高含硫气藏地层物性对硫沉积影响机理模拟研究

１２６　内蒙古石油化工　２０１０年第１４期　高含硫气藏地层物性对硫沉积影响机理模拟研究　杨　洋　（中石油辽河油田油气工程技术处）　摘要：高含硫气藏属于一类特殊气藏。开发过程中，常有硫沉积现象。硫沉积将降低地层孔隙度　和渗透率，影响气井的产能，严重的硫沉积甚至会导致气井报废。引入空气动力学中描述气固流动的理　论，建立了描述硫微粒运移的动力学模型和描述微粒沉降的携带微粒临界气流速度模型。以上述两模型　为基础，并考虑沉积的硫微粒对地层孔隙度和渗透率的影响，建立了高含硫气藏硫微粒运移沉积数学模　型。利用该模拟研究了地层物性对硫沉积的影响机理。在定产量生成的情况下，孔隙度越高，硫微粒的　沉积速度越慢；渗透率越低，硫沉积速度越快　因此，致密的高含硫气藏中硫沉积是影响气藏开发的重要　因素，合理制定气藏开采速度、防止硫沉积是低孔、低渗高含硫气藏高效开发的关键。　关键词：高含硫气藏；硫沉积；渗透率；孔隙度　中图分类号：ＴＥ３１９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－－７９８１（２０１０）１４—０１２６一Ｏ２　硫溶解模型：　．１　高含硫气藏气固两相数学模型　１．１假设条件　Ｃ。＝ｐｉｅ（一　５７１１）　假设溶解在高含硫天然气中的元素硫在初始条　件下处于平衡状态，即天然气初始饱和元素硫；地层　２地层物性对硫沉积影响机理　２．１　孔隙度　温度恒定；假设地层温度低于元素硫在地层压力下　孔隙度是描述储层储集流体能力的重要参数之　一的凝固点，则析出的硫为固态；气藏为干气藏，不考　虑水相的影响，为单相流动；气流流动满足达西定　律。　１．２数学模型　，但对于高含硫气藏，当有硫沉积发生时，孔隙度　变化会影响储层渗透率，从而也是影响高含硫气体　在储层中渗流能力的重要参数之一。　主要考虑四种不同的孔隙度值：０．８　、３．２　、　１Ｏ　和１５　。在这里定义单位　积孔隙空间硫微粒　沉积速度来描述硫微粒在孔隙空间的沉积速度。　１．２．１气组分流动微分方程　（　Ｐ）＋　Ｖ　Ｐ一　ｏｉ：　１．２．２硫组分微分方程　Ｃ　ｓＶ（　ＫＣ，ｐ，ＶＰ，）．，ｑ－－　一　ｖ１．２．３辅助方程　饱和度关系：　Ｓ　＋Ｓ。一１　矢然气密度：　ｐ　一ｐ　［Ｐ，Ｔ，Ｚｉ（ｉ＝１，…，ｎ＋１）］　天然气粘度：　＝　。［Ｐ，Ｔ，Ｚｉ（ｉ一１，…，ｎ＋１）］　图１孔隙度对硫微粒沉积的影响　硫沉积储层伤害模型：　：１－－ａ（　甲。　０　）ｎ　从图１中可看出，模拟显示同种性质的含硫微　粒酸性气体在不同的孔隙度地层渗流时其硫沉积速　度是不同的。表现为随着孔隙度的增加，硫微粒沉积　Ｋ：［１－－ａ（　）“］　收稿日期：２Ｏ１Ｏ～０４一Ｏ６　作者简介：杨洋（１９８５一），现在辽河油田油气工程技术处工作。　２０１０年第１４期　数的　杨洋　高含硫气藏地层物性对硫沉积影响机理模拟研究　５　４　３　２　１　０　１２７　的速度降低，即说明在低孔的高含硫气藏中，硫沉积　现象较为严重；而在高孔隙度的高含硫气藏中，硫沉　积的速度较慢。　２．２渗透率　３．２渗透率越低，硫沉积速度越快，反之硫沉积速　度越慢，因此低渗透高含硫气藏硫沉积速度较快，会　较严重影响气藏开发。　符号说明　Ｋ为渗透率，ｍｄ；　为粘度，ｍＰａ・Ｓ；　为孔隙　度，　；Ｐｇ为气体密度，ｋｇ／ｍ。；Ｓｓ为含硫饱和度；Ｐ　渗透率是衡量流体在地层流动能力的重要参　，而压力梯度是流体流动的主要动力，且压力梯度　大小与渗透率有一定的关系，因此渗透率的不同　会造成流体在地层中流动所需的压力梯度的不同。　模拟考虑四组不同渗透率下的硫沉积速度，其　渗透率值分别为：０．８５×１０　ｍ。、５×１０　ｍ。和２０　×ｌＯｊ。　ｍ　。　为压力，ＭＰａ；Ｖｐ为单元体体积，ｍ。；Ｃｓ为气相中硫　组分体积浓度；ｐｓ为固相硫密度，ｋｇ／ｍ。，Ｓｇ为含气　饱和度；Ｚｇ。为硫组分在气相中的摩尔百分数；Ｚｇ　为非硫组分在气相中的摩尔百分数；　。为初始孔隙　度；Ｋ。为初始渗透率，ｍｄ；ａ，ｎ一沉积伤害模型中的　计算系数。　［参考文献］　Ｅ１３　张勇等．高含硫气藏气一固两相多组分数值模　型ＥＪ］．天然气工业，２００６，２６（８）．９３￣９５．　Ｅ２３　张勇等，硫沉积对高含硫气藏产能影响数值　模拟研究ｍＪ１．天然气工业，２００６，２７（６）．９４　～９６．　趟　鞋　蜉　攥　ｍｅｎｔａｌ　［３］　ＪＡＭＡＬ　Ｈ．Ａｂｏｕ—ｋａｓｓｅｍ，ｅｘｐｅｒｉ０　２０　４０　８０　８０　ｌＯ０　ｌ２０　１４０　１６０　ｌ８０　２００　时问．月　ａｎｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｓｕｌｆｕｒ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　图２渗透率对硫沉积的影响　渗透率越低，硫沉积的速度就越大。这是因为压ｉｎ　ｃａｒｂｏｎａｔｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００　力是气藏开发的重要影响因素，当渗透率低时，一定　量流体流动所需的压力梯度越大，而对于恒温变化　的情况，压力是影响元素硫在地层中析出的重要因　素，因此硫微粒析出的就越多，硫沉积的速度就越　（２６）：９１＂－－１０３．　［４］　Ｒ．Ａ．Ｈｅｉｄｅｍａｎｎ，Ａ．Ｖ．Ｐｈｏｅｎｉｘ，ｅｔ　ａｌ，Ａ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｔｅ　ｍｏｄｅｌ　ｆ０ｒ　ｅｌｅｍｅｎｔａｌ　ｓｕｌｆｕｒ　ａｎｄ　ｓｕＩｆｕｒ—ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　快。