蔣光跡，湯思斯，黃元和，周永志

（1.中原油田普光分公司采氣廠，四川達(dá)州 636150；2.西南油氣田分公司川東北氣礦，四川達(dá)州 636150）

普光氣田屬于高含H2S 和CO2海相碳酸鹽巖氣田，具有氣藏埋藏深、地層壓力高、有邊底水的存在等特點(diǎn)[1,2]。邊底水的存在對(duì)高含硫氣藏開發(fā)將產(chǎn)生重大影響，四川威遠(yuǎn)震旦系氣藏，含H2S 僅1.2 %~1.4 %，由于底水侵入，氣井腐蝕嚴(yán)重[3-8]。為此，許多著名學(xué)者提出了要重視邊、底水對(duì)高含硫氣藏開發(fā)影響的研究,開展高含硫氣藏的取樣工作，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[9-11]。目前，邊底水會(huì)對(duì)普光氣田的衰竭開發(fā)產(chǎn)生怎樣的影響，開發(fā)過程中硫化氫含量究竟是怎樣變化的[12-15]，現(xiàn)在還不明確。學(xué)者們對(duì)常規(guī)油氣藏室內(nèi)長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)研究較為深入[16-17]，但對(duì)高含硫碳酸鹽巖氣藏物理模擬實(shí)驗(yàn)研究較少，國(guó)內(nèi)還未見高含硫氣藏衰竭實(shí)驗(yàn)的報(bào)道。為此，筆者根據(jù)普光氣田儲(chǔ)層與流體進(jìn)行了衰竭實(shí)驗(yàn)，在取得的基巖基礎(chǔ)上進(jìn)行造縫，組合成長(zhǎng)巖心，采用高含硫氣體開展了無水體和1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比分析了兩組衰竭實(shí)驗(yàn)的異同，對(duì)采收率、產(chǎn)水量和硫化氫含量的變化進(jìn)行了重點(diǎn)論述。該實(shí)驗(yàn)對(duì)高含硫碳酸鹽巖氣藏的合理開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 衰竭實(shí)驗(yàn)裝置

衰竭實(shí)驗(yàn)采用加拿大高溫高壓長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置，整個(gè)裝置主要由注入泵系統(tǒng)、長(zhǎng)巖心夾持器、回壓調(diào)節(jié)器、控溫系統(tǒng)、液體分離器、氣量計(jì)和氣相色譜儀等組成（見圖1）。最高工作壓力70 MPa，最高工作溫度180 ℃。

1.2 流體樣品準(zhǔn)備

從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取得高含硫氣體樣品，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)配后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，氣體H2S 含量為14.89 %，CO2含量為8.93 %，CH4含量為75.71%。

地層水根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析資料在室內(nèi)自行配制。其總礦化度為78 733 mg/L，水型為Na2SO4型。

1.3 巖心樣品準(zhǔn)備

圖1 衰竭實(shí)驗(yàn)流程

取得現(xiàn)場(chǎng)沒有裂縫的碳酸鹽巖巖心，清洗烘干后進(jìn)行孔隙度和滲透率測(cè)試，并認(rèn)為此時(shí)的孔滲代表基巖的孔隙度和滲透率參數(shù)，實(shí)際測(cè)試平均孔隙度6.65 %，平均滲透率1 mD，然后采用專門的巖心造縫技術(shù)進(jìn)行造縫，并保證造縫后巖心滲透率介于5~14 mD。選擇造縫后的巖心8 塊進(jìn)行衰竭實(shí)驗(yàn)研究，巖心方采用調(diào)和平均的方法進(jìn)行排列，拼結(jié)后形成平均滲透率8.99 mD，平均孔隙度7.42 %，總長(zhǎng)度為51.96 cm 的長(zhǎng)巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

裂縫型碳酸鹽巖巖心制作原理如下所示：通過控制兩端應(yīng)力大小及端塊的形狀，從而根據(jù)不同應(yīng)力分布，來調(diào)節(jié)孔滲大小及縫的多少，從而達(dá)到所要求的滲透率，示意圖（見圖2）。根據(jù)這一方法，可以解決現(xiàn)場(chǎng)取不到有代表性巖心的問題，滿足了實(shí)驗(yàn)的要求。

圖2 裂縫—孔隙型巖心制備示意圖

2 實(shí)驗(yàn)步驟

在巖心中飽和高含硫氣體，建立相應(yīng)的地層條件，壓力為55.8 MPa，溫度為125.3 ℃。然后進(jìn)行如下兩組實(shí)驗(yàn)研究：無水體衰竭實(shí)驗(yàn)和1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)，（1倍水體指水體的體積等于長(zhǎng)巖心的烴類孔隙體積）。實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程如下：對(duì)巖心抽空，在低壓下飽和定量束縛水，用氣體驅(qū)替，使束縛水均勻分布在巖心中，建立巖心的束縛水飽和度為17.2 %，然后再用氮?dú)饨⑾到y(tǒng)壓力到55.8 MPa，連接系統(tǒng)和回壓閥，保持流動(dòng)系統(tǒng)通暢；用高含硫氣體驅(qū)替巖心中的氮?dú)猓瑴y(cè)量巖心出口的氣體組成。直到巖心出口氣體組成與原始?xì)怏w樣品的組成一致時(shí)，則高含硫氣體在巖心飽和成功，完成原始狀態(tài)過程建立，然后進(jìn)行無水體衰竭實(shí)驗(yàn)和1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)。采出流體在室內(nèi)條件下分離為氣樣和水樣，用玻璃瓶收集水樣并稱重，采出氣量用氣量計(jì)計(jì)量。在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都要記錄相應(yīng)參數(shù)，包括產(chǎn)水量、采氣量，并對(duì)氣體進(jìn)行組分分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 無水體衰竭實(shí)驗(yàn)

