張?jiān)柒x，付　玉，艾慶林，徐運(yùn)動(dòng)，薦小純，朱澤正（.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都　60500；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安　7008；3.低滲透國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安　7008）

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低含硫氣藏儲(chǔ)氣庫酸氣變化規(guī)律研究

張?jiān)柒x1，付玉1，艾慶林2，3，徐運(yùn)動(dòng)2，3，薦小純1，朱澤正1
（1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都610500；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018；3.低滲透國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

摘要：低含硫氣藏改建儲(chǔ)氣庫面臨采出氣體微含H2S，腐蝕生產(chǎn)設(shè)備、增加地面投資等問題。研究低含硫氣藏儲(chǔ)氣庫運(yùn)行過程中酸氣含量變化規(guī)律，可為儲(chǔ)氣庫方案編制、設(shè)備優(yōu)選、工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。以X儲(chǔ)氣庫為例，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，對(duì)儲(chǔ)氣庫運(yùn)行過程中酸氣平面分布、采出含量展開研究。結(jié)果表明：（1）注氣階段，酸氣由井底流向地層，注氣結(jié)束，采出酸氣含量大幅下降；采氣階段，酸氣由地層流向井底，采出氣體酸氣含量呈指數(shù)式升高；（2）初始濃度1 230 mg/m3的情況下，自13個(gè)注采周期，采出氣體中H2S含量降至安全值20 mg/m3以下；（3）庫容利用率越大，產(chǎn)出氣體中酸氣含量下降速率越快。

關(guān)鍵詞：低含硫氣藏；儲(chǔ)氣庫；注采變化；酸氣分布；酸氣產(chǎn)出

含硫氣藏開發(fā)面臨著氣藏地質(zhì)情況復(fù)雜，開發(fā)條件苛刻，前期評(píng)價(jià)質(zhì)量要求高，開發(fā)安全保障與成本控制難度大，環(huán)境及安全要求高等問題[1，2]，一直以來都是氣田開發(fā)的難點(diǎn)。運(yùn)用低含硫氣藏改建儲(chǔ)氣庫與常規(guī)儲(chǔ)氣庫相比將面臨更大困難，例如：硫化氫腐蝕、硫化氫毒性、采出氣體受到酸氣污染等問題[3，4]，儲(chǔ)氣庫運(yùn)行安全性將面臨巨大挑戰(zhàn)[5，6]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)含硫氣藏研究多集中在硫沉積，酸性氣體高壓物性變化，酸性氣體腐蝕性，酸氣擴(kuò)散及溶解等方面[7-9]，對(duì)低含硫儲(chǔ)氣庫注采過程中酸氣組分變化研究較少。

本文以A氣田X低含硫氣藏儲(chǔ)氣庫為主要研究對(duì)象，在高壓物性研究基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬方法，預(yù)測(cè)酸氣組分平面分布規(guī)律、注采過程中采出氣體酸氣含量變化規(guī)律，計(jì)算X儲(chǔ)氣庫H2S含量降至安全范圍（20 mg/m3）所需時(shí)間，為同類型儲(chǔ)氣庫提供參考。

1　井區(qū)基本特征

X儲(chǔ)氣庫位于A氣田中北部，是典型的低含硫氣藏儲(chǔ)氣庫，庫區(qū)自下而上劃分為4小層，蓋層、底板封閉性較好。目的層主要以白云巖儲(chǔ)層為主，第3小層儲(chǔ)層最發(fā)育，平均儲(chǔ)層厚度3.75 m，其他小層儲(chǔ)層發(fā)育較差，平面連續(xù)性較差。各小層構(gòu)造簡(jiǎn)單，繼承性較好，整體東高西低，在庫區(qū)內(nèi)構(gòu)造有微幅變化。儲(chǔ)層平均孔隙度6.2 %，平均滲透率2.63 mD。截至目前，X儲(chǔ)氣庫實(shí)際布置直井18口，平均井距400 m。氣體組分表現(xiàn)為含硫型干氣氣藏，CO2含量為3.88 %～7.48 %，平均6.1 %，H2S含量為28.84 mg/m3～2 982.52 mg/m3，平均為1 230 mg/m3（摩爾分?jǐn)?shù)0.081 %）。

目標(biāo)區(qū)塊具備良好建庫條件，但對(duì)酸氣平面分布、采出規(guī)律認(rèn)識(shí)不足，極大影響后期地面工程建設(shè)及工藝技術(shù)設(shè)計(jì)。因此，有必要開展酸氣組分變化規(guī)律研究。

