一种对含有H₂S/CO₂气田井筒流体成份监测系统及其分析方法

专利名称：一种对含有H₂S/CO₂气田井筒流体成份监测系统及其分析方法
技术领域：
本发明属于油气油井开发领域中一种气田井筒流体成份取样监测系统，尤其涉及 一种针对高含H2s/co2气田环境特点设计的气田井筒流体成份取样监测系统及其取样，分 析方法。
背景技术：
随着我国国民经济的持续发展，国家对能源的需求也不断增加。尽快提高绿色能 源天然气在能源结构中的比重，加大开采力度，优化中国的能源结构是我国油气资源发展 战略的核心，对于有效解决能源供应安全和生态环境保护，实现经济和社会的可持续发展 具有十分重要意义。目前在国内外对于常规天然气的开采，其开采理论系统、技术相对成熟、工艺配套 完善。基本适应了相关气田开发的需要。随着我国海相天然气勘探、开发进程的深入，海相 天然气的开发已经进入了大规模生产阶段，由于海相天然气具有埋藏深且高含的 特点，其开发过程将要面临许多国际技术难题。目前国内外在海相酸性气藏开采方面缺乏 系统成功经验。在开采过程中，流体沿井筒上升过程中，随着温度、压力的降低气体中的组 分是否会发生变化；特别是能否形成流沉积；是否会产生水合物、不同产量下流体在井筒 内的压降变化规律还没掌握，上述问题给气田开采及输送工艺设计带来极大技术难题。如 何通过对高含硫酸性流体在井筒的流动规律研究来预测井筒内的压力、温度、摩阻压降及 其变化规律，对于确保油藏开发动态调整及采气工艺设计都具有十分重要的意义。而高含 H2S/C02气田流体成份监测系统可以为准确分析气体沿弯曲井眼、伴随热交换及变组分多相 流动规律提供依据。目前，国内外没有这种系统分析井筒内流体成分变化的手段和方法。现有技术中，高含&S/C02气田在开采过程中存在以下问题1.在开采过程中由于H2S的存在，可能会在井筒中形成硫沉积，在生产中一旦形成 硫沉积，会带来堵塞流动通道或井筒材料腐蚀的严重危害，甚至会使生产井报废，目前，在 开采过程中，无法判断是否会在井筒中形成硫沉积。2难于判断流沉积的位置。3.气体在井筒内沿程组分变化规律难以预测4.高含吐5/0)2气田井筒多相流动规律不明。

发明内容
本发明为了解决上述存在的技术问题，研发了一种对高含吐3/0)2气田井筒流体 成份取样监测系统及其取样，分析方法。本发明为解决高含吐3/0)2气田在开采过程中存在 的上述问题，发明了高含&S/C02气田井筒流体成分监测系统及其取样分析方法，解决了高 含H2S/C02气田因无法测量而得不到流压及井筒流沉积预测的难题，为气井产能设计和生 产参数优选及工艺措施制定提供理论依据。
本发明为了实现上述目的，所采用的技术方案如下，一种对高含&s/co2气田井筒流体成份取样监测系统，所述系统包括井口取样装 置，所述井口取样装置包括取样阀、取样瓶和减压阀，所述取样瓶两端螺纹连接有所 述取样阀，且所述取样阀的外连接为外螺纹卡套式连接；所述减压阀用于对取样瓶中高压 气体进行减压并进样；所述减压阀包括外输进样端口，所述外输进样端口与外检测器连接； 所述外输进样端口为卡套式连接端口，消除管路死角；所述减压阀包括有安全阀结构，所述安全阀结构包括安全阀，气体回路和酸性气 体中和池；当调节压力超过允许值(4MPa)或所述减压阀出故障时，所述安全阀开启，并将 气体通过安全的气体回路排入到所述酸性气体中和池内。所述减压阀还包括有旋转手柄，压缩弹簧、垫块、膜片、顶杆和活门；所述压缩弹簧 一端与旋转手柄连接，另一端抵住所述垫块，所述垫块通过所述膜片，顶杆与活门连接；通 过摇动旋转手柄，压迫弹簧并将力传导给所述顶杆，带开活门；所述活门的另一侧还安装有 回位弹簧；在所述减压阀上还设置有读取压力数据的高压表和低压表。所述取样装置中各个部件，包括减压阀的材质采用抗硫的不锈钢材料，且取样瓶 的压力上限为35MPA ；且所述取样阀和减压阀的阀门通径范围4 5mm。