高含硫碳酸盐岩气藏衰竭实验研究

2013-05-30蒋光迹汤思斯黄元和周永志

石油化工应用 2013年1期

蒋光迹，汤思斯，黄元和，周永志

（1.中原油田普光分公司采气厂，四川达州 636150；2.西南油气田分公司川东北气矿，四川达州 636150）

普光气田属于高含H2S 和CO2海相碳酸盐岩气田，具有气藏埋藏深、地层压力高、有边底水的存在等特点[1,2]。边底水的存在对高含硫气藏开发将产生重大影响，四川威远震旦系气藏，含H2S 仅1.2 %~1.4 %，由于底水侵入，气井腐蚀严重[3-8]。为此，许多著名学者提出了要重视边、底水对高含硫气藏开发影响的研究,开展高含硫气藏的取样工作，进行相关实验研究[9-11]。目前，边底水会对普光气田的衰竭开发产生怎样的影响，开发过程中硫化氢含量究竟是怎样变化的[12-15]，现在还不明确。学者们对常规油气藏室内长岩心实验研究较为深入[16-17]，但对高含硫碳酸盐岩气藏物理模拟实验研究较少，国内还未见高含硫气藏衰竭实验的报道。为此，笔者根据普光气田储层与流体进行了衰竭实验，在取得的基岩基础上进行造缝，组合成长岩心，采用高含硫气体开展了无水体和1 倍水体衰竭实验研究，对比分析了两组衰竭实验的异同，对采收率、产水量和硫化氢含量的变化进行了重点论述。该实验对高含硫碳酸盐岩气藏的合理开发提供了技术支撑。

1 实验准备

1.1 衰竭实验装置

衰竭实验采用加拿大高温高压长岩心驱替装置，整个装置主要由注入泵系统、长岩心夹持器、回压调节器、控温系统、液体分离器、气量计和气相色谱仪等组成（见图1）。最高工作压力70 MPa，最高工作温度180 ℃。

1.2 流体样品准备

从生产现场取得高含硫气体样品，在实验室进行复配后进行实验研究，气体H2S 含量为14.89 %，CO2含量为8.93 %，CH4含量为75.71%。

地层水根据现场分析资料在室内自行配制。其总矿化度为78 733 mg/L，水型为Na2SO4型。

1.3 岩心样品准备

图1 衰竭实验流程

取得现场没有裂缝的碳酸盐岩岩心，清洗烘干后进行孔隙度和渗透率测试，并认为此时的孔渗代表基岩的孔隙度和渗透率参数，实际测试平均孔隙度6.65 %，平均渗透率1 mD，然后采用专门的岩心造缝技术进行造缝，并保证造缝后岩心渗透率介于5~14 mD。选择造缝后的岩心8 块进行衰竭实验研究，岩心方采用调和平均的方法进行排列，拼结后形成平均渗透率8.99 mD，平均孔隙度7.42 %，总长度为51.96 cm 的长岩心进行实验研究。

裂缝型碳酸盐岩岩心制作原理如下所示：通过控制两端应力大小及端块的形状，从而根据不同应力分布，来调节孔渗大小及缝的多少，从而达到所要求的渗透率，示意图（见图2）。根据这一方法，可以解决现场取不到有代表性岩心的问题，满足了实验的要求。

图2 裂缝—孔隙型岩心制备示意图

2 实验步骤

在岩心中饱和高含硫气体，建立相应的地层条件，压力为55.8 MPa，温度为125.3 ℃。然后进行如下两组实验研究：无水体衰竭实验和1 倍水体衰竭实验，（1倍水体指水体的体积等于长岩心的烃类孔隙体积）。实验测试过程如下：对岩心抽空，在低压下饱和定量束缚水，用气体驱替，使束缚水均匀分布在岩心中，建立岩心的束缚水饱和度为17.2 %，然后再用氮气建立系统压力到55.8 MPa，连接系统和回压阀，保持流动系统通畅；用高含硫气体驱替岩心中的氮气，测量岩心出口的气体组成。直到岩心出口气体组成与原始气体样品的组成一致时，则高含硫气体在岩心饱和成功，完成原始状态过程建立，然后进行无水体衰竭实验和1 倍水体衰竭实验。采出流体在室内条件下分离为气样和水样，用玻璃瓶收集水样并称重，采出气量用气量计计量。在实验过程中，对每个测试点都要记录相应参数，包括产水量、采气量，并对气体进行组分分析。

3 实验结果与讨论

3.1 无水体衰竭实验

无水体衰竭实验中，整个衰竭过程中没有水产出，采出程度和硫化氢含量的变化（见图3）。

图3 无水体衰竭实验采出程度和硫化氢含量变化

无水体衰竭实验在衰竭过程中没有水产出，随着衰竭压力的降低，天然气中硫化氢含量变化不大，在14.89 %附近波动。当衰竭压力下降到大气压时，岩心中的气体全部采出，采出程度为100 %。当衰竭压力达到废弃压力14 MPa 时，采出程度为70.22 %。

3.2 1 倍水体衰竭实验

1 倍水体衰竭实验的实验结果（见图4 和图5）。

由图4、图5 实验结果可知，当衰竭压力达到35 MPa时，地层水开始产出。随着衰竭压力的降低，产出水量越来越多。当衰竭压力达到废弃压力14 MPa 时，产出水量为1.79 g,累计产出水量为3.58 g。可见，衰竭过程中一旦有水产出，产水量便会迅速增加。由于岩石的亲水性,水窜入裂缝后,总是沿裂缝和孔隙表面流动，所以产出水量迅速增加。

图4 1 倍水体衰竭实验采出程度和硫化氢含量变化

图5 1 倍水体衰竭实验产水量

当衰竭压力下降到14 MPa 时，天然气采出程度为68.61 %。当衰竭压力达到大气压时，天然气的最终采出程度为95.58 %。可见，水的产出降低了天然气的采出程度。

分析天然气中硫化氢含量的变化，随着衰竭压力的降低，天然气中硫化氢含量逐渐增加，由最初的14.89 %上升到18.35 %。

3.3 两组实验结果对比分析

现将无水体衰竭实验和1 倍水体衰竭实验结果，进行对比分析，分析结果（见图6 和图7）。图6 是两组实验的天然气采出程度对比，图7 是硫化氢含量变化的对比。

由实验结果可知，1 倍水体衰竭天然气的采出程度低于无水体衰竭时的采出程度。对比两组实验的采出程度可知，在未出水之前，天然气采出程度变化不大，在产出水后，1 倍水体衰竭的天然气采出程度逐渐低于无水体衰竭的采出程度。分析原因，产出水后，地层水首先占据大裂缝渗流通道，其次中小裂缝，最后为微细裂缝和孔隙。气藏出水后大裂缝被地层水占据，通过大裂缝连通的微细裂缝及基质孔隙的各区块，就会被分割成互不连通的死气区块。在微细裂缝及基质岩块中的气很难采出, 影响气藏的采出程度。所以出水后，天然气的采出程度会降低。

图6 无水体衰竭和1 倍水体衰竭天然气采出程度对比

图7 无水体衰竭和1 倍水体衰竭硫化氢含量对比

1 倍水体衰竭时，天然气中硫化氢含量逐渐增加，由14.89 %上升到18.35 %。而无水体衰竭时，天然气中硫化氢含量变化不大。分析原因，可能是因为硫化氢从水相到气相所致。在原始地层压力55.8 MPa 条件下，H2S 在地层水中大量溶解；在衰竭过程以后，地层压力逐渐降低，H2S 在地层水中溶解度降低，部分原来溶解于地层水中H2S 开始析出，使得产出气体中H2S含量增加。