硫沉积对高含硫气藏产能影响数值模拟研究

高含硫气藏是一类具有高危性和特殊性的酸性气藏，硫微粒的析出、运移以及沉积是该类气藏特殊渗流特征之一。沉积的硫微粒会占据孔隙空间，在孔喉处堵塞孔隙，改变孔隙结构，最终引起硫沉积区内储层渗透率的降低，从而影响气藏的开发效果。为此，在对硫沉积机理深入研究的基础上，引入空气动力学理论，建立高含硫气藏硫微粒运移、沉积数学模型，模拟研究了硫沉积对均质气藏和非均质气藏产能的影响。结果认为：高含硫气体初始溶解元素硫是该类气藏发生硫沉积的重要条件之一；硫沉积使得气藏的稳产时间缩短、采出程度降低、气藏递减期缩短以及递减期内的递减率增加等；低渗透气藏和非均质性强的地层，其硫沉积对气藏开发的影响很大。     

高含硫气藏地层硫沉积预测模型

硫是高含硫气藏开发的有害物质。当其在储层岩石的孔隙喉道中沉积时，天然气的渗流通道减小，地层有效孔隙空间及渗透率降低，将影响气井的产能和经济效益。因此，硫沉积是该类气藏开发必须解决的关键问题之一，而研究高含硫气藏硫沉积预测技术是准确掌握地层硫沉积动态的必要手段，对指导高含硫气田的开发具有重要而长远的意义。运用物质平衡原理、非线性沉积理论及多相流动力学理论，建立了较为完善的地层硫沉积预测模型，为预测高含硫气藏地层硫沉积提供了理论基础。     

含硫气藏硫沉积机理及其对气井产能的影响

在高含硫气藏开发过程中,易出现元素硫沉积,堵塞孔喉道,降低地层渗透率,导致气藏减产。因此,研究含硫气藏元素硫沉积机理及其对气井产能的影响具有一定意义,能为开发高含硫气藏提供理论指导。本文在前人研究的基础上,分析了含硫气藏中的元素硫沉积机理,根据物质平衡原理和非线性沉积理论得到了在地层流体非达西流动状态下的元素硫沉积模型,并推导出含硫气藏的产能公式。     

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。     

高含硫气藏硫沉积预测及实施除硫作业时机选择

高含硫气藏在开发过程中,随着气藏压力和温度的降低,元素硫将从气体中析出,从而堵塞天然气的渗流通道,当硫沉积严重降低地层有效孔隙空间及渗透率时,需要实施除硫作业。在考虑气体高速非达西不稳定流动、硫沉积、水动力对硫沉积冲刷与运移、硫沉积对储层危害（孔隙度、渗透率）的基础上,建立了预测硫沉积分布的气固耦合渗流模型。该模型与除硫工艺（溶硫剂）相结合,能够确定实施除硫工艺的时间,以及除硫后近井地带含硫饱和度随生产时间的变化。通过该研究可为高含硫气藏硫沉积预测提供有效方法。     

高含硫气藏元素硫沉积对储集层的伤害

元素硫是高含硫气藏开发的有害物质。随着气井的投产，地层压力和温度沿径向不断降低，在气流达到或超过含硫饱和度时，元素硫将会从气流中析出，并在储集层岩石的孔隙或喉道中沉积下来，使得地层孔隙度和渗透率降低，严重时造成气井的停产甚至报废。在推导了元素硫沉积对储集层伤害的模拟模型基础上，分析了在高含硫气藏的开发过程中，元素硫沉积的特征及对储集层物性的伤害情况，发现元素硫在地层中的沉积主要在离井筒较近的范围之内，且沉积量沿径向由井筒向地层深处逐渐减小；沉积于孔隙的元素硫对储集层的伤害也主要在该区域之内，越靠近井筒伤害程度越严重，且随着生产时间的延长。对储集层的伤害程度加速。图4表1参6     

高含硫储层硫沉积微观特性

四川盆地川东北地区相继发现了一大批高含硫碳酸盐岩气藏,其储量占四川盆地天然气储量的一半以上。然而,硫沉积一直是制约高含硫气藏高效开发的一大难题。结合微米CT扫描、扫描电镜、能谱分析和气相色谱分析等实验手段,运用储层高含硫气体完成了碳酸盐岩岩样的硫沉积实验,获得了实验前后岩样微观孔隙结构和气体组分的定量变化,首次实现了储层岩石中硫沉积的三维可视化。硫沉积实验结果显示,高含硫气体中总硫含量减小12.58%,有机硫组分减小9.07%;硫微粒主要沉积在半径小于500μm的岩石孔隙中,导致岩石渗透率降低34.40%～67.80%,孔隙度减小3.77%～7.69%。研究结果进一步提升了对硫沉积微观特性的认识,为高含硫气藏增产措施的制定提供了支撑。     

高含硫气藏气体渗流规律研究

在高含硫气藏开发过程中，随着高含硫气体从地层中采出，地层压力不断下降，使元素硫从含硫饱和态气相中析出，并沉积到地层孔隙或喉道中，造成地层渗流通道的严重堵塞，增大气体渗流阻力。文章从物质平衡原理出发，推导了由于受元素硫沉积影响的地层物性参数随生产时间等的变化关系，并建立了高含硫气藏气体渗流模型。通过实例模拟分析了该类气藏气体渗流过程中孔隙度和渗透率的变化规律以及地层压力等的变化特征。研究结果表明，元素硫在地层中的沉积对储层的伤害沿径向呈不均匀变化；气体的渗流阻力增加，地层能量更多地消耗在近井地带，且气体渗流表现为强烈的流固耦合特征。该认识为高含硫气田的合理高效开发提供了参考依据。     

硫微粒在多孔介质中运移沉积模型

高含硫气藏开发过程中,伴有元素硫的析出沉积、气相组成变化和沉积的硫堆积在孔隙喉道污染地层等特殊现象,其中硫沉积是影响高含硫气藏开发的重要原因。在分析硫微粒在多孔介质中的运移和滞留的基础上,引入宏观气固流体力学中描述颗粒在气体中运移的流体力学模型,建立了硫微粒在多孔介质中的运移沉积模型。该模型考虑了硫微粒的产生、在气流中的悬浮运移以及在孔隙表面的沉淀、吸附等。     

考虑元素硫沉积的水平井产量预测方法研究

随着含硫气藏的深入开发,水平井的作用也变得越来越重要,准确预测水平井产量对于含硫气藏开发具有重要的意义。考虑元素硫沉积对储层渗透率的影响,建立含硫气藏水平井产量预测公式,并分析水平井长度、储层有效厚度、元素硫沉积和非均质性对产量的影响,其中元素硫沉积和非均质性对水平井产量影响较大。计算结果表明,考虑元素硫沉积的Joshi公式和陈元千公式计算结果与实际产量接近,可用于含硫气藏生产初期产量预测,该结论对类似气藏开发具有一定的借鉴意义。