高含硫气藏硫沉积储层伤害实验及模拟研究

发布时间：2016-12-15 05:11

  本文关键词：高含硫裂缝性气藏储层伤害数学模型，由笔耕文化传播整理发布。

《西南石油大学》 2010年

高含硫气藏硫沉积储层伤害实验及模拟研究

张文亮  

【摘要】： 高含硫气藏作为非常规气藏重要组成部分,在我国四川盆地川渝地区有着广泛的分布。该类气藏在开采过程中,随着气体产出,地层压力不断下降,元素硫将以单体形式从载硫气体中析出,且在适当的温度条件下以固态硫的形式存在,并在储层岩石的孔隙喉道中沉积,从而堵塞天然气的渗流通道,降低地层有效孔隙空间及渗透率,影响气井的产能。 本文在硫沉积储层伤害实验基础上,针对高含硫气藏复杂渗流特征,突破传统意义上经典的渗流理论,基于空气动力学气固理论描述硫微粒在多孔介质中的运移和沉积,建立了考虑硫沉积的高含硫气藏气液固耦合综合数学模型,在此基础上进行了硫沉积机理研究,为高含硫气藏气井合理配产、开发动态指标预测、气藏开发方案编制和产能建设提供了科学依据。 取得的主要成果如下： (1)采用实验和理论相结合的研究方法,自主研发了硫沉积实验流程和实验装置,建成了国内唯一的硫沉积评价实验室。物理模拟测试了多孔介质中H2S-CO2-H2O-固态硫-天然气共存体系相态特征参数。应用研制的实验设备,实验证实了地层中确实有元素硫沉积,硫沉积与温度与压力、气体流动速度、气体组分及H2S含量、地层孔隙结构等因素有关。 (2)建立了一套基于热力学和动力学的硫沉积预测模型,形成了一套硫析出和硫沉积的判断准则,为硫沉积准确预测和防治提供了理论支持。 (3)研究了普光气田地层硫沉积的机理,并结合普光气田开发方案及气藏工程和渗流力学理论,对普光气田地层硫沉积的开始时间进行预测。 (4)将非平衡相变理论引入地层硫沉积中,对普光气田开发过程中不同开发阶段地层硫沉积的径向分布进行描述,在此基础上进一步预测不同时刻硫沉积对气井产能的影响。 (5)建立了高含硫气藏元素硫在孔隙介质中运移沉积模型和气-液-固耦合综合模型,研制出适应高含硫气藏开发的数值模拟软件。应用该软件进行了普光气田开发方案设计与开发指标预测研究。为普光气田高效开发制定了合理的工作制度参数,为气田稳产及产能接替提供了重要理论依据。

【关键词】：
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE258
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-10

1 绪论10-17

1.1 研究目的与意义10-11

1.2 国内外研究现状及进展11-13

1.2.1 硫在酸气中溶解度的物理模拟及预测模型研究11-12

1.2.2 硫沉积对储层伤害的实验及预测模型研究12-13

1.2.3 硫化氢气体及硫在地层中的吸附13

1.3 研究目标及技术路线13-15

1.3.1 研究目标13-14

1.3.2 研究方法与技术路线14-15

1.4 论文完成的主要工作及创新15-17

1.4.1 论文完成的主要工作15-16

1.4.2 论文创新点16-17

2 普光气田地质特征及开发特征17-32

2.1 地层特征17

2.2 物性基本特征17-19

2.3 储层物性分布特征19-20

2.4 气藏特征20-22

2.4.1 流体性质20

2.4.2 流体分布特征20-21

2.4.3 地层压力与温度21-22

2.4.4 气藏类型22

2.5 普光气田2009年产能分析22-32

3 高含硫气藏硫沉积生成条件和析出条件研究32-52

3.1 硫沉积生成条件和析出条件研究32-37

3.1.1 硫的存在状态32-33

3.1.2 元素硫的运载机理33

3.1.3 硫沉积的热力学机理33-37

3.2 硫沉积动力学机理37-47

3.2.1 颗粒在气流中的受力38-40

3.2.2 孔隙表面颗粒的受力40-41

3.2.3 携带颗粒临界气流速度41-44

3.2.4 硫析出条件判定44-47

3.3 硫沉积对孔隙介质的影响47-50

3.3.1 硫沉积对地层孔隙度的影响47-48

3.3.2 硫沉积对地层渗透率的影响48-50

3.4 硫沉积的影响因素50-52

4 高含硫气藏硫沉积对储层伤害研究52-82

4.1 元素硫溶解度测定52-57

4.1.1 析出的单质硫现象观察52-55

4.1.2 元素硫溶解度实验测试55-57

4.2 气液固相平衡组分硫计算57-62

4.2.1 相平衡时物质平衡方程57-60

4.2.2 气液固三相相平衡计算60-62

4.3 衰竭过程硫沉积储层伤害实验62-68

4.3.1 实验目的62

4.3.2 实验方案设计62-63

4.3.3 实验流程和实验步骤63-68

4.4 硫沉积对储层伤害实验研究68-78

4.5 硫沉积储层伤害影响因素实验研究78-82

4.5.1 渗流规律实验研究78-79

4.5.2 气质对储层岩石损害的影响79-80

4.5.3 初始压力对储层岩石损害的影响80-82

5 普光气田地层硫沉积分布规律及对产能影响研究82-100

5.1 普光气田地层硫沉积相态确定82-83

5.2 地层硫沉积理论预测模型83-86

5.3 径向上地层硫沉积分布规律86-88

5.4 普光气田径向上地层硫沉积影响范围确定88-91

5.5 普光气田地层硫沉积对气井产能的影响91-100

5.5.1 液态硫沉积对普光气田气体渗透率的影响91-92

5.5.2 考虑硫沉积的气体渗流模型建立92-94

5.5.3 普光气田不同开发阶段地层硫沉积对气井产能的影响94-100

6 高含硫气藏气液固耦合综合数学模型100-125

6.1 综合数学模型基本假设条件100-101

6.2 气液固耦合综合数学模型101-104

6.2.1 基本微分方程组101

6.2.2 模型辅助方程101-102

6.2.3 边界条件102

6.2.4 初始条件102-103

6.2.5 元素硫析出及硫微粒运移沉积模型103-104

6.3 气液固耦合综合数学模型差分化104-111

6.3.1 差分方程的建立104-108

6.3.2 差分方程的线性化处理108-110

6.3.3 差分方程的求解110-111

6.4 程序框图111-114

6.5 气液固耦合综合数学模型的算例验证114-117

6.6 硫沉积模拟应用实例一117-120

6.7 硫沉积模拟应用实例二120-125

7 结论及建议125-127

7.1 研究结论125-126

7.2 建议126-127

致谢127-128

参考文献128-130

符号说明130-131

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本文编号：213259