为了在井口直接取样，所述取样检测系统还包括井口取样流程部件，所述井口取 样流程部件包括井口气源，阀门组，干燥器，管路和取样装置；所述井口气源通过取样口阀 门和第一阀门的控制经过干燥器进入取样装置中，所述取样装置两端的阀门与取样瓶的连 接为螺纹连接，所述井口气源与外输管路的连接为螺纹连接，其余部件之间的连接关系采 用卡套式连接；所述干燥器中包含有干燥剂，用于干燥气体内水分；所述系统管路为不锈 钢连接变径管线；在所述取样装置一端通过阀门与延长管路和中和剂容器池连接，用于中和多余气 体；在所述系统管路中还设置有压力表，用于读取系统管路内部气体压力数值。基于上述取样监测系统进行的井口取样方法，所述方法在取样装置内温度等于或高于气源温度，且气源压力高于大气压。所述井口取样方法为，①.打开气源取样口阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门4;控制第一控制阀门 调节样品流量，缓慢吹扫取样管路和取样装置；②.关闭第四阀门，使取样装置内压力升高到设定压力，迅速关闭第二阀门，再由 第四阀门缓慢将取样装置放空至常压；重复此操作；直至有效吹扫容器清除取样装置及管 路内原有的气体；③.全开第二阀门和第三阀门，用第一控制阀门和第四阀门调节样品流量；④.关闭第四阀门充气到设定压力，迅速关闭第一控制阀门，记录取样装置内压 力和气源温度；⑤.关闭第二阀门和第三阀门，取下取样装置，将各阀用肥皂水涂抹检漏；并用丝 堵封堵各阀口，贴上标签。在具体的操作中，在气源压力为高压，压力范围为15MPa 25MPa时，取样步骤还包括，(1)在生产压力和流量稳定时取样；(2)取气位置应该选择节流阀前，取样管路选择大于4. 6mm内径的耐压不锈钢管；(3)排除取样装置内原有气体在低于5MPa压力下进行，取气时分级提高压力；(4)干燥器的长度选择标准是长度与直径之比选3 5 ；同时设定压力要大于取样 压力，器气源出口安装针形阀控制流速，保证能充分干燥气体；(5)外界温度降低时，要具有加热和保温措施，保证样品不受温度的干扰；(6)若在井口添加缓蚀剂，要在加入缓蚀剂前采用管路取样。减压阀工作原理开启装有减压阀的一端取样阀12，顺时针旋转手柄1，压缩弹簧 2、垫块3、膜片4和顶杆5使活门7打开，这时瓶内高压气体进入低压室，压力由高压表8和 低压表9指示，达到所需压力时，停止转动手柄，气体经过外输气体卡套式连接13进样。停 止用气时，关闭取样阀12，逆时针旋松手柄1，活门7由回位弹簧10的作用而密闭，手动打 开安全阀6，放掉残余的气体，并通过安全的回路14进行管路吹扫。现场取样分析4井次， 实验分析结果具有很好的一致性，装置安全可靠，耐气体腐蚀能力强，通过创新改 造，本发明的气井取样器取样过程更安全，实验过程更精确、快捷、适用压力范围更广、也更 安全。尤其对研究高含硫化氢气体组分变化实验结果更精确。本发明的一种对含有或CO2气田井筒流体成份监测的系统，包含样品分析单 元，数据处理单元和输出单元；所述样品分析单元包括取样装置，减压阀，管路，用于承载被测气体以便于测量 的气体容量环，用于测量气体组分的气相色谱仪，H2S警报器和碱性池；所述取样装置通过 减压阀和管路将样品气输入进气体容量环和气相色谱仪进行分析检测，多余气体进入所述 碱性池进行中和；所述样品分析单元中的气相色谱仪和所述数据处理单元连接；所述数据处理单元 对样品数据进行分析，并将结构通过所述输出单元输出。基于所述取样监测系统对高含气井流动规律进行预测的方法根据分析沿井筒各组分变化、流沉积、流态变化及热损失等条件下，建立高含H2S/ CO2气田井筒多相流动规律预测模型；所述建立的高含&S/C02气田井筒多相流动规律预测模型的步骤包括；(1)综合压降计算模型(2)温度梯度模型(1)和(2)模型的建立依据范德华状态方程理论，对于多组分体系在井筒流动特征分段建立模型，建立 可同时精确描述平衡状态下气、液相PVT相态特性的状态方程，然后由相关公式导出描述 平衡状态下气、液相温度和压力的计算公式。在满足超临界条件的井段，高含硫混合物在超临界流体状态下本身与气体有着许 多相似的性质，因此将高含硫合物看作压缩气体。利用高含硫气体稠密气体热力学模型的 理论基础，通过调节状态方程中的交互作用系数和优选符合规则改善热力学模型的拟合效 果。模型考虑元素硫在高含硫气体中物理溶解过程，最后选择高含硫气体的经验关联模型， 在井筒采集温压数据较为丰富的情况下，进行参数修正。
