高含硫气藏特殊流体相态及硫沉积对气藏储层伤害研究

论文摘要

随着世界能源需求的日益加大，高含硫气藏在整个天然气工业生产中的地位越来越突出。然而，与普通气藏不同，高含硫气藏具有特殊的高压流体PVT性质、元素硫沉积、气液固相互转化及非达西流动等复杂特征，这给该类气藏开发带来了极大的困难和挑战，同时由于高含硫气藏开发方案及其开发动态预测的不可靠性，将给工程项目管理、环境保护以及社会发展造成严重的危害。引起世界广泛关注的2003年12月23日重庆开县罗家寨飞仙关鲕滩气藏发生的悲剧性特大罕见井喷事故和2006年3月25日开县高含硫天然气泄漏事故给了油气田开发工程研究领域深刻的启示。为此，本文对高含硫气藏流体高压PVT物性参数计算、高含硫气藏特殊流体相变、元素硫溶解度的预测和关联，以及元素硫沉积对气藏储层伤害等内容进行深入研究。这些研究内容也是国家自然科学基金项目（“高含硫裂缝性气藏流体相变与气液固耦合综合模型研究”）的主要研究成果。 以前人的实验研究成果为基础，采用建立理论模型和模型应用相结合的研究方法开展了以下工作： （1）归纳高含硫气体高压PVT物性参数的计算方法，并以实验研究成果为基础，比较各计算方法的优缺点和准确性。 （2）研究高含硫气体混合物中的特殊相态变化，包括元素硫的溶解与沉积、元素硫凝固点变化、元素硫相态变化特征、元素硫和纯硫化氢混合物相态变化特征以及元素硫和高含硫混合物相态变化特征等内容。 （3）元素硫在高含硫气体中的溶解与沉积过程实质上是溶质在超临界流体中的溶解与萃取过程，利用超临界流体相平衡的相关理论，建立高含硫气体中气固相平衡热力学模型。 （4）利用热动力学相平衡原理，建立高含硫气体中硫溶解与沉积的气-液-固三相相平衡的热力学数学模型，并利用实验结果对模型进行分析验证。 （5）在达西和非达西流动条件下建立元素硫沉积预测模型，并运用该模型模拟计算元素硫沉积对高含硫气藏储层的伤害程度。 通过以上研究，本文取得了以下主要研究成果和结论： （1）LBC经验公式法预测酸性气体粘度准确性较高，而LG及其校正法仅能用于常规气体粘度的预测，若用于酸性气体粘度时偏差较大。 （2）通过引入超临界流体中的压缩气体模型，建立了高含硫气藏中硫溶解度的关联和预测模型，通过实例计算发现，该模型能准确的计算和预测高含硫酸性气体

