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。在出现硫沉积的井中，凝析油的产量一般较低；相反，在不出现硫沉积的井中，凝析油的产量一般较高。

（4）地层因素的影响

元素硫的沉积还受到井底生产压差的影响。井底压差越大，元素硫就越容易在井底周围的地层中沉积。

2.2元素硫沉积的形成过程

元素硫沉积是一个复杂的过程，涉及到元素硫在高含硫气体中的溶解和析出以及硫微粒在孔隙中的运移和沉积。

（1）元素硫的溶解

地层中硫元素靠3种方式从地层中排出：一是与硫化氢结合生成多硫化氢；二是溶于高分子烷烃，即在高温深井内溶于凝析油中；三是在高速气流中元素硫以微滴状随气流携带到地面。元素硫的溶解主要包括两种方式：化学溶解与物理溶解。化学溶解是指在高含硫气藏中，元素硫在地层条件下将与反应生成多硫化氢。

（2）元素硫的析出

高含硫气体中析出的元素硫来自两个方面：化学溶解的元素硫和物理溶解的元素硫。而影响元素硫析出的主要因素是压力和温度。元素硫的析出过程是元素硫在酸性气体中过饱和溶解的过程，即当元素硫的含量超过了一定温度和压力下硫在酸气中的溶解度后就将析出。

（3）硫微粒在孔隙中的运移

硫微粒的运移可以划分为沿气流和垂向沉降两方向。当硫微粒从高含硫流体中析出时，硫微粒在析出位置获得与流体相同的初速度。若此初速度大于沉降方向的沉降末速，则硫微粒运移。随着气流速度逐渐减小，微粒重力影响变得显著，硫微粒分布不均匀。随着速度减小，硫微粒开始沉降，在孔道中形成波纹状的砂丘。当气流速度不断减小，砂丘占据孔道的横截面积越来越大，直至最后将孔道堵塞。

2.3元素硫的沉积

硫微粒在孔隙中的沉积主要包括：硫微粒沉降、聚集、吸附、硫垢等。笼统地分为三种状态，即：（1）天然气中硫溶解度未达到临界溶解度，流体处于含硫未饱和状态，此时无硫析出；（2）流体速率低于临界携硫速率，流体水动力不足以携带析出的固相硫微粒向井底方向运移，元素硫稳定地沉积到储层介质中；（3）流体速率大于临界携硫速率，在水动力作用下固相硫微粒被携带向井底运移，由于流动通道的复杂性和微粒自身运动的无规律性，可能发生析出的硫在地层中被吸附或吸附后被剥蚀出来重新回到流体中运移现象，此时析出的元素硫部分地沉积到储层中。

3解除元素硫沉积伤害措施

国内外许多学者对硫沉积的解除措施进行了广泛研究，研究发现解除硫沉积的方法主要有以下几种：用溶剂溶解硫、发生化学反应、酸化压裂技术、除垢技术，还可利用生物技术来预防硫沉积。

3.1溶剂法解除硫沉积

溶解硫的溶剂可分为化学溶剂和物理溶剂两大类。化学溶剂溶解硫是指在溶解过程中伴随有化学反应。物理溶剂中脂肪烃溶硫能力低，而芳香烃则由于苯环上的电子和元素硫中环的互相作用，使溶硫能力要比脂肪烃大。胺或烷醇胺是应用较多的化学溶剂。它们和酸性气体中的反应形成硫氢根离子（HS-），然后再和元素硫作用并使之溶解。当用乙醇胺为溶剂时，溶硫后剩余溶剂可用CO2处理并回收。烷基二硫化物的溶硫能力很强，但需要在溶剂中加入催化剂，使二硫化物中的S—S键断裂形成活性物质（RS），后者能打开环而使之溶解。

3.2化学方法解除硫沉积

发生化学反应的方法用于除硫沉积。例如美国菲利浦斯石油公司提出的向硫沉积的气井注空气，利用空气氧化井中的或元素硫而发生热量，这部分热量使硫保持熔融状态而被气流带出。佩特罗莱脱公司提出的方法则是在注入井的石油馏分中加入可以和硫发生反应的物质，反应产物会分散或溶解在气井液体中而带出。

3.3 除垢技术解除硫沉积

该方法主要采用物理法处理，即利用停产机会，将发生硫堵严重的分离头等撇下来清洗。现场用乙二醇作载体加热溶硫，溶硫效果较好，分离头清洗得很干净，但现场清洗时加热温度较难控制。

3.4生物技术预防硫沉积

D.O.Hitzman提出一种生物竞争排除技术来防治硫沉积，该技术利用水基营养液抑制硫酸盐还原菌的生长，以达到在地层中减少甚至消除的目的，该技术具有新颖、高效、适用、经济的特点，可以解决油气田中生物成因的硫化物。目前在去除硫化氢的微生物中，国内外研究较多的光合细菌包括：绿硫细菌属中的栖泥绿菌、化能自养菌中的化硫硫杆菌/排硫硫杆菌/氧化亚铁硫杆菌/脱氮硫杆菌。

4结论

（1）影响元素硫沉积的因素包括：温度、压力、酸性气体（/CO2等）组分、产量、地层因素、渗流介质类型、储层非均质性及元素硫在中的溶解度等。

（2）解除硫沉积的途径有：用溶剂溶解硫、利用化学反应技术、除垢技术。还可以利用生物技术消除硫化氢来预防硫沉积。解除元素硫沉积伤害的关键是在大规模投产前加大有针对性的科技投入，做到早发现、早预防、早防治。

参考文献

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