凝析气和挥发油衰竭模拟实验中状态方程的特性参数.pdf

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1、1999年第3期漆洋石油凝析气和挥发油衰竭模拟实验中状态方程的特性参数Ma r iaA.Bami f et著张辉译杨鼎源校凝析气藏和挥发性油藏的开发,必须 要依靠相的汽一液平衡组份及其体积动态方面的知识1前言凝析气和挥发油是烃的混合物,由于它们含有中间过渡组份(q一q)的 百分比较大,使得它们比干气和黑油有更复杂的相态特征。油气田数据表明,溶解气油比通常随油气田深度增加而增大,因此,在烃类圈闭中含有凝析气和挥发油 的概率通常随埋深加大而 变大。由于新技术的应用使得钻井深度越来越深,所以在过去 的几年中,发现 了许多这种类型 的油气田。成功地开采凝析气藏和挥发性油藏需要掌握相 的汽液平衡组份及其

2、体积动态方面 的知识。现已有几种利用油气田数据来判断流体类型 的标准,即原始 气油比(G O R)、油罐油 的比重、颜色等,本文将讨论几个适用于物质平衡计算的特殊的高压物性(PV T)特性参数。2凝析气藏和挥发性油藏随着凝析气藏和挥发性油藏投人开采,油藏压力下降到饱和 压力以下时(对凝析气藏是露点压力,对挥发性油藏为泡点压力),烃类的相态将发生明显 的变化。凝析气的生产气油比变化范围为4(X 刃一15(X XX)标准立方英尺/标准桶,而挥发油为20(刃一4(X 刃标准立方英尺/标准桶。在生产过 程中气油比的快速增大,表明油藏压力已经 下降到饱和 压力以下。在凝析气藏的开采过程中,液体在油藏中积

3、蓄,在生产初期或在压力下降后把产出的气体循环 注人凝析气藏中,是一种提高采收率的好方法。挥发油,又称高收缩比油(B os4),应该在生产中通过三个或更多个分离器进行分离,以使得其收缩性最小,正如系列文章中第二篇中所指 出的,典型 的凝析气中q十的摩尔百分比小于1 2.5%,而挥发油中岛十的摩尔百分比在1 2.5%到 3 0%之间。在发现的高温高压油气藏中,用比重和典型岛十组份作为划分凝析气藏和挥发性 油藏的界限只是一种简单的近似。对于比重项,在等效于原始油气藏状态时,凝析气的比重可能大于挥发 油 的比重,类似的,对于组份项,一些挥发性油藏的 c 7十百分比可能 小于凝析气藏。状态方程就是以自适

4、应的方式从不同的实验如恒组份膨胀、分离器实验 中选择经验值。当估算油藏温度下 的饱和 压力时,流体可能表现为泡点压力(a式)或露点压力(b式),这样就收稿日期:l卯8年12月18日漆洋石油总第10 1期能艺Z I K i二卜(a)吕 二1二卜(b)K i/ZN c艺=l可以分别确 定 样品是凝析气还 是挥发油。先对流体用普通的经验方法进行衡量,然 后再对流体的相包络 线进行评价,也可以 区分样 品是凝析气还是挥发油。如果原始油藏温度高于临界 温度而低于 临界凝析温度,那么就 为凝析气藏;同样,对于挥发油藏,油藏温度就会低于临界 温度。在评价和开发凝析气田或挥发性油田时,PV T数据是很重要的;

5、PVT数据是 由汽液平衡时的体积 测量和组份数据组成的。常规的PVT分析通常包括恒物质膨胀和差 异分离研究,更 实用(或更复杂)的凝 析气(或挥发油)衰竭研究P VT分析是恒容衰竭(CV D),这将在后 面讨论。(yl)0p.户三(vp)。驴.l l l3封闭的凝析气藏的特性当 对 凝 析气藏内部的 流体进行开发 时,其压力将逐渐下降到露点压力以下,这时用物质平衡的方法来 处理就比较复杂,对于封闭 的储层也是如此。解决的方法之一就是用状 态 方图1凝析气藏定容衰竭机理程对一个原始凝析气藏的有代表 性的单相流体样品进行衰竭实验,来近似地模拟凝析气藏的衰 竭过 程。实验开始时,温度和压力均为原始凝

