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高含硫气藏气体中不仅含有H<,2>S,还溶解有少量元素硫。元素硫在气体中的溶解度随地层压力的下降而降低,当某一压力下元素硫在气体中溶解度小于气体中元素硫原始含量时,部分元素硫开始从气体中析出,并在地层中沉积,堵塞地层孔喉,降低气井产能。目前硫沉积研究中没有考虑高含硫气田开发过程中H<,2>S含量变化,溶解度模型也不能预测气体组分变化情况下元素硫在高含硫气体中溶解度。
首先,运用化工热力学中高温高压气-固相平衡理论建立了元素硫在纯CH<,4>,CO<,2>,H<,2>S及高含硫混合气体中溶解度预测模型,模型预测结果与前人实验结果基本吻合。该模型只需给出气体组分就可预测对应温度压力下元素硫在气体中的溶解度,克服了以往经验模型必须预先针对特定组分进行大量溶解度实验标定经验常数才能预测溶解度,且气体组分变化后溶解度无法预测的缺点,拓宽了元素硫溶解度预测的适应性。
其次,运用气-液相平衡理论对高含硫气藏开发过程中H<,2>S含量上升原因进行了分析,指出H<,2>S在地层水中溶解度随地层压力降低而减小,使得原本溶解于地层水中的部分H<,2>S气体脱附进入气相,是导致气藏开发过程中H<,2>S含量不断上升的原因。在此基础上依据高温高压气液流体相平衡和物质平衡方程进一步建立了高含硫气藏开发过程中H<,2>S及其它气体组分含量变化模型。研究结果表明,在气藏开发早中期,H<,2>S含量增速较慢,随开发时间延长,H<,2>S含量增加速度越来越快。针对本研究案例,当地层压力从55MPa降至35MPa时,产出气体中H<,2>S的含量从15%增至16.93%,增幅仅为1.93%;而当压力从35Mpa降至15MPa时,产出气体中H<,2>S的含量从16.93%增至20.92%,增幅高达4%。
最后,将元素硫溶解度预测模型和H<,2>S含量变化模型代入气体渗流方程,建立了直井及压裂井硫沉积下气体渗流模型。模型解析结果表明,压裂能够明显改善硫沉积对高含硫气井近井地带的堵塞作用。
论文成果对于完善高含硫气田硫沉积机理和气体渗流规律,提高国内高含硫气田开发水平具有一定的指导意义。