本发明公开了一种含硫天然气中元素硫溶解度的预测方法，首先确定含硫天然气中H
1.一种含硫天然气中元素硫溶解度的预测方法，其特征在于，首先确定含硫天然气中H₂S含量和天然气密度，并依据下式(1)计算硫元素的溶解度Cr，ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>式中：Cr为硫的溶解度，单位为g/m³；T为天然气温度，单位为K；常数k、a、b的确定，是根据样品天然气的H₂S质量含量和天然气的密度与下面某组数据中相符情况确定：A、H₂S含量为20％，天然气密度ρ＜200kg/m³，k＝1.592044，a＝-2737.23，b＝-8.89768；天然气密度ρ＞200kg/m³，k＝3.288695，a＝-4880.74，b＝-12.4969；B、H₂S含量为7％，天然气密度ρ＜200kg/m³，k＝1.38，a＝-2582.202543，b＝-8.39375；天然气密度ρ＞200kg/m³，k＝3.20，a＝-4880.738659，b＝-12.4969；C、H₂S含量为6％，天然气密度ρ＜200kg/m³，k＝1.20，a＝-2582.202543，b＝-8.393748181；天然气密度ρ＞200kg/m³，k＝3.28，a＝-4880.738659，b＝-12.49685448；D、H₂S含量为1％，天然气密度ρ＜200kg/m³，k＝1.20，a＝-2582.2，b＝-8.39375；天然气密度ρ＞200kg/m³，k＝3.245，a＝-4880.74，b＝-12.4969。技术领域
本发明涉及天然气勘探、开采中关于元素硫在天然气中溶解度的预测方法。
背景技术
随着含硫气藏不断的深入勘探开发，其伴随的问题也随之得到广泛的关注。在含硫气藏开发过程中，H₂S腐蚀、剧毒和硫沉积是需要关注的三大难题。而对于气藏工程师而言，元素硫沉积是最核心的问题，元素硫（单质硫）在储层、井底或者油管中沉积都会导致气井产量降低甚至直接停产。因此，元素硫溶解度的准确预测是含硫气藏开发过程中必须首先解决的问题之一。实验虽然能得到不同温度压力及天然气物性下的元素硫溶解度，但其需要大量的时间及设备成本，同时还具有毒性，因此通过实验检测手段实时检测在实际工程实践中并不具有实用价值。因此，在实践元素硫溶解度的预测广泛通过下式（1）的CHrastil模型通过理论经验公式计算。 C r = ρ k exp ( a T + b ) - - - ( 1 ) ]]>上式中混合天然气密度由下式表示： ρ = M a γ g p ZRT = 3.484 × 10 3 γ g p ZT - - - ( 2 ) ]]>式中：C_r-溶质在气体中的浓度，g/L；ρ-气体的密度，g/L；T-气体的温度，K；k-缔合数(即与一个溶质分子结合的溶剂分子的个数)；M_a—干燥空气的分子量，28.97；γ_g-气体的相对密度；Z-气体的偏差系数(平均值)；R-通用气体常数，0.008315MPa.m³/kmol.k；P-气体压力，MPa。1997年，Roberts.B.E.在Chrastll溶解度模型的基础上，结合E.Brunner和W.Woll测得的两组元素硫在含硫天然气中溶解度的实验数据（表1），拟合出了一套预测元素硫在含硫天然气中溶解度的常系数模型，计算公式如下式（3）： C r = ρ 4 ( - 4666 T - 4.5711 ) - - - ( 3 ) ]]>表0Roberts.B.E拟和用实验体系xa0xa0实验体系
xa0xa0气体组分
xa0xa0BW1
xa0xa066%CH₄、20%H₂S、10%CO₂、4%N₂
xa0xa0BW3
xa0xa081%CH₄、6%H₂S、9%CO₂、4%N₂
元素硫在含硫天然气中溶解度模型(3)提出后，由于其方便实用，很快得到了广泛的使用。但是，由于CHrastil模型本身未说明其适用的温度压力范围及气体组分特征，该模型仅以密度和温度为变量，并且Roberts模型使用的实验数据较少，导致该理论模型存在一定的局限性，即在一定条件下偏差过大，在工程实践中无法应用。对此，国内外许多研究人员研究了不同温度压力下元素硫溶解度与天然气物性的关系，但溶解度预测模型仍然仅仅停留在Roberts的实验数据常系数模型上，如何更全面完善该理论模型以减少偏差还有待深入研究。
发明内容
