普光氣田是我國發現的大型高含H2S氣田之一,H2S平均含量15.16%,CO2平均含量8.64%,平均干燥系數99.8%以上,屬于過成熟高含硫干氣氣藏。由于天然氣中硫的存在,有可能產生硫沉積問題,給采氣帶來硫堵等復雜問題。隨著普光氣田的生產運行,對該氣田硫沉積預測和防治研究有其緊迫性和必要性,對普光氣田合理高效開發重要的現實意義。
1、普光氣田硫沉積預測
1.1利用H2S形成機理進行分析預測
硫化氫形成機理主要有有機硫分解、硫酸菌還原反應\\(BSR\\)、熱硫酸鹽還原反應\\(TSR\\)和巖漿成因等幾種。普光氣田地處川東地區,川東地區天然氣都是有機成因,沒有資料表明有巖漿成因的氣源的混入,而且較老的地層\\(石炭系\\)硫化氫含量不高等證據表明硫化氫不是巖漿成因。普光氣田幾口井PVT研究結果表明,普光氣田天然氣中有機硫含量很低,不可能生成諸如川東北地區飛仙關鮞灘天然氣這么高濃度的硫化氫,所以也不是有機硫分解形成的。
從硫化氫含量分布和硬石膏分布有密切關系來看,說明H2S的形成與硫酸鹽有關,再從普光氣田氣藏的埋藏史來看,大都經歷了較深的埋藏過程,其間溫度都超過了BSR反應生成的溫度,因此可以推斷普光氣田天然氣中硫化氫不是硫酸菌還原反應生成的而主要是熱硫酸鹽還原反應\\(TSR\\)生成的。反應式為:CaSO4+CH4→CaCO3+H2S+H2O\\(1\\)
同時,硫酸鹽也可被烴類還原生成元素硫,反應式為:SO2-4+CH4=S↓+CO2+H2O\\(3\\)
這表明普光氣田天然氣中必然溶有一定溶解度的單質硫,而地層流體在運行過程中,隨著溫度和壓力的降低,單質硫的溶解度不斷降低,當含硫天然氣中硫含量超過一定溫度壓力條件下的溶解度、流體攜帶硫磺結晶體的能力低于硫磺結晶體析出量時,將發生硫沉積現象。
1.2利用普光氣田天然氣組分進行分析預測
普光氣田天然氣中除含有甲烷、乙烷烴類組分外,還含有H2S、硫醇、硫醚、二硫化合物、硫氧化碳、二硫化碳等酸性組分和氮、氫、氦、氬以及水蒸氣等其他微量組分。表1、表2為普光某2口井\\(暫叫1井、2井\\)的氣體組分組成。
由表1、表2知:丙烷以上烴類含量幾乎為零,說明較重烷烴含量很低,溶解和攜帶硫的能力較弱,有利于元素硫析出和產生硫沉積;另外,由于H2S含量較高,H2S分解產生單質硫,故元素硫含量有可能較高,硫元素析出和產生硫沉積的幾率變大;同時高含量的H2S對單質硫又有較強的溶解力,硫元素析出和產生硫沉積的幾率又變小。但當溫度壓力降低到一定值,流體中的單質硫含量大于溶硫飽和度時,硫析出和硫沉積的可能性變大。
1.3利用普光氣田流體PVT物性研究結果進行分析預測
在普光氣田試氣過程中,進行了1井、2井的井口現場取樣,開展了流體PVT物性研究,根據研究結果,1井、2井不同溫度下含硫飽和度與壓力關系見圖1、2。
從含硫飽和度計算結果來看,以普光氣田1井、2井每天50萬方產量計算,假如含硫天然氣在地層條件下處于飽和狀態,當含硫天然氣從地層經井筒到達地面集輸設施時,利用圖2和圖3數據可預測接近1噸的單質硫析出,但從這兩口井的試氣情況來看,現場沒有如此多的硫磺析出來,說明1井、2井含硫天然氣在地層條件下未達到硫飽和狀態,生產過程中單質硫析出量不大,但這不能說明在開發過程中,隨著壓力和溫度的降低不會有硫沉積發生。
綜上所述,在開發過程中,普光氣田的生產井應該有單質硫在井筒中析出;普光氣田開發初期單井產量大于40×104m3/d,在這種高產條件下井筒中產生硫沉積的可能性較小,氣田開發到中后期,隨著氣井產量和壓力的降低,井筒中有可能產生硫沉積;目前國內外尚無硫沉積的預測方案,由于普光氣田目前沒有試采數據,無法準確判斷生產中是否會產生硫沉積。
2、普光氣田硫沉積防治措施
目前解決硫沉積的方法主要有三種:發生化學反應、加熱熔化、用溶劑溶解。
2.1加熱熔化
目前加熱熔化有蒸汽循環和熱溶劑循環。由于加熱熔化對管材腐蝕更嚴重,故不適合普光氣田井下除硫。
2.2發生化學反應
美國菲利浦斯石油公司提出的向硫沉積的氣井注空氣,利用空氣氧化井中的H2S或元素硫而發生熱量,這部分熱量使硫保持熔融狀態而被氣流帶出。美國佩特羅萊脫\\(Petrolite\\)公司提出的方法則是在注入井的石油餾分中加入可以和硫發生反應的物質\\(如烯烴\\),反應產物會分散或溶解在氣井液體中而帶出。發生化學反應的方法在構思上雖然有其獨特之處。但不太實用,目前現場還沒有使用過。
2.3用溶劑溶解硫的方法
溶劑主要分為不與硫產生化學反應僅起溶解作用的物理溶劑以及與硫產生化學反應的化學溶劑。物理溶劑攜帶硫的能力低于化學溶劑,庚烷、甲苯的溶硫量小,適合硫沉積不嚴重的井中;二硫化碳的溶硫量較大,但它的氣味大、劇毒易燃?；瘜W溶硫劑主要是與H2S和單質硫發生化學反應生成易流動的物質,溶硫量大,適合普光氣田硫沉積嚴重的井。溶劑溶硫能力數據見表3。
3、結論
元素硫的溶解機理一般有化學溶解和物理溶解兩種。影響硫沉積的因素除了溫度和壓力之外,重要的還有H2S、CO2等酸性氣體的含量以及元素硫在H2S中的溶解度等。普光氣田在生產過程中,井筒中可能會有單質硫析出,但產生硫沉積的可能性較小,氣田開發到中后期,隨著氣井產量和壓力的降低,井筒中有產生硫沉積的可能。普光氣田防止硫沉積采用的方法是向含H2S氣井中注入各種硫的溶劑。
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