AN EXPERIMENTAL APPROACH OF ELEMENTAL SULFUR DEPOSITION IN CARBONATE OIL RESERVOIRS

The existence of sulfur compounds in crude oils creates many problems of sulfur deposition in the vicinity of the wellbore hole, in well completion and/or production equipment, and in producing reservoir rocks. The major objectives of this experimental study are to investigate the influences of oil flow rate, initial sulfur concentration of crude oil, and reservoir rock permeability on elemental sulfur plugging in carbonate oil reservoirs. To achieve these objectives, actual crude oils were de-asphaltened to eliminate the effect of asphaltene deposition. Ten dynamic flow experiments were conducted using two actual crude oils of 0.78 and 1.67% sulfur concentrations. Viscosity of crude oils of different sulfur concentrations was measured under different conditions of temperature. The crude oils were flooded through actual carbonate cores of different permeability in the range of 2.34-28.16 millidarcy and under different flow rates of 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0 cc/min. In-situ sulfur deposited was measured using Scanning Electron Microscopy (SEM) to provide the amount of sulfur deposited along the core samples. The results indicated that crude oil of higher sulfur concentration has higher viscosity than that of one of lower concentration. The deposition of elemental sulfur does not take place at the low rate of 0.50 cc/min, starts at 1.0 cc/min and increases as the flow rate increases up to 1.50 and 2.00 cc/min, respectively. In addition, the higher sulfur concentration of the crude oil increases the deposition of sulfur in carbonate oil reservoirs. The results also showed that permeability of carbonate reservoir rocks has a severe effect on sulfur deposition since carbonate rocks of higher permeability do not experience the problem of elemental sulfur deposition while the problem is more severe for lower permeability rocks. In addition, the depositional rate is accelerated rapidly as the rock permeability decreases. The obtained results of this study have important interest in identification of the most important factors affecting the elemental sulfur precipitation in heterogeneous carbonate oil reservoirs and robust implications in the development of reservoir simulation models.     

硫吸附和地层水存在下的单质硫沉积规律研究

在酸性气藏中,元素硫的沉积会减小气体的流动空间,其进一步的沉积会堵塞气体的流通通道,导致气井产量降低。为加强对高含硫气藏地层中单质硫沉积规律的认识,进行了以下理论研究：考虑元素硫吸附效应,建立一套系统的高含硫气藏元素硫地层沉积预测模型,并利用该模型对某油田实例进行计算;在地层水体存在的条件下,对硫沉积带来的影响。结果表明：当硫吸附效应或者地层水体存在时都会进一步加大硫沉积量,并且随着时间的推移,影响更加明显;在离气井较远的地带,硫吸附效应的影响更强。在理论研究的基础之上,进行了单质硫的聚集实验及其在岩石空隙中的分布规律实验。通过对实验结果的分析,硫的聚集是从纳米级的单质硫晶体聚集形成面状单质硫,再逐渐形成层状似的单质硫;单质硫在孔隙中的分布规律为：孔隙越大,硫沉积量越大。     

含硫天然气相态及渗流

近年来，四川东北部地区发现了大量硫化氢含量很高的天然气藏。天然气中元素硫的含量受地层压力、温度以及天然气组分的控制，在开采过程中，由于近井区域压力低、气体流速高，将使天然气的状态发生变化，析出的固相硫沉积在储集层的孔隙喉道中堵塞天然气渗流通道，井筒中会沉积更多的元素硫，影响气井产能。采用热力学理论解释了硫随温度和压力变化的沉积规律，建立了在达西流和非达西流条件下渗流过程中的硫沉积方程。图1参20     

酸性气田的元素硫沉积、腐蚀与治理研究

含H2S天然气在生产和集输过程中都可能发生元素硫沉积,引起井筒、地面集输管线堵塞,危害巨大,是含硫气藏生产过程中必须解决的关键难题之一。本文介绍了酸性气田的元素硫来源,元素硫沉积的影响因素,沉积机理,预测模型,并指出向井口或管线注入溶硫剂是当今解决硫堵问题的有效措施之一。潮湿或含水汽的元素硫与金属直接接触可能导致设备发生灾难性的腐蚀问题,腐蚀机理复杂。本文还总结了元素硫腐蚀控制技术及沉积治理方面的研究进展。     

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     

高含硫气藏硫沉积防治措施进展

随着油气开采技术的不断发展,国内外相继发现了一批高含硫气藏。硫沉积是高含硫气藏开采必须面对的一个普遍问题。为了减少硫沉积对地层、井筒的伤害,有必要弄清单质硫的沉积机理、影响因素以及如何防治和处理硫沉积。目前采用的治理措施有加热溶化法、化学反应法、加注硫溶剂法,其中应用最普遍的是加注硫溶剂法。论述了硫沉积原理以及防治措施,以期为高含硫气藏的开采提供帮助。     