针对现有的含硫天然气中元素硫溶解度预测方法和模型存在的偏差较大的问题，本发明的目的在于提供一种新的含硫天然气中元素硫溶解度的预测方法。一种含硫天然气中元素硫溶解度的预测方法，首先确定含硫天然气中H₂S含量和天然气密度，并依据下式（1）计算硫元素的溶解度Cr, C r = ρ k exp ( a T + b ) - - - ( 1 ) ]]>式中：Cr为硫的溶解度，单位为g/m³；T为天然气温度，单位为K；常数k、a、b的确定，是根据样品天然气的H₂S质量含量和天然气的密度与下面某组数据中相符情况确定：A、H₂S含量为20%,天然气密度ρ<200kg/m³，k=1.592044,a=-2737.23，b=-8.89768；xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0天然气密度ρ>200kg/m³，k=3.288695,a=4880.74，b=-12.4969；B、H₂S含量为7%,天然气密度ρ<200kg/m³，k=1.38,a=-2582.202543，b=-8.39375；xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0天然气密度ρ>200kg/m³，k=3.20,a=4880.738659，b=-12.4969；C、H₂S含量为6%,天然气密度ρ<200kg/m³，k=1.20,a=-2582.202543，b=-8.393748181；xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0天然气密度ρ>200kg/m³，k=3.28,a=-4880.738659，b=-12.49685448；D、H₂S含量为1%,天然气密度ρ<200kg/m³，k=1.20,a=-2582.2，b=-8.39375；xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0天然气密度ρ>200kg/m³，k=3.245,a=-4880.74，b=-12.4969。本发明的含硫天然气中元素硫溶解度的预测方法，虽然仍然是以CHrastil模型为基础，但考虑了H₂S含量以及密度对常数k、a、b的影响，而获得不同条件下k、a、b值。经过验证，本发明的预测方法与现有的Roberts.B.E.模型相比，其预测结果与天然气实际储层温度、压力条件下硫溶解度试验值要接近的多，能较好的拟合及预测元素硫溶解度随温度压力变化规律。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，以助于理解本发明的内容。实施例1试验用的天然气组分如表1。表1天然气组分xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0N₂
xa0xa0He
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0井流物(wt%)
xa0xa06.86
xa0xa00.5
xa0xa00.02
xa0xa02.76
xa0xa089.86
由于天然气组分中H₂S为6.86%，接近7%，因此确定采用B式，根据温度和压力由（2）式计算出天然气密度，根据密度是大于200(kg/m³还是小于200(kg/m³选择k、a、b参数，天然气密度ρ<200kg/m³，k=1.38,a=-2582.202543，b=-8.39375；天然气密度ρ>200kg/m³，k=3.20,a=-4880.738659，b=-12.4969；再根据式（1）计算硫元素的溶解度，并用式（3）的Roberts公式同时计算硫元素溶解度，并与实测溶解度进行对比，其结果如表2所示。表2溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表2可以看出，采用Roberts公式计算的结果与实测值相差悬殊（两个数量级以上），而本发明的方法计算的结果与实测值接近的多。实施例2实验用所天然组份如表3所示。表3天然气组分及其质量含量xa0xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0xa01
xa0xa04.95%
xa0xa07.40%
xa0xa087.65%
由表3看出，H₂S含量为4.95%，接近6%，因此选用公式C，根据温度压力和相对密度计算密度，密度均大于200kg/m³，因此k=3.28,a=-4880.738659，b=-12.49685448,计算硫元素的溶解度，并用式（3）的Roberts公式同时计算硫元素溶解度，并与实测溶解度进行对比，其结果如表4所示。表4溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表4可以看出，根据Roberts公式计算的溶解度与实测值相差悬殊，相对于Roberts模型，本发明的方法计算的结果与实测值要接近的多。实施例3实验用天然气组份如表5所示。表5天然气组分及质量含量xa0xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0xa02
xa0xa09.93%
xa0xa07.16%
xa0xa082.91%
