CN112014261B - 一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置，包括高温高压泵、高温高压抗硫反应釜、阀门、恒速恒压泵、溶剂容器、高温高压岩心夹持器、模拟岩心、回压阀；高温高压岩心夹持器内部设置有模拟岩心，高温高压抗硫反应釜和溶剂容器经分支管路并联至高温高压岩心夹持器一端，回压阀管路连接在高温高压岩心夹持器另一端；高温高压抗硫反应釜和溶剂容器连接到高温高压岩心夹持器的管路上分别设置有高温高压泵、恒速恒压泵、阀门；本发明将单质硫全面地引入模拟岩心中，使用气体驱替出未被岩心吸附的单质硫，建立了一种对储层固硫最大吸附能力和固硫对储层的伤害程度范围的评价测试流程，可以根据实际气藏的生产条件，为高含硫气田的开发提供参考。

Description

一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置及方法

技术领域

本发明属于高含硫天然气气藏勘探开发技术领域，特别是一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置及方法。

背景技术

我国的含硫气藏主要分布在鄂尔多斯盆地、塔里木盆地和四川盆地等，该类气藏的主要特点是：气藏埋藏深、硫化氢含量高、地温梯度大，在开采高含硫气藏的过程中，随着气体不断产出，地层压力不断下降，会有单质硫从气体中析出，堵塞天然气渗流通道，降低地层有效孔隙空间及渗透率，影响气井产能。由此可见，关于地层硫沉积模型的研究是十分有必要的。

高含硫气藏在刚开始发生硫沉积时，会被储层吸附使渗流性变差。但目前对于实际情况下储层对固硫吸附能力及固硫对储层的伤害程度范围的了解还相当有限，对固硫在储层中的吸附情况的研究较少，且缺少量化的储层对固硫吸附能力实验数据；而明确了固硫在多孔介质中的吸附情况，掌握地层对固硫的最大吸附能力，则可以为硫沉积防治提供重要的实验依据，因此需要一种能够模拟实际地层条件，且对地层对固硫最大吸附能力和固硫对储层的伤害程度范围进行研究的实验装置。

此外，在目前常见的硫沉积实验装置中，多使用含硫气体对岩心样本进行驱替，以获得气体中硫在岩心中的沉积结果，而对于实验岩心中一些直径小于单质硫粒径的孔道来说，气体携带的单质硫难以充分被引入孔道，使得模拟地层对固硫的吸附无法达到饱和状态，难以实现对地层中固硫最大吸附能力的研究。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置及方法，使用溶剂溶解法将硫单质全面引入模拟岩心中，使得模拟岩心对硫单质的吸附达到饱和状态，并使用模拟天然气样对模拟岩心中饱和吸附的固硫进行驱替，通过模拟手段确定实际产气状态下地层中能够吸收的固硫的最大含量，从而起到对地层中固硫最大吸附能力进行准确评价的作用。

本发明采用的技术方案是：

一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置，包括高温高压泵、高温高压抗硫反应釜、阀门A、恒速恒压泵、溶剂容器、阀门B、阀门C、高温高压岩心夹持器、模拟岩心、围压泵、回压阀；

所述高温高压岩心夹持器内部设置有模拟岩心，所述高温高压抗硫反应釜和所述溶剂容器经分支管路并联至高温高压岩心夹持器一端，连接管路伸入高温高压岩心夹持器内部；所述回压阀管路连接在高温高压岩心夹持器另一端，连接管路伸入高温高压岩心夹持器内部；

所述高温高压抗硫反应釜连接到高温高压岩心夹持器的支路上依次设置有所述高温高压泵和所述阀门A；

所述溶剂容器连接到高温高压岩心夹持器的支路上依次设置有所述恒速恒压泵和所述阀门B；

所述阀门C设置在高温高压抗硫反应釜和溶剂容器与高温高压岩心夹持器连接的干路上；

所述围压泵设置在高温高压岩心夹持器外部，并通过管路伸入高压岩心夹持器内。

进一步的，所述高温高压泵与所述阀门A之间的支路管路上设有一组以上的单质硫吸收装置。

进一步的，所述单质硫吸收装置中的吸收液为二硫化碳、甲苯、苯、四氯化碳中的任意一种。

进一步的，所述高温高压岩心夹持器外壳内设有电加热片，所述电加热片与高温高压岩心夹持器外部的温控仪电连接。

进一步的，所述回压阀还与尾气吸收装置管路连接。

一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置的实验方法，包括以下步骤：

(一)岩心准备：选取实验所需的待测模拟岩心，对其进行抽提、清洗，并在烘干后测量模拟岩心的干重，测量完毕后将模拟岩心放入高温高压岩心夹持器中；

(二)连接装置：连接实验装置的各个部分，并检查气密性；

(三)流体准备：将根据实验要求配置好的模拟天然气注入高温高压抗硫反应釜中，使用高温高压抗硫反应釜的对模拟天然气加热加压至实验所需的温度和压力，并将溶解有硫单质的饱和硫溶剂注入溶剂容器中；