高含硫气井井筒硫沉积预测

随着高含硫气藏的开发,析出的硫会对储层造成伤害,影响气井的正常生产,因此,准确预测硫的沉积对酸性气田的合理高效开发具有十分重要的意义。文中根据气、液、固三相流动规律,建立了高温高压高含硫气井井筒硫沉积预测模型,利用缔合模型的基本原理,建立包含温度、压力和流态3个变量的硫溶解度函数模型,用来预测硫在井筒中的析出位置;再利用缔合模型的相关理论解释硫元素在井筒中的溶解机理,以温度、压力和硫溶解度为变量,判断单质硫是否沉积、沉积位置,并对沉积量进行动态计算。以普光气田×井为例,计算得出硫溶解度和析出量随井筒的变化规律,其结果与实际情况吻合较好。     

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。     

高含硫气井中的硫沉积规律

针对高含硫气井井筒硫析出、硫沉积预测难题,建立了高含硫气井井筒多相流动和传热数学模型,给出了多场耦合井筒硫析出、硫沉积判别准则和计算方法。计算结果表明,高含硫气井从井底至井口硫溶解度逐渐减小,呈非线性变化规律;井筒中伴随有硫析出,析出位置及析出量主要受温度梯度、压力梯度和硫化氢质量浓度等影响;井筒中的硫沉积主要受气体携带能力和局部流场扰动的影响。温度、压力下降越大,硫析出越早;在同一流压下,产气量越高,硫析出越早,析出量越大。该研究模拟了气井生产动态,给出了高含硫气井中的硫析出、硫沉积、压力及温度分布规律,计算结果可用于指导现场进行开发方案调整、生产参数优化,为制定硫沉积预防方案提供依据。     

注天然气油井沥青质析出规律研究

目的 解决东河区块原油在注气开采过程中沥青质沉积堵塞井筒问题。方法 采用高温高压固相沉积规律测试装置,基于光散射理论,研究了温度、压力、气油比等因素对沥青质析出特征的影响。结果 温度升高会增加沥青质在原油中的溶解度,促进原油稳定;等温降压过程中,沥青质随着压力降低逐渐析出,在泡点压力附近达到最大析出量,发生沥青质沉积堵塞油井的风险最大。DH-1井泡点压力对应井深2 140 m,与油井生产实际遇阻位置1 969 m接近,泡点压力可初步用于预测油井堵塞位置;溶解注气量越大,沥青质初始析出压力越大,沥青质析出压力区间也增大,沥青质沉积位置向油井深度下移。结论 研究揭示了注气过程沥青质的析出规律,对注天然气油井沥青质析出防治具有重要指导作用。     

The Modeling of Sulfur Deposition Damage in the Presence of Natural Fracture

With the decreasing of temperature and pressure near the wellbore area, elemental sulfur may precipitate in a sour gas reservoir. In order to acquire prediction and management of sulfur deposition, a carbonate sour gas reservoir damage model was established in the presence of natural fracture. The effects of formation parameters to gas limited production time are analyzed. The results show that when pressure is lower than saturation pressure, gas limited production time goes up with fracture aperture and height increasing, because the reservoir can accommodate more precipitated sulfur. The bigger production rate is, the faster pressure drop is and the quicker sulfur precipitates.     

顺北碳酸盐岩裂缝性气藏安全钻井关键技术

为了解决顺北油气田碳酸盐岩裂缝性气藏钻井过程中溢流和漏失同存的问题,保证钻井安全,分析了其溢流和漏失同存的原因,制定了首先暂堵裂缝阻止气体侵入井筒、然后在气体侵入井筒的情况下控制气体侵入量和上窜速度以保证钻井安全的技术思路,并将裂缝性气藏暂堵技术、控压钻井技术和高温气滞塞技术进行集成,形成了顺北碳酸盐岩裂缝性气藏安全钻井关键技术。应用该关键技术时,先用裂缝性气藏暂堵技术阻止气体进入井筒;发现气体侵入井底时,用控压钻井技术控制气体侵入量;气体侵入井筒的情况下,用高温气滞塞技术降低气体上窜速度,保障钻井安全。顺北油气田在应用碳酸盐岩裂缝性气藏安全钻井关键技术后,解决了溢流和漏失同存的难题,提高了钻井速度,保证了钻井安全。      

考虑非平衡过程元素硫沉积对高含硫气藏储层伤害研究

元素硫沉积是高含硫气藏开发有别于常规气藏开发的一个重要研究内容.当地层压力下降时,元素硫溶解度下降使其沉积下来,沉积的元素硫会堵塞地层,从而降低地层孔隙度和渗透率.为了定量研究硫沉积对地层孔隙度和渗透率的影响,首先建立了元素硫沉积的伤害模型,然后利用该模型对一个实际高含硫气藏开发时由于元素硫沉积引起的地层孔隙度、渗透率和沉积含硫饱和度的动态变化进行了计算求解.通过实例计算发现:地层渗透率越低时越容易发生硫沉积,且硫沉积主要在井筒附近发生,当生产时间越长时,硫沉积的量越多,从而对地层的伤害越严重.     

高含硫气藏单质硫溶解度测试方法及预测模型

针对高含硫气藏单质硫溶解度测量准确度低的问题,基于溶剂溶解原理,建立高含硫气藏单质硫溶解度测试实验装置及实验方法,实现了某气藏含硫气样中的单质硫溶解度的测定.研究结果表明:高含硫气藏地层温度为40.0～98.9℃,地层压力为15.0～49.8 MPa,其单质硫标准状况下的溶解度为0.001～0.968 g/m3;单质硫...     

