速度(g∕min·L) 现象: 1 汽油 0.167 溶液颜色不变 2 柴油 0.250 溶液颜色不变
3 四氯乙烯 1.380 溶液颜色不变,冷却后S 析出 4 甲苯 2.500 溶液颜色变为淡黄色,冷却后S 析出 5 丙酮 0.167 较低温度下沸腾(沸点为56.5℃) 6 乙二胺 1.350 溶液变为棕黑色 7 乙醇胺 2.500 溶液变为棕黑色 8 二乙醇胺 0.333 溶液变为绿色 9 三乙醇胺 0.333 溶液变为绿色 10 二乙烯三胺 2.225 溶液变为棕黑色 11 三乙烯四胺 2.465 溶液变为棕黑色 12 饱和硫化钠水溶液 1.250 溶液变为黄色 13 30%CS2 柴油溶液 0.270 溶液颜色不变
14 饱和硫化钠柴油溶液 0.360 溶液颜色不变,冷却后S 析出
由表可知,甲苯和乙醇胺的溶硫速率最快,其次依次是三乙烯四胺、二乙烯三胺、四氯乙烯、乙二胺,而汽油、丙酮、柴油溶硫效果差。
通过溶硫速率比较,对溶硫速率较快的溶硫单剂进一步进行溶硫的溶解度测定。将一定量的粉状纯硫分别加入以下种试剂中,在温度为80℃或60℃条件下按照前面所述的方