普光气田是我国发现的大型高含H2S气田之一,H2S平均含量15.16%,CO2平均含量8.64%,平均干燥系数99.8%以上,属于过成熟高含硫干气气藏。由于天然气中硫的存在,有可能产生硫沉积问题,给采气带来硫堵等复杂问题。随着普光气田的生产运行,对该气田硫沉积预测和防治研究有其紧迫性和必要性,对普光气田合理高效开发重要的现实意义。
1、普光气田硫沉积预测
1.1利用H2S形成机理进行分析预测
硫化氢形成机理主要有有机硫分解、硫酸菌还原反应(BSR)、热硫酸盐还原反应(TSR)和岩浆成因等几种。普光气田地处川东地区,川东地区天然气都是有机成因,没有资料表明有岩浆成因的气源的混入,而且较老的地层(石炭系)硫化氢含量不高等证据表明硫化氢不是岩浆成因。普光气田几口井PVT研究结果表明,普光气田天然气中有机硫含量很低,不可能生成诸如川东北地区飞仙关鲕滩天然气这么高浓度的硫化氢,所以也不是有机硫分解形成的。
从硫化氢含量分布和硬石膏分布有密切关系来看,说明H2S的形成与硫酸盐有关,再从普光气田气藏的埋藏史来看,大都经历了较深的埋藏过程,其间温度都超过了BSR反应生成的温度,因此可以推断普光气田天然气中硫化氢不是硫酸菌还原反应生成的而主要是热硫酸盐还原反应(TSR)生成的。反应式为:CaSO4+CH4→CaCO3+H2S+H2O(1)
同时,硫酸盐也可被烃类还原生成元素硫,反应式为:SO2-4+CH4=S↓+CO2+H2O(3)
这表明普光气田天然气中必然溶有一定溶解度的单质硫,而地层流体在运行过程中,随着温度和压力的降低,单质硫的溶解度不断降低,当含硫天然气中硫含量超过一定温度压力条件下的溶解度、流体携带硫磺结晶体的能力低于硫磺结晶体析出量时,将发生硫沉积现象。
1.2利用普光气田天然气组分进行分析预测
普光气田天然气中除含有甲烷、乙烷烃类组分外,还含有H2S、硫醇、硫醚、二硫化合物、硫氧化碳、二硫化碳等酸性组分和氮、氢、氦、氩以及水蒸气等其他微量组分。表1、表2为普光某2口井(暂叫1井、2井)的气体组分组成。
由表1、表2知:丙烷以上烃类含量几乎为零,说明较重烷烃含量很低,溶解和携带硫的能力较弱,有利于元素硫析出和产生硫沉积;另外,由于H2S含量较高,H2S分解产生单质硫,故元素硫含量有可能较高,硫元素析出和产生硫沉积的几率变大;同时高含量的H2S对单质硫又有较强的溶解力,硫元素析出和产生硫沉积的几率又变小。但当温度压力降低到一定值,流体中的单质硫含量大于溶硫饱和度时,硫析出和硫沉积的可能性变大。
1.3利用普光气田流体PVT物性研究结果进行分析预测
在普光气田试气过程中,进行了1井、2井的井口现场取样,开展了流体PVT物性研究,根据研究结果,1井、2井不同温度下含硫饱和度与压力关系见图1、2。
从含硫饱和度计算结果来看,以普光气田1井、2井每天50万方产量计算,假如含硫天然气在地层条件下处于饱和状态,当含硫天然气从地层经井筒到达地面集输设施时,利用图2和图3数据可预测接近1吨的单质硫析出,但从这两口井的试气情况来看,现场没有如此多的硫磺析出来,说明1井、2井含硫天然气在地层条件下未达到硫饱和状态,生产过程中单质硫析出量不大,但这不能说明在开发过程中,随着压力和温度的降低不会有硫沉积发生。
综上所述,在开发过程中,普光气田的生产井应该有单质硫在井筒中析出;普光气田开发初期单井产量大于40×104m3/d,在这种高产条件下井筒中产生硫沉积的可能性较小,气田开发到中后期,随着气井产量和压力的降低,井筒中有可能产生硫沉积;目前国内外尚无硫沉积的预测方案,由于普光气田目前没有试采数据,无法准确判断生产中是否会产生硫沉积。
2、普光气田硫沉积防治措施
目前解决硫沉积的方法主要有三种:发生化学反应、加热熔化、用溶剂溶解。
2.1加热熔化
目前加热熔化有蒸汽循环和热溶剂循环。由于加热熔化对管材腐蚀更严重,故不适合普光气田井下除硫。
2.2发生化学反应
美国菲利浦斯石油公司提出的向硫沉积的气井注空气,利用空气氧化井中的H2S或元素硫而发生热量,这部分热量使硫保持熔融状态而被气流带出。美国佩特罗莱脱(Petrolite)公司提出的方法则是在注入井的石油馏分中加入可以和硫发生反应的物质(如烯烃),反应产物会分散或溶解在气井液体中而带出。发生化学反应的方法在构思上虽然有其独特之处。但不太实用,目前现场还没有使用过。
2.3用溶剂溶解硫的方法
溶剂主要分为不与硫产生化学反应仅起溶解作用的物理溶剂以及与硫产生化学反应的化学溶剂。物理溶剂携带硫的能力低于化学溶剂,庚烷、甲苯的溶硫量小,适合硫沉积不严重的井中;二硫化碳的溶硫量较大,但它的气味大、剧毒易燃。化学溶硫剂主要是与H2S和单质硫发生化学反应生成易流动的物质,溶硫量大,适合普光气田硫沉积严重的井。溶剂溶硫能力数据见表3。
3、结论
元素硫的溶解机理一般有化学溶解和物理溶解两种。影响硫沉积的因素除了温度和压力之外,重要的还有H2S、CO2等酸性气体的含量以及元素硫在H2S中的溶解度等。普光气田在生产过程中,井筒中可能会有单质硫析出,但产生硫沉积的可能性较小,气田开发到中后期,随着气井产量和压力的降低,井筒中有产生硫沉积的可能。普光气田防止硫沉积采用的方法是向含H2S气井中注入各种硫的溶剂。
参考文献：
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