高含硫氣藏元素硫溶解度測定技術(shù)

1.目的

在高含硫氣藏開發(fā)過程中，隨著溫度、壓力的變化，溶解在天然氣中的元素硫會析出并沉積在巖心孔喉表面，堵塞孔道，降低地層的孔隙度和滲透率，嚴(yán)重影響氣井的產(chǎn)能。因此為了安全、合理、高效開發(fā)高含硫氣藏，需要準(zhǔn)確測定元素硫在高含硫天然氣中的溶解度，掌握其變化規(guī)律、預(yù)測元素硫析出條件、預(yù)防硫沉積現(xiàn)象的發(fā)生。相關(guān)測定結(jié)果可以作為高含硫氣井產(chǎn)能配產(chǎn)、開發(fā)方案設(shè)計、地面設(shè)計、集輸建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對高含硫氣田高效安全清潔開發(fā)具有重要的意義。

2.方法

元素硫會溶解在高含硫氣體中，隨著溫度、壓力的降低，元素硫溶解度下降，當(dāng)氣體中的元素硫含量超過其溶解度，元素硫便會從氣體中析出?；谝陨显?，在高溫高壓高含硫氣體中加入過量的硫粉，使高含硫氣體中的元素硫達(dá)到飽和狀態(tài)，再降低氣體的溫度和壓力，計量釋放的氣體體積和析出的元素硫質(zhì)量，測定得到一定溫度、壓力條件下的元素硫溶解度。所研制的元素硫溶解度測定裝置如圖1所示，它可直接測定高溫高壓高含硫氣體中元素硫的溶解度。該裝置具有以下優(yōu)點：①采用自動化的流量計量系統(tǒng)，可以根據(jù)實驗過程中氣體流量大小自動切換不同量程的流量計，減少因計量量程不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差，提高實驗精度；②通過流量系統(tǒng)和微動態(tài)壓差控制系統(tǒng)聯(lián)動，配合全封閉的吸收裝置，防止因氣體流速過快而造成的吸收不完全和液體噴出現(xiàn)象，保障實驗流程的安全；③采用封閉的吸收液循環(huán)回注系統(tǒng)，減少實驗過程中吸收液的揮發(fā)，同時也可以循環(huán)利用吸收液，尾氣采用脫硫劑處理，以達(dá)到環(huán)保高效的要求。

圖1 元素硫溶解度測定裝置實物照片

3.應(yīng)用和效果

通過自主設(shè)計實驗流程、開發(fā)配套實驗技術(shù)，研制了國內(nèi)首臺元素硫溶解度測定裝置，能測定地層條件（最高溫度達(dá)200 ℃，最大壓力達(dá)100 MPa）變化至井口條件下的元素硫在高含硫天然氣中的溶解度。該裝置及技術(shù)已經(jīng)獲得中國、美國發(fā)明專利授權(quán)（中國專利號：ZL 2017 1 0547804.7，美國專利號：US 11233832B2）。該項測量技術(shù)已經(jīng)在四川盆地川中高石梯、磨溪，重慶大貓坪，川東北黃龍場等高含硫天然氣藏進行了推廣應(yīng)用，得到了針對特定井的元素硫溶解度變化曲線，結(jié)合與實驗測定元素硫含量趨勢線的對比結(jié)果，明確了高含硫氣藏開采過程中元素硫溶解度及含量的變化情況、分析了元素硫析出條件、解決了生產(chǎn)中的實際問題，為四川盆地高含硫氣藏安全高效開采開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

（萬瑩，王麗：中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院、國家能源高含硫氣藏開采研發(fā)中心。E-mail: wan_y@petrochina.com.cn 特約欄目主編高新平編輯居維清）