高含硫气藏开发过程中元素硫溶解度的测试装置和方法与流程

本发明属于石油天然气勘探开发，特别涉及高含硫气藏开发过程中元素硫溶解度的测试装置和方法。

背景技术：

1、四川盆地已探明的高含硫气藏储量超过9000亿方，h2s最高含量可达493g/m3。高含硫气藏是我国天然气上产的主战场之一，高含硫气藏的开发潜力巨大。然而高含硫气藏的开发过程中普遍面临硫颗粒的沉积堵塞问题，给高含硫气藏的安全高效开发带来挑战。前人的研究表明，在高含硫气藏开发的中后期，储层近井地带由于压力降低会导致大量的元素硫颗粒析出，进而堵塞储层，影响气井的产能。储层内的元素硫溶解度数据是评价硫颗粒是否析出沉积及沉积堵塞程度的重要参考指标，如何准备获取气藏储层中的硫溶解度数据并精确定量化评估硫颗粒析出规律已经成为高含硫气藏开发领域的关键科学问题之一。目前，国内外学者已经通过多种方法对含硫气样进行了硫溶解度测定，获取了宝贵的气藏硫溶解度数据。

2、如公开号为cn106124354a，公开日为2016年11月16日的中国专利文献公开了一种高含硫气藏的硫溶解度在线测试装置及方法，它包括双路进样系统、cs2吸收单质硫系统、模拟地层环境高温高压反应系统、荧光定硫系统、数据采集系统以及清洗和尾气处理系统；该测试方法包括含硫气样准备、抽真空准备、地层高温高压环境模拟、单质硫测试、总硫计量测试、硫溶解反应后总硫测试、数据采集、清洗尾气处理等。该发明能够安全、方便、准确、高效地测定高温高压高含硫气藏中气体单质硫溶解度数据，为解决高含硫气藏开发过程中广泛存在的硫沉积问题奠定基础，为高含硫气藏制定合理的开发方案提供科学的数据支持。

3、又如公开号为cn109323953a，公开日为2019年2月12日的中国专利文献公开了一种含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，包括：采集含硫气藏中的含硫气体，测定取样温度和取样压力；将含硫气体转入配样器中，使配样器在预设温度及预设压力下摇摆预设时长；使配样器内的气体通过回压阀后压力降至室压，之后流入吸附罐内；从吸附罐流出的气体通过气体流量计，气体流量计测定含硫气体在室温和室压下的体积；将吸附罐内的二硫化碳液体收集并转移到收集罐内；加热收集罐后冷却，测定收集罐内的元素硫的质量；测定室温和室压；根据取样温度、取样压力、室温、室压、元素硫的质量及含硫气体在室温和室压下的体积，计算得到含硫气体中元素硫的溶解度。该发明测定的含硫气体中的元素硫溶解度较准确。

4、但是，以上述专利文献为代表的现有技术，仍然存在以下问题：

5、(1)高含硫井底取样成本高、风险大，而已有的实验方法主要针对的是取样压力、温度下的含硫样品单点硫溶解度的测定，无法反映储层开发过程中不同压降下的硫溶解度变化情况；

6、(2)元素硫与岩心间存在更为复杂的界面物化作用(如吸附、溶解、析出等)，含硫天然气在压降开发过程中流经岩心多孔介质时会导致气样含硫量发生变化，而目前的测试方法无法体现含硫天然气在储层岩心多孔介质运移过程中的硫溶解度变化机制，更缺乏相应的评价方法。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明公开了高含硫气藏开发过程中元素硫溶解度的测试装置，包括：流体注入系统、储层模拟系统、硫溶解度计量系统和数据追踪及处理系统；