(3)硫沉积预测模型首先提出假设条件①流体处于半稳定流动状态；②地层温度恒定；③流量恒定； ④地层为水平、等厚和均质，不可压缩的平面径向流模型。然后在上述假设的基础上，采用 i^orhceimer通过实验提出的利用二项式方程描述的非达西流动方程。建立考虑非平过程的 高含硫气藏开发过程中元素硫的沉积分数的分布模型，模型考虑径向距离时间等因素对硫 沉积分数的影响；随后在元素硫沉积分布模型基础上，建立考虑非平衡过程时元素硫沉积 对地层孔隙度、渗透率、含硫饱和度和生产极限时间影响的计算模型，并对非平衡过程的模 型进行简化，建立对应平衡过程的计算模型。(4)井眼轨迹计算模型借鉴天然气井已有的计算模型，融入高含硫气体流动特征，运用在涉及自然曲线 模型的各种井眼轨迹问题中数学化简技巧，假设计算步长内各个井段的井斜变化率和方位 变化率分别保持为常数，建立弯曲井眼轨道的曲线模型，通过一系列的数学化简，将该多元 方程组的求解简化为一个低元方程的求解，并使用解区间搜索和二分法给出了一个数值迭 代求解算法。具体的方法包括根据分析沿井筒各组分变化、流沉积、流态变化及热损失条件下，建立高含 气田井筒多相流动规律预测模型；所述建立的高含&S/C02气田井筒多相流动规律预测模型的步骤包括；(1)建立压降计算模型根据质量守恒方程和动量守恒方程可得单相井筒流动的压力梯度方程为
权利要求
1.一种对含有H2S或CO2气田井筒流体成份监测的系统，其特征在于，所述监测系统中 包含样品分析单元，数据处理单元和输出单元；所述样品分析单元包括取样装置，减压阀，管路，用于承载被测气体以便于测量的气 体容量环，用于测量气体组分的气相色谱仪，H2S警报器和碱性池；所述取样装置通过减压 阀和管路将样品气输入进气体容量环和气相色谱仪进行分析检测，多余气体进入所述碱性 池进行中和；所述样品分析单元中的气相色谱仪和所述数据处理单元连接；所述数据处理单元对样 品数据进行分析，并将结构通过所述输出单元输出。
2.根据权利要求1所述成分监测系统对高含气井流动规律进行分析预测的方 法，其特征在于，根据分析沿井筒各组分变化、流沉积、流态变化及热损失条件下，建立高含气 田井筒多相流动规律预测模型；所述建立的高含&S/C02气田井筒多相流动规律预测模型的步骤包括；(1)建立压降计算模型根据质量守恒方程和动量守恒方程可得单相井筒流动的压力梯度方程为
全文摘要
本发明属于油气油井开发领域中一种气田井筒流体成份取样监测系统，尤其涉及一种针对含有H2S/CO2气田环境特点设计的气田井筒流体成份取样监测系统及其取样，分析方法。本发明的气井取样器取样过程更安全，实验过程更精确、快捷、适用压力范围更广、也更安全。尤其对研究高含硫化氢气体组分变化实验结果更精确。装置安全可靠。本发明解决了高含H2S/CO2气田因无法测量而得不到流压及井筒流沉积预测的难题，为气井产能设计和生产参数优选及工艺措施制定提供了理论依据。
文档编号E21B49/08GK102052076SQ20091023667
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者史爱萍, 唐萍, 李孟涛, 杨立红, 王雅茹, 石在虹, 苏建政 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院