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出、目的和意义
• 1.1.1 高压PVT性质研究的意义
• 1.1.2 硫溶解与沉积研究的意义
• 1.1.3 元素硫沉积对地层伤害研究的意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 高压PVT物性参数计算研究现状
• 1.2.2 硫沉积研究现状
• 1.2.3 元素硫沉积对地层伤害研究现状
• 1.3 本文研究思路
• 1.4 本文研究目标、内容及技术路线
• 1.5 本文所完成的主要研究成果和创新
• 1.5.1 论文完成的主要工作
• 1.5.2 论文的创新点
• 2 高含硫酸性天然气物理性质研究
• 2.1 饱和压力研究
• 2.1.1 饱和压力的实验确定
• 2.1.2 饱和压力的模拟和预测模型
• 2.1.3 状态方程的选取和比较
• 2.2 偏差系数研究
• 2.2.1 定义及确定方法
• 2.2.2 偏差系数的实验确定
• 2.2.3 偏差系数计算模型及其校正
• 2.2.4 偏差系数计算模型的对比计算和分析
• 2.3 酸性气体粘度计算研究
• 2.3.1 粘度计算模型
• 2.3.2 粘度非烃校正模型
• 2.3.3 粘度计算及方法对比分析
• 2.4 本章小结
• 3 高含硫气体特殊相态变化和元素硫的物理性质
• 3.1 高含硫气体特殊相态变化
• 3.1.1 硫溶解与沉积
• 3.1.2 元素硫凝固点变化
• 3.2 硫与高含硫混合物的相态变化特征
• 3.2.1 高含硫气体的相态变化
• 3.2.2 元素硫的相态变化
• 2S的相态'>3.2.3 硫与纯H₂S的相态
• 3.2.4 硫与高含硫混合物的相态
• 3.3 元素硫的物理性质
• 3.3.1 硫的存在状态
• 3.3.2 硫的饱和蒸气压
• 3.3.3 硫的密度
• 3.3.4 硫的粘度
• 3.3.5 硫的比热容
• 3.3.6 硫的熔点、沸点和临界条件
• 3.4 本章小结
• 4 高含硫气体气固相平衡热力学理论研究
• 4.1 多相相平衡的热力学平衡判据
• 4.2 超临界流体气固相平衡模型研究
• 4.2.1 超临界流体技术的概念及其性质
• 4.2.2 超临界流体萃取技术的特点及其发展
• 4.2.3 超临界流体萃取体系气固相平衡方法研究
• 4.3 高含硫气体中硫溶解度研究
• 4.3.1 高含硫气体中气固热力学稠密气体模型
• 4.3.2 高含硫气体中固体硫溶解度的经验关联模型
• 4.3.3 两种热力学模型的比较
• 4.4 本章小结
• 5 状态方程与混合规则的选择
• 5.1 状态方程的选择
• 5.1.1 维里方程
• 5.1.2 立方型方程
• 5.2 混合规则的选择
• 5.2.1 维里方程的混合规则
• 5.2.2 van der Waals单流体混合规则
• 5.2.3 Adachi和Schwartzentruber混合规则
• 5.2.4 谷明星混合规则
• 5.2.5 混合规则的比较与选取
• 5.3 本章小结
• 6 高含硫混合物气液和气液固相平衡热力学研究
• 6.1 高含硫混合物气液相平衡
• 6.1.1 相平衡时物质平衡方程
• 6.1.2 相平衡时热力学平衡方程组
• 6.1.3 相平衡计算数学模型
• 6.2 高含硫混合物气液固相平衡
• 6.2.1 相平衡时物质平衡方程
• 6.2.2 相平衡计算数学模型
• 6.3 高含硫混合物气液和气液固相平衡计算方法
• 6.3.1 相平衡时组分硫的计算
• 6.3.2 三相相平衡稳定性判断
• 6.3.3 高含硫混合物相平衡计算步骤
• 6.4 本章小结
• 7 高含硫气田硫沉积对气藏储层的伤害研究
• 7.1 模拟模型的建立
• 7.2 达西运动时硫沉积模型的建立
• 7.3 达西运动时硫沉积模型的运用
• 7.3.1 硫沉积对地层孔隙度的影响
• 7.3.2 硫沉积对地层渗透率的影响
• 7.3.3 硫沉积对地层含硫饱和度的影响
• 7.3.4 硫沉积生产极限时间的确定
• 7.3.5 硫沉积对气井产能的影响
• 7.4 非达西运动时硫沉积模型的建立
• 7.5 非达西运动时硫沉积模型的运用
• 7.5.1 硫沉积对地层孔隙度的影响
• 7.5.2 硫沉积对地层渗透率的影响
• 7.5.3 硫沉积对地层含硫饱和度的影响
• 7.5.4 硫沉积生产极限时间的确定
• 7.5.5 硫沉积对气井产能的影响
• 7.6 本章小结
• 8 高含硫气藏元素硫溶解度和硫沉积对地层伤害的实例计算与分析
• 8.1 高含硫气固平衡模型的模拟计算
• 8.2 高含硫气液固相平衡模型的模拟计算
• 8.3 高含硫气井硫沉积对地层伤害实例研究
• 8.3.1 实例井的基本情况
• 8.3.2 实例计算及分析
• 8.4 本章小结
• 9 结论与建议
• 9.1 主要研究结论
• 9.2 建议及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 博士期间完成的主要科研项目
• 答辩委员会