(四)岩心夹持器抽真空：分别关闭阀门A、阀门B、阀门C，外接真空泵对高温高压岩心夹持器内部抽真空；

(五)注入饱和硫溶剂：控制围压泵向模拟岩心施加围压，分别开启阀门B和阀门C，关闭回压阀，启动恒速恒压泵向模拟岩心中驱替饱和硫溶剂至恒速恒压泵中压力明显上升；

(六)烘干岩心：停止驱替饱和流溶液后，关闭阀门B，降低围压至正常值之后，将驱替完成的模拟岩心从高温高压岩心夹持器中取出，放入烘箱中完全烘干；

(七)气样驱替岩心：将烘干后的模拟岩心重新放入高温高压岩心夹持器，连接完毕管路后，使用围压泵控制高温高压岩心夹持器内部压力为实验所需的地层压力，并控制温控仪使电加热片对高温高压岩心夹持器进行加热，将其温度控制在实验所需的地层温度上；之后开启阀门A，控制回压阀的压力，启动高温高压泵，将加热过后的模拟天然气依照实验设定的流速，经单质硫吸收装置注入模拟岩心中，对模拟岩心中沉积的硫单质进行驱替；

(八)岩心饱和硫吸附量的测定：对经过模拟天然气驱替过后的模拟岩心自高温高压岩心夹持器中取出，烘干后测定干重，并与岩心准备过程中的模拟岩心干重相比较，计算出模拟岩心中硫单质的饱和吸附量。

岩心吸附硫单质含量的计算公式如下：

式中：m₁——岩心的初始干重，单位g；

m₂——驱替后岩心的干重，单位g

S——岩心的吸附硫含量，单位g/g

与现有技术相比，上述技术方案具有如下优点：

1、本发明通过设计相关实验装置和使用方法，将单质硫全面地引入模拟岩心中，再使用气体驱替出未被岩心吸附的单质硫，建立了一种对储层固硫最大吸附能力和固硫对储层的伤害程度范围的评价测试流程，可以根据实际气藏的生产条件，为高含硫气田的开发提供参考，整个操作过程简单，计量准确。

2、相较于常规实验装置的硫引入方式，本发明采用硫溶剂溶解硫单质的硫引入方式，由于流体在细微裂缝中的渗透能力强于气体，使用溶剂溶解单质硫将固硫引入模拟岩心中的能力远远大于使用气体携带单质硫将固硫引入模拟岩心中的能力；将渗透至模拟岩心细微裂缝中的有机溶剂烘干后，单质硫便会在小孔径中结晶析出，便于硫单质在模拟岩心中的饱和。

3、使用脱除单质硫的模拟原始气样可以驱替出多余的单质硫，从而在接近实际条件中的天然气存在的情况下，准确测得的模拟岩心中的能够被吸附的饱和吸附硫的含量。

附图说明

图1是本发明装置连接结构示意图；

图中 1高温高压泵，2高温高压抗硫反应釜，3单质硫吸收装置，4阀门A，5恒速恒压泵，6溶剂容器，7阀门B，8阀门C，9高温高压岩心夹持器，10模拟岩心，11围压泵，12电加热片，13温控仪，14回压阀，15尾气吸收装置。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例：

参见图1，一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置，高温高压岩心夹持器9内部设置有模拟岩心10，高温高压抗硫反应釜2和溶剂容器6经分支管路并联至高温高压岩心夹持器9一端，连接管路伸入高温高压岩心夹持器9内部，高温高压抗硫反应釜2填充气体驱替过程中所需的模拟天然气，按照实验所需气体比例向高温高压抗硫反应釜2中注入组成气制得，同时高温高压抗硫反应釜2还可对气体进行加热，使得模拟天然气能够更加贴近实际地层中天然气的高温状态，而溶剂容器6中填充饱和硫溶剂，使用溶解硫单质能力强的二硫化碳作为溶剂，溶解硫单质至饱和后注入溶剂容器6中，作为将硫单质有效引入岩心中的介质，；回压阀14管路连接在高温高压岩心夹持器9另一端，连接管路伸入高温高压岩心夹持器9内部，以确保整个驱替装置的压力降在稳定范围内；

