关键词:
高含硫气藏
硫沉积
溶解度
单质硫
硫化氢
状态方程
机器学习
分子模拟
摘要:
硫沉积是高含硫天然气开发过程中面临的技术难题之一。溶解度变化是硫沉积发生的根本原因,研究高含硫气藏中单质硫的溶解度变化规律是认识和解决硫沉积问题的基础。为此,从实验测量、(半)经验模型与热力学模型、机器学习、分子模拟等角度分析了各方法的适用性和局限性,总结了天然气组分中单质硫溶解度研究领域的新进展。研究结果表明:①单质硫溶解度实验已开展多年,积累了不同天然气成分、温度和压力下的部分数据,但数据来源多样,实验条件差异较大,且数据量较少,不能满足精准预测需求;②(半)经验模型和热力学模型获得较多应用,但需根据实测数据调整参数,缺乏普适性;③机器学习方法在单质硫溶解度预测中具有较大潜力,但依赖数据质量和数量,缺乏可解释性,且泛化能力有限;④分子模拟可避免极端实验条件并可揭示单质硫溶解度的微观机制,但受限于计算资源、力场适用性和模拟时间尺度,未来需开发更精确的模型和力场,以提高其可信度和适用性。结论认为,单质硫在天然气中的溶解机制和溶解度演化规律仍然存在一些认识模糊区域,需要从理论、实验、模型、数据等多维度进一步认识硫沉积规律,包括:①针对天然气成分、温度、压力等变量空间,开展更多的实验测量和计算模拟研究,获得丰富的数据样本;②建立近真实环境的计算模型和实验装置,研究非平衡状态环境快速变化条件下的溶解度变化规律;③利用人工智能如大语言模型等方法分析单质硫溶解和析出过程中各物质的物理和化学变化数据,在复杂的变量空间认识硫溶解度的变化规律和控制因素,为控制硫沉积找到新途径。