2　數(shù)值模擬研究

2.1數(shù)值模擬模型建立

針對(duì)X儲(chǔ)氣庫地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度和開發(fā)現(xiàn)狀，依據(jù)庫區(qū)范圍及縱向上儲(chǔ)層分布情況，在盡可能細(xì)化模型并保障運(yùn)算速度的基礎(chǔ)上，設(shè)置平面網(wǎng)格數(shù)531×261，網(wǎng)格步長(zhǎng)50 m×50 m，縱向劃分為4個(gè)模擬層，采用變深網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)554 364。以井點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用確定性建模方法，將各地層厚度在空間的分布以一定精度進(jìn)行內(nèi)插和外推，從而建立庫區(qū)構(gòu)造模型。采用隨機(jī)建模方法，利用序貫高斯差值建立儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)層各項(xiàng)屬性模型。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)單井氣樣測(cè)試資料，建立初始組分含量分布場(chǎng)，導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件，建立數(shù)值模擬組分模型。

2.2氣體組分及高壓物性研究

X儲(chǔ)氣庫原始地層壓力27.73 MPa，原始?xì)獠販囟?05.4℃，PVT研究取樣條件為地層實(shí)際狀態(tài)取樣，樣品中深3 137.2 m，樣品氣相對(duì)密度0.619 0，密度0.746 7 g/cm3，相對(duì)分子質(zhì)量17.95。

對(duì)3份樣品氣的井流物組分展開分析研究，結(jié)果表明，氣體中酸性氣體含量較高，主要?dú)怏w成分為CO2，H2S，CH4，C2+及少量N2等氣體。為提高模型運(yùn)算效率，節(jié)約運(yùn)算時(shí)間，根據(jù)樣品實(shí)際組分情況及研究目的，將氣體中類似性質(zhì)組分合并，可得4種氣體擬組分，分別為：酸性氣體CO2，H2S，CH4+N2，C2+（見表1）。

表1　X儲(chǔ)氣庫擬組分表

表2　X儲(chǔ)氣庫運(yùn)行周期表

由于酸性氣體影響，氣體高壓物性與常規(guī)氣藏存在較大差別。在組分劈分結(jié)果基礎(chǔ)上，利用楊繼盛方法[10]對(duì)氣體偏差系數(shù)、黏度進(jìn)行非烴校正，并對(duì)氣體相態(tài)開展擬合研究，以提高組分模型的精確性。

2.3儲(chǔ)氣庫運(yùn)行方案設(shè)計(jì)

X儲(chǔ)氣庫注采井網(wǎng)維持原井位，即18口直井同時(shí)注采。在庫容利用率為45 %的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，根據(jù)用氣量需求變化，并結(jié)合運(yùn)行檢修要求，儲(chǔ)氣庫運(yùn)行周期設(shè)計(jì)（見表2）。注入氣體組分摩爾含量為：CH4+N2含量97.35 %，C2+含量0.55 %，H2S含量0，CO2含量2.1 %。

3　酸氣規(guī)律預(yù)測(cè)

在數(shù)值模擬模型和氣體組分高壓物性研究的基礎(chǔ)上，以地層酸氣分布及采出氣體中酸氣含量（摩爾分?jǐn)?shù)）為衡量標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算儲(chǔ)氣庫注采過程中酸氣變化規(guī)律。

3.1酸性氣體庫中平面分布變化規(guī)律

伴隨儲(chǔ)氣庫注采運(yùn)行，井底酸氣含量呈現(xiàn)“降低-升高-降低”周期性變化規(guī)律，地層中酸氣總含量逐漸降低，一定注采周期后，單井控制范圍內(nèi)酸氣含量達(dá)到穩(wěn)定值。

X儲(chǔ)氣庫H2S含量總體西高東低，平均摩爾含量為0.028 7 %，CO2初期含量為6.1 %。注氣階段，由于注入干凈氣體不含H2S，井底H2S含量大幅度下降，并逐漸向周邊擴(kuò)散；采氣階段，氣體流動(dòng)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)端高濃度H2S氣體流向井底，井底H2S含量緩慢回升，但采氣末H2S含量仍低于采氣初含量。15個(gè)注采周期后，庫中H2S含量基本達(dá)到穩(wěn)定。

3.2酸氣含量隨注采過程變化規(guī)律

對(duì)比庫區(qū)整體采出氣體中酸氣含量變化值可知：注氣階段，由于注入干凈氣體稀釋作用，采出氣體中酸氣含量大幅下降。采氣階段，氣體流向反轉(zhuǎn)，采出氣體中酸氣含量呈指數(shù)式小幅增長(zhǎng)，采氣末，采出氣體中酸氣含量達(dá)到本周期最大值。以第一個(gè)周期為例，經(jīng)過注氣階段氣體稀釋作用，采氣初期，采出氣體中H2S摩爾含量較原始含量下降0.076 %（1 153 mg/m3），CO2含量下降3.838 %；采氣期末相較于采氣初，H2S摩爾含量上升0.023 %（349 mg/m3），CO2摩爾含量上升1.110 %（見表3）。