在低渗透的高含硫气藏中，硫沉积速度较快，会　较严重影响气藏开发。　ｆ１ｕｉｄｓ，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ，４０，２１６０一　２１６７．２００１．　３结论　３．１随着孔隙度增加，硫沉积速度降低，反之硫沉　积速度增加，因此低孔高含硫气藏中，硫沉积现象较　［５］　沈政，基于硫沉积的含硫封闭气藏物质平衡　分析，特种油气藏，２００９．１６（１），６８－－７０．　［６］杨学锋等，酸性气藏气体粘度预测方法对比　严重；高孔高含硫气藏中，硫沉积速度较慢。　研究，特种油气藏，２００５．１２（５），４２－－４５．　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　Ｈ２Ｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｂｅｌｏｎｇｓ　ｔｏ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｓｕｌｆｕｒ　ｄｅ—　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ　ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｏｌｉｄ　ｓｕｌｆｕｒ　ｂｕｉｌｔ－－ｕｐ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｒｅ．Ｔｈｅ　ｓｕｌｆｕｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｗｏｕｌｄ　ｄｅｃｌｉｎｅ　ｔｈｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｇａｓ－－ｓｏｌｉｄ　ｆｌｏｗ　ｔｈｅｏｒｙ　ｉｎ　ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｆｉｅｌｄ，ｈａｓ　ｍａｄｅ　ｔｈｅ　ｓｕｌｆｕｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｆｌｏｗ—　ｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　Ｈ２Ｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄ　ｉｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｄｅ—　ｃｌｉｎｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｄｅｃｌｉｎｅ　ｍｏｄｅ１．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ，ｈａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｓｕｌｆｕｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｔｈｅ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｉｓ　ｈｉｇｈ—　ｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｕｌｆｕｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｓｌｏｗｅｒ；ｔｈｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｄ　ｓｕｌｆｕｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｓｌｏｗｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｕｌｆｕｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　ｔｉｇｈｔ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ＨｚＳ　ｃｏｎ—　ｔｅｎｔ　ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ，ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｐｏｌｉｃｙ　ｉｓ　ｋｅｙ　ｆｏｒ　ｔｉｇｈｔ　ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　Ｈ２Ｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｇａｓ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　Ｈ２Ｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ；Ｓｕｌｆｕｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；Ｐｏｒｏｓｉｔｙ；Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