高温高压抗硫反应釜2连接到高温高压岩心夹持器9的支路上依次设置有高温高压泵1和阀门A 4，高温高压泵1将在高温高压抗硫反应釜2内加热至工作温度的模拟天然气注入夹持器，气体驱替时打开阀门A 4即可连通注气支路，而注液时关闭阀门A 4则可引导饱和硫溶液进入夹持器；

溶剂容器6连接到高温高压岩心夹持器9的支路上依次设置有恒速恒压泵5和阀门B 7，恒速恒压泵5将溶剂容器6中的饱和硫溶剂注入夹持器中，注液时打开阀门B 7即可连通注液支路，而气体驱替时关闭阀门B 7则可引导驱替气体进入夹持器；

阀门C 8设置在高温高压抗硫反应釜2和溶剂容器6与高温高压岩心夹持器9连接的干路上，起到控制两条支路总开关的作用；

围压泵11设置在高温高压岩心夹持器9外部，并通过管路伸入高压岩心夹持器9内，对高温高压岩心夹持器9提供围压，从而准确模拟实际地层中的压力条件。

高温高压泵1与阀门A 4之间的支路管路上设有两组单质硫吸收装置3，使得在模拟天然气在对模拟岩心中沉积的硫单质进行驱替操作时，模拟天然气经高温高压泵1输送至单质硫吸收装置3中脱去可能存在的硫单质之后，再被注入高温高压岩心夹持器9中，避免在气体驱替过程中由外部引入硫单质可能带来的误差。

单质硫吸收装置3中的吸收液为二硫化碳。

高温高压岩心夹持器9外壳内设有电加热片12，电加热片12与高温高压岩心夹持器9外部的温控仪13电连接，从而实现实验时对高温高压岩心夹持器9内部温度的控制，便于模拟实际地层温度条件下的模拟岩心10驱替操作。

回压阀14还与尾气吸收装置15管路连接，吸收驱替过程中气体携带的硫单质和硫化物等污染物。

本实施例的具体实施步骤为：

(一)岩心准备：选取实验所需的待测模拟岩心10，对其进行抽提、清洗，并在烘干后测量模拟岩心10的干重为35.1955g，测量完毕后将模拟岩心放入高温高压岩心夹持器9中；

(二)连接装置：连接实验装置的各个部分，并检查气密性；

(三)流体准备：依照表1中所示配置模拟天然气，并注入高温高压抗硫反应釜2中，使用高温高压抗硫反应釜2对模拟天然气加热加压，控制温度条件为98.9℃，压力条件为49.8MPa，以模拟地层条件；将50g硫粉放入100g二硫化碳中搅拌溶解，得到饱和硫溶剂，之后将溶解有硫单质的饱和硫溶剂注入溶剂容器6中；

表1气体组成

组分	CH<sub>4</sub>	C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>	H<sub>2</sub>S	CO<sub>2</sub>
					含量(mol％)	73.418	0.032	17.890	8.660

(四)岩心夹持器抽真空：分别关闭阀门A 4、阀门B 7、阀门C 8，外接真空泵对高温高压岩心夹持器9内部抽真空，在模拟岩心10内部设置低压区，便于后续注液时液体输入模拟岩心10；

(五)注入饱和硫溶剂：使用围压泵11向模拟岩心10施加围压，控制围压为52MPa，之后分别开启阀门B 7和阀门C 8，并关闭回压阀14，启动恒速恒压泵5向模拟岩心10中驱替饱和硫溶剂至恒速恒压泵5中压力明显上升，恒速恒压泵5的压力明显上升说明模拟岩心10内部可容纳饱和硫溶剂的孔道已几近充满，致使管线压力开始增加；

(六)烘干岩心：停止驱替饱和流溶液后，关闭阀门B 7，将围压排至正常值，将驱替完成的模拟岩心10从高温高压岩心夹持器9中取出，放入烘箱中烘干5h，得到饱和吸附硫单质的模拟岩心10；

(七)气样驱替岩心：将烘干后的模拟岩心10重新放入高温高压岩心夹持器9，连接完毕管路后，使用围压泵11控制围压为52MPa，并控制温控仪13使电加热片12对高温高压岩心夹持器9进行加热，设定其温度为98.9℃；之后开启阀门A 4，控制回压阀14的压力为47MPa，启动高温高压泵1，将高温高压抗硫反应釜2中的高温高压模拟天然气以60mL/min的流速，经单质硫吸收装置3注入模拟岩心10中，对模拟岩心10中沉积的硫单质进行驱替，直至驱替的模拟天然气流速达到稳定，部分沉积硫被模拟天然气驱替出装置，剩余在模拟岩心10当中无法被气体驱替出的单质硫即为实际条件下地层中可被饱和吸附的硫单质；