特殊类型气井凝析气井井筒动态分析新方法

随着天然气勘探开发向地层深部的发展,一些特殊的如异常高温、高压富含气态凝析水、元素硫的气藏、凝析气藏不断涌现,并且所占的比例越来越大。对富含凝析水、元素硫的特殊类型气藏、凝析气藏,当温度较高时,地层束缚水、边底水和可动隙间水与烃类流体的互溶能力就较强,烃类流体中含水量就会增加,且随开采过程温度及压力的降低,元素硫会从烃类流体中析出,再用常规的烃类流体相态研究方法去指导开发这些特殊的气藏、凝析气藏,就致使该类气藏在开发方式、油气藏工程设计和动态分析方面产生一定的误差。在总结常规方法的基础上,综合利用垂直管流公式,结合气-液-液-固四相相平衡闪蒸计算,运用状态方程模拟,对其中的偏差因子、黏度等相关参数进行修正,建立了更为完善的气井井筒动态预测新方法;最后结合地层流入、井筒携液、携固模型,建立了更为综合、全面的气井生产动态分析新方法,该方法更适用于异常高温、高压富含凝析水、元素硫的特殊气井、凝析气井。根据文中建立的气井生产动态预测模型在数值求解的基础上,编制了相应的计算程序,可准确预测不同时期气井生产动态,改善数值模拟一体化动态分析效果,进行最优化生产。     

凝析气藏气液固三相数值模拟

凝析气藏不同于一般的溶解气藏,用一般的黑油模型计算会导致大量凝析油滞留地下,而用组分模型又过于繁琐。针对凝析气藏在开采时会析出凝析液的特点,考虑石蜡的沉积,推导了凝析气藏气液固三相渗流的数学模型。在黑油模型的基础上加入有机固相沉积的组分,对气液固三相渗流数学模型进行了求解并编写了上机程序。根据大港千米桥凝析气藏的实际数据计算,表明凝析气和石蜡的析出会造成近井地带的压力急剧降低,凝析油的分布呈"三区"分布特征。该研究对于掌握凝析气在地下的渗流动态具有重要意义。     

塔河油田稠油沥青质解堵技术研究与应用

塔河油田油藏原油高含沥青质,随着油井生产,油藏、井筒压力、温度场的变化,井筒堵塞现象时有发生.采用X射线荧光光谱、组分分析、溶剂萃取等方法分析了堵塞物成分.结果表明,堵塞物90%以上是有机物,有机物中沥青质含量大于38%.针对堵塞物主要组分,研制了新型沥青解堵剂,对其性能进行了评价.60 ℃时溶解速率最高可达到2.956 mg/(mL·min),胶体不稳定指数大于0.9的原油中加入质量分数1%新型沥青解堵剂,可有效抑制沥青质沉积.     

超深高含硫气藏气—液硫两相渗流实验

超深高含硫气藏开发过程中会在储层中出现气—液硫同流的现象,其对气井产能的影响目前还缺乏实验数据的验证。为此,研制了一套适用于高温高压条件下气—液硫两相驱替实时测试的装置,并制订了相应的测试流程,选取四川盆地元坝气田的取样岩心开展气—液硫两相驱替实验,并采用非稳态法计算气、液硫两相相对渗透率,得到气—液硫相对渗透率曲线,进而开展气—液硫两相渗流规律的定量化研究。结果表明:(1)气、液硫两相共渗区较窄,当液硫临界饱和度高于40%时,井筒附近的液硫饱和度达到液硫临界流动饱和度,从而阻碍井筒附近气体的流动;(2)围压的变化会引起气—液硫相对渗透率曲线的变化,当围压增大时,气相相对渗透率及液硫相对渗透率均下降;(3)随着驱替压差增大,气体流速加快,携硫能力增强,气相相对渗透率及液硫相对渗透率均有所上升。结论认为,气—液硫两相相对渗透率曲线的获得,实现了对气—液硫两相渗流规律的定量化研究,可用于超深含硫气井的产能评价。     

考虑硫沉积的气井流入动态曲线特征

含硫气井在生产过程中,硫元素的沉积将降低储层孔隙度和渗透率,极大地破坏气井产能,此时常规气井产能计算模型已经不再适用。考虑硫元素在近井地带沉积引起的储层渗透率变化,将储层分为沉积区和非沉积区。基于渗流力学理论,建立了含硫气藏直井、直井压裂井在平面径向非达西稳定渗流条件下的二次三项式产能方程。通过分析硫沉积、启动压力梯度、裂缝长度、裂缝宽度对气井流入动态的影响,认为气井产能随硫沉积饱和度的增大而减小,但增长速度逐渐减小。气井无阻流量与启动压力梯度呈负相关关系。压裂措施能增大含硫气井产能,当气井产能受硫沉积影响较大时,可采取压裂的办法增产,必要时可用酸化压裂工艺,并对裂缝长度设计进行优选。