含硫气藏硫动态沉积分布预测方法研究

Elemental sulfur deposition is one of the most important problems in the development of sour gas reservoir. Elemental sulfur may precipitate from sour gas with reservoir temperature and pressure decreasing. Pores in reservoirs may be blocked if gas can not carry precipitated sulfur. Therefore, it is important to predict the position of elemental sulfur depoition in those pores; and to build a method of predicting sulfur dynamic deposition and distribution in a sour gas reservoir.In order to increase the accuracy of prediction, this project mainly focuses on three parts. Firstly, based on the solubility experiment of elemental sulfur in sour gas as well as physical and chemical theories, the relationship between sulfur solubility and sour gas composition under different temperature and pressure is presented and the rule of elemental sulfur precipitation is revealed. Secondly, movement mechanics model of elemental sulfur is built on the basis of particle movement mechanics theory, and then the stress conditions of precipitated sulfur and dynamics characteristics are analyzed. Finally, with the dynamic deposition of elemental sulfur being taken into consideration, a sour gas reservoir damage model is established based on oil/gas percolation theory and gas reservoir engineering principle, and the dynamic distribution of elemental sulfur near wellbore in a sour gas reservoir can be calculated. The project can give important technical supports for sour gas reservoirs development. Particularly, it will be of great significance to establish a method of predicting sulfur dynamic deposition and distribution in a sour gas reservoir.

硫沉积是含硫气藏开发面临重要难题之一。随着储层温度压力的降低，元素硫会从含硫天然气中析出，如气流无法携带析出的元素硫，则其会沉积堵塞储层孔隙。准确判断元素硫在储层中析出位置、分析析出元素硫在储层孔隙中运动力学特征及硫沉积动态分布预测方法的研究就显得非常重要。因此，本项目首先基于元素硫在含硫天然气中溶解度实验研究，应用物理化学原理，建立不同温度压力范围下，元素硫在不同组分含硫天然气中溶解度关联式，揭示元素硫从含硫天然气中析出的规律。其次，基于颗粒运动力学理论，建立储层孔隙中硫颗粒运移力学模型，分析析出元素硫在储层孔隙中受力情况及运动力学特征。最后，结合油气渗流理论及气藏工程原理，建立考虑析出元素硫动态沉积的含硫气藏储层伤害模型，计算含硫气藏近井地带析出元素硫动态分布随时间的变化规律。该项目可为含硫气藏高效科学开发提高重要的技术支持，特别对含硫气藏元素硫动态沉积预测方法的建立具有重要理论价值。

元素硫沉积对储层伤害的影响是油藏工程师在开发含硫气藏过程中面对的难题之一。随着储层温度压力的降低，元素硫会从含硫天然气中析出，如气流无法携带析出的元素硫，则其会沉积堵塞储层孔隙。准确判断元素硫在储层中析出位置、分析析出元素硫在储层孔隙中运动力学特征及硫沉积动态分布预测方法的研究就显得非常重要。本项目首先基于元素硫在含硫天然气中溶解度实验研究，应用物理化学原理，建立了不同温度压力范围下，元素硫在不同组分含硫天然气中溶解度关联式，揭示元素硫从含硫天然气中析出的规律。其次，基于颗粒运动力学理论，建立储层孔隙中硫颗粒运移力学模型，分析析出元素硫在储层孔隙中受力情况及运动力学特征。最后，结合油气渗流理论及气藏工程原理，建立考虑析出元素硫动态沉积的含硫气藏储层伤害模型，计算含硫气藏近井地带析出元素硫动态分布随时间的变化规律。研究结果表明：建立的元素硫溶解度预测模型能较好的计算不同温度压力下元素硫在不同天然气组分中溶解度的变化，该模型相比Roberts溶解度预测模型，更加接近真实的实验数据。析出的元素硫不容易随气流运移，因为其运移需要的临界速度远远大于正常气井生产的所能提供的流体流速，仅仅近井地带部分元素硫颗粒会被携带出地层，元素硫沉积最大量位置不在井底，而是在距井底一定距离处。基于本研究建立的元素硫溶解度模型，考虑元素硫颗粒动态运移过程，计算分析了元素硫析出量对储层孔隙度和渗透率的影响，本项目认为元素硫析出量较为有限，对储层伤害也是较小的，仅仅在生产后期，储层温度压力降幅较大的情况下，其影响才较为严重，远没有以往研究报道的硫沉积对储层伤害极其严重的结果。这一全新的观点将会对后续含硫气藏的开发产生重要的影响。