無水體衰竭實(shí)驗(yàn)中，整個(gè)衰竭過程中沒有水產(chǎn)出，采出程度和硫化氫含量的變化（見圖3）。

圖3 無水體衰竭實(shí)驗(yàn)采出程度和硫化氫含量變化

無水體衰竭實(shí)驗(yàn)在衰竭過程中沒有水產(chǎn)出，隨著衰竭壓力的降低，天然氣中硫化氫含量變化不大，在14.89 %附近波動(dòng)。當(dāng)衰竭壓力下降到大氣壓時(shí)，巖心中的氣體全部采出，采出程度為100 %。當(dāng)衰竭壓力達(dá)到廢棄壓力14 MPa 時(shí)，采出程度為70.22 %。

3.2 1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)

1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4 和圖5）。

由圖4、圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)衰竭壓力達(dá)到35 MPa時(shí)，地層水開始產(chǎn)出。隨著衰竭壓力的降低，產(chǎn)出水量越來越多。當(dāng)衰竭壓力達(dá)到廢棄壓力14 MPa 時(shí)，產(chǎn)出水量為1.79 g,累計(jì)產(chǎn)出水量為3.58 g。可見，衰竭過程中一旦有水產(chǎn)出，產(chǎn)水量便會(huì)迅速增加。由于巖石的親水性,水竄入裂縫后,總是沿裂縫和孔隙表面流動(dòng)，所以產(chǎn)出水量迅速增加。

圖4 1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)采出程度和硫化氫含量變化

圖5 1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)產(chǎn)水量

當(dāng)衰竭壓力下降到14 MPa 時(shí)，天然氣采出程度為68.61 %。當(dāng)衰竭壓力達(dá)到大氣壓時(shí)，天然氣的最終采出程度為95.58 %。可見，水的產(chǎn)出降低了天然氣的采出程度。

分析天然氣中硫化氫含量的變化，隨著衰竭壓力的降低，天然氣中硫化氫含量逐漸增加，由最初的14.89 %上升到18.35 %。

3.3 兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

現(xiàn)將無水體衰竭實(shí)驗(yàn)和1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果（見圖6 和圖7）。圖6 是兩組實(shí)驗(yàn)的天然氣采出程度對(duì)比，圖7 是硫化氫含量變化的對(duì)比。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，1 倍水體衰竭天然氣的采出程度低于無水體衰竭時(shí)的采出程度。對(duì)比兩組實(shí)驗(yàn)的采出程度可知，在未出水之前，天然氣采出程度變化不大，在產(chǎn)出水后，1 倍水體衰竭的天然氣采出程度逐漸低于無水體衰竭的采出程度。分析原因，產(chǎn)出水后，地層水首先占據(jù)大裂縫滲流通道，其次中小裂縫，最后為微細(xì)裂縫和孔隙。氣藏出水后大裂縫被地層水占據(jù)，通過大裂縫連通的微細(xì)裂縫及基質(zhì)孔隙的各區(qū)塊，就會(huì)被分割成互不連通的死氣區(qū)塊。在微細(xì)裂縫及基質(zhì)巖塊中的氣很難采出, 影響氣藏的采出程度。所以出水后，天然氣的采出程度會(huì)降低。

圖6 無水體衰竭和1 倍水體衰竭天然氣采出程度對(duì)比

圖7 無水體衰竭和1 倍水體衰竭硫化氫含量對(duì)比

1 倍水體衰竭時(shí)，天然氣中硫化氫含量逐漸增加，由14.89 %上升到18.35 %。而無水體衰竭時(shí)，天然氣中硫化氫含量變化不大。分析原因，可能是因?yàn)榱蚧瘹鋸乃嗟綒庀嗨?。在原始地層壓?5.8 MPa 條件下，H2S 在地層水中大量溶解；在衰竭過程以后，地層壓力逐漸降低，H2S 在地層水中溶解度降低，部分原來溶解于地層水中H2S 開始析出，使得產(chǎn)出氣體中H2S含量增加。

4 結(jié)論與建議

（1）衰竭過程中一旦有水產(chǎn)出，產(chǎn)水量便會(huì)迅速增加。

（2）無水體衰竭實(shí)驗(yàn)中，沒有水產(chǎn)出；1 倍水體衰竭實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)衰竭壓力達(dá)到35 MPa 時(shí)，開始出水。

（3）1 倍水體衰竭的天然氣采出程度低于無水體衰竭的采出程度，在衰竭壓力達(dá)到35 MPa 之前，兩組實(shí)驗(yàn)的天然氣采出程度相差不大。可能是因?yàn)楫a(chǎn)出水后，影響了微細(xì)裂縫和基質(zhì)巖塊中的氣體的采出,降低了采出程度。

（4）無水體衰竭時(shí)，天然氣中硫化氫含量變化不大；1 倍水體衰竭時(shí)，天然氣中硫化氫含量逐漸增加。隨著衰竭壓力的降低，硫化氫從水相到氣相所致，天然氣中硫化氫含量會(huì)逐漸增加。

（5）建議開展不同水體大小的衰竭實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比分析水體大小對(duì)產(chǎn)水量、采出程度和硫化氫含量的變化影響，深化本次實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果。

（6）隨著衰竭開發(fā)的進(jìn)行，H2S 含量不斷上升，對(duì)管道設(shè)備的腐蝕必然會(huì)加大，所帶來的安全隱患也會(huì)越來越多，對(duì)后期的安全生產(chǎn)管理提出了更高的要求。

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