2、所述流体注入系统与储层模拟系统连接；

3、所述储层模拟系统与硫溶解度计量系统连接；

4、所述数据追踪及处理系统与硫溶解度计量系统连接；

5、所述流体注入系统，用于将含硫气样注入储层模拟系统和硫溶解度计量系统；

6、所述储层模拟系统，用于模拟含硫气样在储层中的流动及复杂界面物化作用过程；

7、所述硫溶解度计量系统，用于计量含硫气样中的硫溶解度；

8、所述数据追踪及处理系统，用于处理数据。

9、更进一步地，所述流体注入系统包括：井下含硫气样罐、高压中间容器、恒压恒速驱替泵、氮气高压气瓶和气体增压泵；

10、所述井下含硫气样罐通过管线与高压中间容器连接；

11、所述恒压恒速驱替泵通过管线与高压中间容器连接；

12、所述氮气高压气瓶通过管线与气体增压泵连接。

13、更进一步地，所述储层模拟系统包括：储层岩心模拟单元、围压控制泵、压力检测器一和压力检测器二；

14、所述围压控制泵通过管线与储层岩心模拟单元连接；

15、所述压力检测器一设置于储层岩心模拟单元一端；

16、所述压力检测器二设置于储层岩心模拟单元另一端；

17、所述储层岩心模拟单元，用于模拟含硫气样在储层中的渗流过程。

18、更进一步地，所述储层岩心模拟单元包括：全直径岩心夹持器、胶皮套、储层岩心、岩心支撑部件、液压油环形空间、液压油入口、气体进口、气体出口、前盖和后盖；

19、所述储层岩心外围设置有胶皮套；

20、所述胶皮套外围设置有全直径岩心夹持器，胶皮套与全直径岩心夹持器间设置有液压油环形空间；

21、所述岩心支撑部件设置于液压油环形空间内，与胶皮套和全直径岩心夹持器抵接；

22、所述前盖设置于全直径岩心夹持器一端，所述后盖设置于全直径岩心夹持器另一端；

23、所述前盖上设置有气体进口和液压油入口，液压油入口与液压油环形空间连通，液压油入口通过管线与围压控制泵连接，气体进口通过管线与高压中间容器和气体增压泵连接；

24、所述后盖上设置有气体出口。

25、更进一步地，所述硫溶解度计量系统包括：硫溶解度测试单元一和硫溶解度测试单元二；

26、所述硫溶解度测试单元一包括中间容器一、驱替泵一、回压阀一、回压泵一、硫单质吸收容器一和电子精密天平一；

27、所述中间容器一的进气接口通过管线与高压中间容器和气体增压泵连接，中间容器一的出气接口通过管线与回压阀一连接；所述中间容器一的进液接口通过管线与驱替泵一连接；

28、所述回压阀一通过管线与回压泵一和硫单质吸收容器一连接；

29、所述硫单质吸收容器一设置于电子精密天平一上；

30、所述硫溶解度测试单元一，用于测试不同压力下含硫气样未流经岩心多孔介质时的硫溶解度。

31、更进一步地，所述硫溶解度测试单元二包括：中间容器二、驱替泵二、回压阀二、回压泵二、硫单质吸收容器二和电子精密天平二；

32、所述中间容器二的进气接口通过管线与气体出口连接，中间容器二的出气接口通过管线与回压阀二连接；所述中间容器二的进液接口通过管线与驱替泵二连接；

33、所述回压阀二通过管线与回压泵二和硫单质吸收容器二连接；

34、所述硫单质吸收容器二设置于电子精密天平二上；

35、所述硫溶解度测试单元二，用于测试不同压力下含硫气样流经岩心多孔介质后的硫溶解度。

36、更进一步地，还包括：气体组分分析系统；

37、所述气体组分分析系统与硫溶解度计量系统和数据追踪及处理系统连接；

38、所述气体组分分析系统为在线全自动气相色谱分析仪；

39、所述在线全自动气相色谱分析仪通过管线与回压阀二和硫单质吸收容器二连接；

40、所述在线全自动气相色谱分析仪，用于计量气体组分的变化。

41、更进一步地，还包括：尾气处理系统；

42、所述尾气处理系统与硫溶解度计量系统连接；

43、所述尾气处理系统包括尾气处理箱一和尾气处理箱二；

44、所述尾气处理箱一和尾气处理箱二均包含h2s吸收容器、尾气燃烧处理设备和含硫气样自动检测警报及处理设备；

45、所述尾气处理箱一通过管线与硫单质吸收容器一连接；

46、所述尾气处理箱二通过管线与在线全自动气相色谱分析仪和硫单质吸收容器二连接。

47、更进一步地，所述数据追踪及处理系统为计算机。

48、高含硫气藏开发过程中元素硫溶解度的测试方法，包括以下步骤：

49、流体注入系统将含硫气样注入硫溶解度计量系统和储层模拟系统；

50、硫溶解度计量系统测定不同压力下含硫气样的硫溶解度；

51、硫溶解度计量系统测定不同压力下的含硫气样流经储层模拟系统后的硫溶解度；

52、数据追踪及处理系统根据含硫气样的硫溶解度和含硫气样流经储层模拟系统后的硫溶解度确定含硫气样的硫溶解度变化率。

53、更进一步地，所述硫溶解度变化率通过以下公式确定：

54、

55、其中，si为硫溶解度变化率；ci为含硫气样流经储层模拟系统前在impa压力下的硫溶解度；c'i为含硫气样流经储层模拟系统后在impa压力下的硫溶解度。

56、更进一步地，所述含硫气样包括h2s、co2和ch4。

57、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

58、1)通过硫溶解度计量系统可实时对比分析不同温度、压力条件下硫颗粒析出后含硫气样中的硫单质含量的变化规律，可安全、高效获取实际储层生产开发过程中不同压降下的硫溶解度变化数据；通过高压氮气维持流体流动模拟时的初始压力体系，防止含硫气样注入时由于低压环境导致的硫颗粒析出；

59、2)采用真实储层岩心模拟储层条件，利用前置高压n2建立储层高压环境，利用含硫气样恒压注入结合在线全自动气相色谱分析仪在线测试方法完成含硫气样原始状态饱和；

60、3)提供的测试方法，主要针对宝贵的井下含硫气样，通过转样流程首先获取气藏废弃压力下的硫溶解度数据，随后将含硫气样在高压中间容器中逐级加压复样，结合中间容器和精密电子天平获取气藏开发过程中不同压力下的含硫气样的硫溶解度数据；

61、4)采用储层衰竭式开发的生产过程模拟，获取含硫气样流经储层岩心前后的硫溶解度数据，得到不同压力下含硫气样在初始状态及岩心多孔介质内作用后的硫溶解度变化率，为高含硫气藏流体状态的分析评价提供理论支撑；

62、5)硫溶解度计量系统包括硫溶解度测试单元一和硫溶解度测试单元二，硫溶解度测试单元一和硫溶解度测试单元二分别用于测定不同状态下的样品硫溶解度，硫溶解度测试单元一用于测试不同压力下含硫气样未流经岩心多孔介质时的硫溶解度；硫溶解度测试单元二用于测试不同压力下含硫气样流经岩心多孔介质后的硫溶解度；二个硫溶解度测试单元的设置提高了测试的精度，减少了含硫气样在管线和阀门流动造成的测量损失和安全风险。

63、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。