由表6可以看出H₂S含量接近7%，选取B式，根据温度、压力和相对密度计算出密度均大于200kg/m³，确定以k=3.20,a=-4880.738659，b=-12.4969进行计算，同时用Roberts公式计算，与实测值对比结果如表6。表6溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表6可以看出，根据Roberts公式计算的溶解度与实测值相差悬殊，相对于Roberts模型本发明的方法计算的结果与实测值要接近的多。实施例4天然气组份如表7所示。表7天然气组分及质量含量xa0xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0xa03
xa0xa014.98%
xa0xa07.31%
xa0xa077.71%
根据天然气中H₂S含量确定采用A式，并根据天然气密度大于200kg/m³，确定以k=3.288695,a=-4880.74，b=-12.4969进行计算，同时用Roberts公式计算，与实测值对比结果如表8。表8溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表8可以看出，相对于Roberts模型，本发明的方法计算的结果与实测值要接近的多。实施例5天然气组份如表9所示。表9天然气组分及质量含量xa0xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0xa04
xa0xa017.71%
xa0xa06.81%
xa0xa075.48%
根据H₂S可以确定采用A式，再结合密度，确定温度为303.2K、压力为20Mpa时k、a、b取值分别为k=1.592044,a=-2737.23，b=-8.89768；其他组取k=3.288695,a=-4880.74，b=-12.4969；计算硫元素溶解度，并与实测值和Roberts公式计算的结果对比如表10所示。表10溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表10可以看出，本发明计算的结果要比Roberts公式计算的结果与实测值拟合的更好。实施例6表11天然气组分及质量含量xa0xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0xa05
xa0xa026.62%
xa0xa07%
xa0xa066.38%
根据天然气H₂S组分含量确定按式A中k=3.288695,a=-4880.74，b=-12.4969计算，结果见表12。表12溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表12可以看出，本发明计算的结果要比Roberts公式计算的结果与实测值拟合的更好。实施例7表13天然气组分及质量含量xa0xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0xa06
xa0xa010%
xa0xa00.86%
xa0xa089.14%
根据H₂S组分含量接近7%和密度均大于200kg/m³，确定按式B中k=3.20,a=-4880.738659，b=-12.4969计算，其结果见表14。表14溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表14可看出，本发明的结果与Roberts公式计算的结果相比要与实测值接近的多。实施例8表15天然气组分及质量含量xa0xa0组分
xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0CH₄
xa0xa07
xa0xa010.03%
xa0xa010.39%
xa0xa079.58%
根据H₂S含量和密度，确定以B组中k=3.20,a=4880.738659，b=-12.4969计算，结果见表16。表16溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表16可以看出，本发明的结果与Roberts公式计算的结果相比要与实测值接近的多。实施例9表17天然气组分及质量含量xa0xa0H₂S
xa0xa0CO₂
xa0xa0N₂
xa0xa0CH₄
xa0xa0C₂H₆
xa0xa0C₃H₈
xa0xa044.11%
xa0xa00.72%
xa0xa00.68%
xa0xa047.97%
xa0xa04.09%
xa0xa02.43%
根据H₂S含量确定以A组公式计算，并根据密度大于和小于200kg/m³选择k、a、b，计算硫元素溶解度，结果见表18。表18溶解度计算对比ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表18可以看出，本发明的结果与Roberts公式计算的结果相比要与实测值接近的多。