高含硫气藏硫微粒运移沉积数值模拟研究

论文摘要

近几年来，我国在四川东北部相继发现了一系列高含硫气藏，如罗家寨气田和普光气田等。高含硫气藏含有大量的硫化氢。硫化氢气体具有剧毒性和强腐蚀性，因此高含硫气藏属于高危气藏。2003年12月23日发生在罗家寨气田的恶性井喷事故向人们警示了开发高含硫气藏存在的危险性。在开发上，高含硫气藏属于一类特殊气藏。开发过程中，伴有元素硫的析出、沉积、气相组成变化和沉积硫堆积在孔隙喉道污染地层等特殊现象。其中硫微粒的沉积将降低地层孔隙度和渗透率，影响气藏的产能。严重的硫沉积甚至会导致气井报废。 论文在分析高含硫气藏地质成因、相态变化特征、渗流特征、硫微粒溶解、析出、和运移沉积机理的基础上，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。将该模型离散为数值模型，利用VB语言编制了模型的计算机求解程序，模拟计算了SPE36707论文高含硫气藏算例。计算结果与文中Roberts计算结果趋势一致，由于模型考虑了硫微粒的运移，因此模型计算值偏高，但仍能说明论文模型是可靠的。 在所建立的高含硫气藏硫微粒运移沉积模型基础上，模拟分析了高含硫气藏硫微粒沉积影响因素：气藏初始溶解元素硫和是否饱和溶解元素硫是高含硫气藏硫沉积发生的重要前提条件；硫沉积对气井产能的影响主要表现在三方面：稳产时间减少，产量递减期缩短和递减期内递减率增加，以及气藏最终采出程度降低；在定产量生成的情况下，孔隙度越高，硫微粒的沉积速度越低，渗透率越低，硫沉积速度越高；元素硫在高含硫气体中的溶解是随硫化氢浓度的增加而增加，因此硫化氢浓度越高，元素硫溶解就越多，硫沉积就越严重；温度和压力是影响元素硫在高含硫气体中溶解的重要因素，当地层初始饱和溶解元素硫，并且气井是定产量生产时，地层初始压力越高，温度越高，硫沉积速度就越快；气流速度越大，地层的压降也越大，则硫沉积速度就越大；地层表皮系数越大，井筒附近地层的附加压降就越大，则该区域地层的硫沉积速度就越快。 论文以西南油气田重庆气矿高桥气田飞仙关组高含硫气藏为例，在假设气藏初始饱和溶解元素硫的条件下，模拟分析了硫微粒沉积对气井产能的影响。模拟发现：气藏中只要存在压力降的区域都会有硫微粒沉积，但是硫沉积严重的区域主要集中在井筒周围的地层中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目标、主要研究内容及技术路线
• 1.4 主要研究成果及创新
• 2 高含硫气藏地质成因及渗流特征
• 2.1 高含硫气藏地质成因
• 2.2 硫化氢的物理化学性质
• 2.3 元素硫的物理化学性质
• 2.4 高含硫气藏的相态变化特征
• 2.5 元素硫在高含硫气体中的溶解与析出
• 2.6 本章小结
• 3 硫微粒运移沉积研究方法理论基础
• 3.1 多孔介质和流体
• 3.2 连续介质方法
• 3.3 宏观气固运移机理
• 3.3.1 气固两相流动特征
• 3.3.2 微粒在气流中的受力
• 3.3.3 颗粒动力学
• 3.3.4 气固运移模型
• 3.4 本章小结
• 4 微粒在孔隙介质中的运移、沉积机理
• 4.1 微粒运移、沉积特征
• 4.2 微粒受力分析
• 4.2.1 气流中微粒的受力
• 4.2.2 孔隙表面微粒的受力
• 4.3 孔隙介质与微粒间的作用
• 4.4 微粒在孔隙介质中的吸附
• 4.5 本章小结
• 5 硫微粒在孔隙介质中的运移沉积及模型建立
• 5.1 元素硫在孔隙介质中的运移机理
• 5.1.1 液态硫在孔隙介质中的运移
• 5.1.2 固态硫硫微粒在孔隙介质中的运移
• 5.2 元素硫在孔隙介质中的沉积机理
• 5.2.1 液态硫在孔隙介质中的沉积
• 5.2.2 固态硫微粒在孔隙介质中的沉积
• 5.3 元素硫在孔隙介质中运移沉积模型的建立
• 5.3.1 液态硫在孔隙介质中的运移模型
• 5.3.2 固态硫微粒在孔隙介质中的运移沉积模型
• 5.4 硫微粒运移沉积对孔隙介质的物理影响
• 5.4.1 硫沉积对地层孔隙度的影响
• 5.4.2 硫沉积对地层渗透率的影响
• 5.5 本章小结
• 6 高含硫气藏硫微粒运移沉积气固数学模型
• 6.1 基本假设条件
• 6.2 气相连续性方程
• 6.3 元素硫连续性方程
• 6.4 非硫组分微分方程
• 6.5 元素硫析出及硫微粒运移沉积模型
• 6.5.1 元素硫析出模型
• 6.5.2 硫微粒在气流中运移速度计算模型
• 6.5.3 硫微粒沉降模型
• 6.5.4 元素硫的吸附模型
• 6.5.5 地层伤害模型
• 6.6 模型辅助方程
• 6.7 模型定解条件
• 6.8 本章小结
• 7 高含硫气藏硫微粒运移沉积气固模型的求解
• 7.1 模型差分方程的建立
• 7.2 程序框图
• 7.3 模型求解过程稳定性控制方法
• 7.4 高含硫气藏算例（SPE论文）计算及分析
• 7.5 本章小结
• 8 高含硫气藏硫微粒沉积机理模拟研究
• 8.1 硫沉积对均质、非均质高含硫气藏生产的影响
• 8.2 孔隙度对硫微粒沉积的影响
• 8.3 渗透率对硫微粒沉积的影响
• 8.4 硫化氢浓度对硫沉积的影响
• 8.5 含硫气体初始溶解元素硫浓度对硫沉积的影响
• 8.6 初始地层压力对硫沉积的影响
• 8.7 地层温度对硫沉积的影响
• 8.8 气流速度对硫沉积的影响
• 8.9 表皮系数对硫沉积影响
• 8.10 本章小结
• 9 应用实例—重庆高桥气田硫沉积模拟研究
• 9.1 高桥气田基本概况
• 9.1.1 地质概况
• 9.1.2 地层流体性质
• 9.2 网格模型的建立及划分
• 9.3 模拟计算及结果分析
• 9.4 本章小结
• 10 结论及建议
• 10.1 结论
• 10.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 符号说明