(八)岩心饱和硫吸附量的测定：对经过模拟天然气驱替过后的模拟岩心10自高温高压岩心夹持器9中取出，烘干后测定驱替后干重35.3466g，并利用下列公式进行计算：

式中：m₁——岩心的初始干重，单位g；

m₂——驱替后岩心的干重，单位g

S——岩心的吸附硫含量，单位g/g

计算出模拟岩心中硫单质的饱和吸附量为0.004293g/g。

在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置，其特征在于，包括高温高压泵（1）、高温高压抗硫反应釜（2）、阀门A（4）、恒速恒压泵（5）、溶剂容器（6）、阀门B（7）、阀门C（8）、高温高压岩心夹持器（9）、模拟岩心（10）、围压泵（11）、回压阀（14）；

所述高温高压岩心夹持器（9）内部设置有模拟岩心（10），所述高温高压抗硫反应釜（2）和所述溶剂容器（6）经分支管路并联至高温高压岩心夹持器（9）一端，连接管路伸入高温高压岩心夹持器（9）内部；所述回压阀（14）管路连接在高温高压岩心夹持器（9）另一端，连接管路伸入高温高压岩心夹持器（9）内部；

所述高温高压抗硫反应釜（2）连接到高温高压岩心夹持器（9）的支路上依次设置有所述高温高压泵（1）和所述阀门A（4），高温高压泵（1）与阀门A（4）之间的支路管路上还设有一组以上的单质硫吸收装置（3）；

所述溶剂容器（6）连接到高温高压岩心夹持器（9）的支路上依次设置有所述恒速恒压泵（5）和所述阀门B（7）；

所述阀门C（8）设置在高温高压抗硫反应釜（2）和溶剂容器（6）与高温高压岩心夹持器（9）连接的干路上；

所述围压泵（11）设置在高温高压岩心夹持器（9）外部，并通过管路伸入高压岩心夹持器（9）内。

2.根据权利要求1所述的一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置，其特征在于：所述单质硫吸收装置（3）中的吸收液为二硫化碳、甲苯、苯、四氯化碳中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置，其特征在于：所述高温高压岩心夹持器（9）外壳内设有电加热片（12），所述电加热片（12）与高温高压岩心夹持器（9）外部的温控仪（13）电连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置，其特征在于：所述回压阀（14）还与尾气吸收装置（15）管路连接。

5.根据权利要求1—4任一所述的一种基于溶剂溶解原理测量吸附硫含量的装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

（一）岩心准备：选取实验所需的待测模拟岩心（10），对其进行抽提、清洗，并在烘干后测量模拟岩心（10）的干重，测量完毕后将模拟岩心（10）放入高温高压岩心夹持器（9）中；

（二）连接装置：连接实验装置的各个部分，并检查气密性；

（三）流体准备：将根据实验要求配置好的模拟天然气注入高温高压抗硫反应釜（2）中，使用高温高压抗硫反应釜的（2）对模拟天然气加热加压至实验所需的温度和压力，并将溶解有硫单质的饱和硫溶剂注入溶剂容器（6）中；

（四）岩心夹持器抽真空：分别关闭阀门A（4）、阀门B（7）、阀门C（8），外接真空泵对高温高压岩心夹持器（9）内部抽真空；

（五）注入饱和硫溶剂：控制围压泵（11）向模拟岩心（10）施加围压，分别开启阀门B（7）和阀门C（8），关闭回压阀（14），启动恒速恒压泵（5）向模拟岩心（10）中驱替饱和硫溶剂至恒速恒压泵（5）中压力明显上升；

（六）烘干岩心：停止驱替饱和流溶液后，关闭阀门B（7），降低围压至正常值之后，将驱替完成的模拟岩心（10）从高温高压岩心夹持器（9）中取出，放入烘箱中完全烘干；

（七）气样驱替岩心：将烘干后的模拟岩心（10）重新放入高温高压岩心夹持器（9），连接完毕管路后，使用围压泵（11）控制高温高压岩心夹持器（9）内部压力为实验所需的地层压力，并控制温控仪（13）使电加热片（12）对高温高压岩心夹持器（9）进行加热，将其温度控制在实验所需的地层温度上；之后开启阀门A（4），控制回压阀（14）的压力，启动高温高压泵（1），将加热过后的模拟天然气依照实验设定的流速，经单质硫吸收装置（3）注入模拟岩心（10）中，对模拟岩心（10）中沉积的硫单质进行驱替；

（八）岩心饱和硫吸附量的测定：对经过模拟天然气驱替过后的模拟岩心（10）自高温高压岩心夹持器（9）中取出，烘干后测定干重，并与岩心准备过程中的模拟岩心（10）干重相比较，计算出模拟岩心（10）中硫单质的饱和吸附量。

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