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含硫化氢气井酸化中的控硫控铁及酸化压裂技术研究

陈红军  
【摘要】:含硫化氢(H_2S)气藏为一类重要而特殊的气藏,我国含硫、高含硫气藏约占气层气总资源量的1/4,安全、高效地开发利用我国含硫、高含硫气藏,对实现我国天然气上下游工业的协调发展,缓解我国天然气供需矛盾,具有重要的意义。我国含硫化氢气藏硫化氢含量的高低明显地受储层的岩性控制,其储集层具有埋深大、地温高、物性条件差的特征。含硫气藏自身储层特征和硫化氢特定的化学性质决定了含硫气藏具有开发难度大、储层改造中难点问题多、配套措施要求高、操作费用高的特点。目前国外对高含硫气藏储层改造的现有经验表明,水力压裂技术面临施工压力高、高滤失、易水锁、裂缝导流能力低、压裂液交联效果差、破胶困难、压裂液悬砂性能差等主要技术问题,水力压裂技术常常在含硫气藏储层改造中失败;酸化压裂处理往往比水力压裂成功率要高,效果更显著。国外对适应含硫气井储层改造的酸液体系研究经历了近30年的时间,形成了以胶凝酸和乳化酸为代表的酸液体系,目前对含硫储层酸压作业仍需急待解决的主要技术问题有:酸岩反应速率快、酸液穿透距离短、铁沉积问题、单质硫沉积问题、管柱防腐与缓蚀问题。 论文从化学热力学理论和离子平衡理论出发,对Fe~(2+),Fe~(3+)在常规条件和含硫化氢条件下的沉积行为进行了系统的分析与对比,首次提出了一套有别于常规和国外对含硫气井控硫控铁问题处理的新思路,解决含硫气井酸化作业中FeS和S沉积的思路和对策是铁离子稳定剂和硫控制剂同时组合使用,直接控制单质硫的析出,使其形成可溶性化合态硫,避免了走“硫析出,再补救”的老路,这与国外控硫控铁方法有本质的区别。紧扣含硫储层酸压作业所面临的主要技术问题,针对硫化氢特定的理化性质,论文提出了适应含硫、高含硫气井酸压作业的匹配添加剂—铁离子稳定剂、控硫剂和硫化氢吸收剂,解决了含硫化氢气藏酸化改造中十分棘手的铁沉积问题和硫沉积问题。含硫化氢气藏酸化改造中铁沉积问题和硫沉积问题的攻克,是实现含硫气藏高效安全开发的关键技术问题,具有普遍意义。针对含硫化氢气藏储层高温、高含硫、低渗透的主要特点,提出了具有高粘度、低摩阻特征的新型乳化酸液体系,开发了具有良好性能的复合型乳化剂PM。通过大量室内实验研究,对研制的铁离子稳定剂、单质硫处理剂、硫化氢吸收剂和复合型乳化剂进行了系统的研究和测试,对酸液体系进行了系统的流变学研究,改进和优化了酸液体系的整体性能。 对建南气藏长兴组岩心在环流多功能模拟装置上进行大量的模拟实验,测定储层酸-岩反应机理及动力学相关参数,对储层岩样进行酸蚀裂缝导流能力试验研究,对乳化酸携砂新工艺进行了实验论证。通过环流装置酸岩平行板反应模型试验结果,建立了沿裂缝方向的酸液浓度分布、缝宽动态扩展、酸液前沿的流速分布模型。结合建南气藏长兴组岩心在环流多功能模拟装置上进行大量实验模拟结果,优选出适合建南气藏长兴组储层的酸压工艺技术。


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