表3　第一注采周期內(nèi)產(chǎn)出酸氣平均值

3.3酸氣含量隨注采周期變化規(guī)律

隨著注采周期數(shù)增加，由于注入干凈氣體淘洗作用，庫區(qū)采出氣體中酸氣含量整體呈對(duì)數(shù)式降低。建庫前，采出氣體中H2S摩爾含量為0.081 %（1 230 mg/m3），隨著儲(chǔ)氣庫注采運(yùn)行，自第13個(gè)周期，H2S含量均低于安全值20 mg/m3。CO2建庫前摩爾含量6.05 %，自第10個(gè)注采周期，采出氣體中CO2含量與注入氣體含量基本相同（見表4）。

表4　不同注采周期末酸性氣體組分摩爾含量預(yù)測(cè)表

3.4酸氣含量隨庫容利用率變化規(guī)律

當(dāng)庫容利用率分別為40 %、45 %、50 %時(shí)，庫容

利用率越大，工作氣量越多，每個(gè)周期注入干凈氣體越多，對(duì)酸氣淘洗能力越強(qiáng)，采出氣體中酸氣摩爾含量越小。隨注采周期數(shù)增加，單井控制范圍內(nèi)酸氣逐漸被采出，不同庫容利用率方案間酸氣含量差異逐漸減小。第13個(gè)注采周期，各方案采出氣體中H2S含量同時(shí)降至安全值以下；第10個(gè)周期，CO2含量與注入氣體含量基本相同。

4　結(jié)論

（1）注氣階段，受注入干凈氣體影響，酸性氣體由井底流向遠(yuǎn)端地層；采氣階段，在生產(chǎn)壓差和擴(kuò)散作用下，酸性氣體由地層流向井底。隨著儲(chǔ)氣庫注采周期數(shù)增加，單井控制半徑內(nèi)，酸氣含量逐漸減少。為加快庫區(qū)酸氣淘洗速度，建議適當(dāng)減小井距。

（2）注氣后，由于注入干凈氣體稀釋作用，采出氣體中酸氣含量大幅下降；采氣階段，地層遠(yuǎn)端酸氣流向井底，采出氣體中酸氣含量呈指數(shù)式增長(zhǎng)。建議采氣階段，尤其是采氣末期注意H2S含量檢測(cè)工作。

（3）初始H2S摩爾含量0.081 %（1 230 mg/m3），庫容利用率45 %時(shí)，自第13個(gè)注采周期，采出氣體中H2S含量低于國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)值20 mg/m3。建議井口除硫設(shè)備至少維持12個(gè)周期，以確保采出氣體安全性。

（4）庫容利用率越大，采出氣體中酸氣含量越低；但隨著運(yùn)行周期數(shù)增加，不同庫容利用率方案間酸氣含量差異逐漸縮小。為減少初期產(chǎn)出氣體酸氣含量，可適當(dāng)增加庫容利用率。

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The study of sour gas variation in low-sulfur gas storage

ZHANG Yunjun1，F(xiàn)U Yu1，AI Qinglin2，3，XU Yundong2，3，JIAN Xiaochun1，ZHU Zezheng1
（1.School of Oil & Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China；2.Research Institution of Petroleum and Development of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China；3.National Engineering Laboratory for Low-permeability Oil/Gas Exploration and Development，Xi'an Shanxi 710018，China）

Abstract:There will be some problems when rebuilding a gas storage with low-sulfur gas reservoir,such as facility erosion and equipment investment increasing.So,it is necessary to investigate the variation of sour gas during gas injection and production,which makes sense for gas storage program formation,equipment optimization and process design.Sour gas distribution and production are studied by numerical simulation in X gas storage,a typical lowsulfur gas storage.It shows that（1）During gas injection period, sour gas is driven away from well bottom-bole by pure gas injection.After injection, the gas produced on the ground contains less sour gas than that before.During production period,sour gas flows towards bottomhole forced by producing pressure drop.So the sour gas come to the ground increase expobook=90,ebook=95nentially.（2）From the 13th production period,the content of H2S drops down below 20 mg/m3, which is the national safety standard, while the original H2S content is 1 230 mg/m3.（3）Higher storage capacity ratio means more working gas,which improve the speed that sour gas content drops as time goes by.But as the gas storage operates several periods,the difference between each program becomes less and less.And after 10 periods,the sour gas content of the 3 programs studied in this research is almost the same.

Key words：low-sulfur gas field；gas storage；gas injection and production；sour gas distribution；sour gas production

作者簡(jiǎn)介：張?jiān)柒x，男（1990-），碩士研究生，主要研究油氣藏?cái)?shù)值模擬，郵箱：969530436@qq.com。

*收稿日期：2016－02-01

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.023

中圖分類號(hào)：TE377

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5285（2016）03-0089-04