高含硫气藏元素硫沉积防治技术研究

高含硫气井中的硫沉积规律丁健;石在虹;牛骏;韩冬深;张磊;顾庆东【摘要】In consideration of the difficulties of sulfur release and deposition prediction in wellbores with high content of sulfur, a mathematical model was built for multi-phase fluid flow and heat transfer in gas wells with high content of sulfur, and a discrimination rule and computing method were given for multi-field coupling sulfur release in wellbore and sulfur deposition. The computing results show that the sulfur solubility from hole bottom to wellhead in gas well with high sulfur content decreases gradually, showing non-linear variation; sulfur release occurs in the wellbore, and the precipitation location and amount are mainly affected by temperature gradient, pressure gradient and H2S mass concentration; and sulfur deposition in wellbore is mainly affected by gas carrying capacity and local flow field disturbance. The greater the temperature and pressure decrease, the earlier the sulfur precipitates; under the same flow pressure, the higher the gas production is, the earlier the sulfur precipitates and the greater the precipitation is. This study simulates the production performance of gas wells and gives the distribution law of sulfur release, sulfur deposition, pressure and temperature in gas wells with high sulfur content; the calculation results may be used to provide guidance for field adjustment of development scheme and optimization of production parameters and provide basis for formulating a scheme to prevent sulfur deposition.%针对高含硫气井井筒硫析出、硫沉积预测难题，建立了高含硫气井井筒多相流动和传热数学模型，给出了多场耦合井筒硫析出、硫沉积判别准则和计算方法。

元素硫沉积对储层的伤害及解除摘要：论文综述了元素硫沉积的形成过程及其影响因素，并介绍了多种解除元素硫沉积的方法。

其形成过程包括硫微粒的溶解、析出、运移和沉积，影响元素硫沉积的主要因素有：天然气的组分、温度、压力、产量和渗流介质特征。

硫沉积的机理包括化学沉积和物理沉积。

解除硫沉积伤害的措施主要包括溶剂溶解硫、利用化学反应技术、酸化压裂技术以及除垢技术等。

还可利用生物技术消除来防治硫沉积。

关键词：硫沉积影响因素储层伤害解除1前言高含硫气藏是一类特殊气藏，其中硫沉积被认为是高含硫气藏开发三大难题之一，另外两大难题是硫化氢的剧毒性和强腐蚀性。

硫沉积过程是一个复杂过程：当溶解在酸性气体中的元素硫达到饱和后，随着压力和温度的降低，元素硫在酸气中溶解度将降低，元素硫析出，如果温度高于元素硫在该压力下的凝固点，则析出的硫为液态，液态元素硫会被高速气流携带出地层，不会对地层造成影响；如果地层温度低于硫的凝固点，则析出的硫为固态颗粒，析出的硫微粒一部分随气流移动，另一部分则沉积在孔隙表面，沉积在孔隙表面的硫微粒会占据孔隙空间，改变地层孔隙结构，从而引起渗透率变化，影响气井产能，严重时将堵塞地层，使气井报废。

2元素硫沉积过程及影响因素2.1 元素硫沉积的影响因素与硫沉积有关的参数包括天然气组分、温度、压力和产量等。

（1）天然气组分的影响硫在酸气中的溶解度直接与溶解在酸气中凝析气的多少以及凝析气的碳原子数有关。

高烷烃含量越多，硫的溶解度越高，越不利于硫的析出。

（2）温度、压力的影响硫沉积与井底、井口的温度和压力有一定的关系。

硫的沉积量取决于不同部位的温度和压力。

通常井口高压低温井比高温低压井出现硫沉积的几率小；井底高温井出现硫沉积的可能性大。

而对饱和元素硫的含硫天然气，温度和压力的改变将直接影响元素硫的沉积。

（3）产量的影响有无水产量、水产量高或低的井均有硫沉积的现象。

气体在井内的流速直接关系到气流携带元素硫的效率。

流速愈高，则愈能有效地使元素硫微粒悬浮于气体中带出，从而减少了硫沉积的可能性。

化工能源化 工 设 计 通 讯Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications·199·第45卷第4期2019年4月1 高含硫天然气净化技术现状为了有效脱除天然气中的硫化氢和碳化物，国外很多国家都采用物理化学溶剂法，主要包括Sulfinol 法和Flex-sorb PS 法等。

如果这些成分的浓度过高，在进行净化处理过程中，需要采用DEA 法和MDEA 法。

为了有效提高对硫化氢的处理效率，在国外通常采用的是组合脱硫和脱碳技术。

硫磺回收技术。

在对天然气进行脱硫处理后，其中硫化氢的含量会极大降低。

含硫的天然气经过脱硫处理后，其酸气中往往会包含50%~80%的硫化氢，如果采用三级克劳斯硫磺回收装置，可以将对硫化氢的回收率提高到98%左右，各种回收副产品的量也非常少，通过与水解技术的结合，能够进一步降低其中硫的损失量。

如果天然气中的含硫量过高，在经过脱硫处理后，其中硫化氢的浓度往往较低，经常不足40%，再经过克劳斯硫磺装置的回收后，净化率依然不是很高，一般的水解技术也无法得到较好的应用效果。

2 技术研究方向脱硫脱碳技术的研究。

随着科学技术的高速发展，高含硫天然气脱硫技术也得到了飞速的发展，其中应用比较广泛的有物理溶剂法和空间位阻胺，其具体情况如下：由于硫化氢、二氧化碳、甲烷在溶解剂中的差异往往较大，物理溶剂法是利用这些物质性质的不同进行净化分离。

由于酸性气体和化学溶剂的反应热要大于其在物理溶剂中的溶解热，因此对溶剂的消耗量更少。

通过采用物理溶剂法，可以将碳化物和硫化氢同时进行脱除。

但该方法在酸度较高天然气净化中的应用还比较少，需要进一步加大在该方面的研究。

空间位阻胺-物理溶剂法是利用各种硫化氢中硫含量的不同，从而有针对性选择位阻胺、位阻胺与MDEA 联合等，其最大的优势在于再生性区别较大，腐蚀性和发泡性能也有较大的差异。

对硫磺回收技术的研究。