6、析气藏的温度和 压力,在衰竭实验过 程中,实验 所 用容器的体积是 恒定的,以近似的代表一个封闭的凝析气藏。实验中,压力以一 指定的 间 隔 递减,当压力下降时,样 品的体积就会大于实验开始时 的体积。新体积下,气体和液体的组份就会发生变化,这 时,从新体积 中取出一部分气体,这部分气体的体积为新体积减去实验开始时的指定体积,如图1所示。在下一个衰竭阶段进行时,对移出气体的摩尔数进行计算。由于衰竭 过 程中移出的全部为气体,衰竭过程中形成的反凝析液就以不 可动液 相 的形式吸给出油藏流体的组份、温度、盆点压力选择烃的孔隙体积计算原始相糜尔数降降低压力低于Pd d d计计算凝析液的体积积积计算气

7、体的体积积计计算产出气的体积和摩尔数数重重新组合剩余相相相干气气气凝析液液图2用状态方程对凝析气进行恒容衰竭模 拟所经历的步骤附在孔隙中,直到其饱和度增加到 临界油饱和度,而临界油饱和度通常高达2 0%到 3 0%。199 9年第3期凝析气和挥发油衰竭模拟实验中状态方程的特性参数同样,挥发油 的恒容衰竭实验也同样可以模拟,但不同的是挥发 油藏中气相和油相可能都可以流动,油相和气相 的产量 由相对渗透率来支配。(图2)4传统物质平衡方程的不足传统的PV I,模型是以两个假设的组份或拟 组份来识别气相和 油相 的,所以在使用常规 的物质平衡方程时则会有以下几个假设:1、地面气能够溶解到油藏条件下

8、的油相或气相中,并且能 用溶解气油比(GOR一Rs)来 描述。2、油罐油(也叫地面脱气原油)不 能挥发 至气相中。3、忽略组份的影响,民(溶解气油比)、B。(油 相地 层体积 系数)、Bg(气相 地 层体积 系数)仅仅和温度相及压力相相关。这种黑油模型认为油藏中气体为干气,不含有可凝析的液态烃,这样,模型没 有对在 油藏温度下当压力下降后的反凝析和再蒸发现象进行描述,也 没有对产出的油藏气体(从凝析气田或挥发性油田)、产出的油罐油、凝析油和地表环境下的馏出物进行描述。油藏中的气相仅仅由拟组份气组成,这种黑油模型在衰竭过 程中的相的密度是通 过地层体积系数B。或Bg来计算的,当用状态方程给出组份

9、数据时,这些参数和溶解气油比民能够得到很精确的计算值。常规物质平衡方程能很好地适用于干气和 黑油。可是,如果油藏流体是凝析气或挥发油,即使参数是用状态方程模型给出的,也可能发生相当大的错误。正如系 列 文章第二篇中所描述的,由于下 面几种 原 因,常规物质平衡方程可能会歪曲凝析气藏和挥发性 油藏衰竭开采 的分析结果。1、随着油藏压力下降到露点压力以下,凝析气藏将会在油藏孔隙体积中凝析出液体(凝析出的液体可能占据了孔隙体积的3 0%到 3 5%这么高的比例)。2、由于组份的影响,干气的粘度相关经验公式不能够再体现凝析气的粘度变化。3、凝析气藏和挥发性油藏地 面产出物中的汽相 中将会有凝析油产出。

10、4、对于中间过渡组份(q一C s),由于烃的组份更丰富,民、B。、Bg同组份的 相关性比同温度和 压力的相关性更强。5用改进后状态方程的物质平衡模型来预测特性参数一种简单的但却有效的近似处理所 有油气藏流体类型的方法,就 是 所谓的溶解 油法把 油相作为 溶解 相,溶解于气相中。197 3年,Spi va k和D ix on提 出了对传统黑油物 质 平衡方 程进行修改的方案,这种方案对凝析气藏来说,允许拟组份化的油 相分布于气相之 中,这种PVr特性称为溶解油气比或挥发油气比。在历史上,修改后的公式没有马 上被广泛的应用,原因是标准的1V T研究不提供这种类型的数据,现在,先进的状态方程能够

11、自动调节以拟合实验室PVT数据,能够用来模拟衰竭实验,自动生成应用在修改后 的物质平衡方程中的全部PvT特性参数。在Pl、TI(油藏条件下 的压力和温度)下油藏气体的R、数据(溶解油气比),可以通 过从Pl,T,状况膨胀一定质量 的气体样品来获得。最后在地 面标准状况下,气和油 的体积 可以测 得,这样,就可以计算出地面标准状况下,每立方英尺气获得多少标准桶 的油,即Rv。比较典型 的R、数值见表格1。涤洋石油总第10 1期表IR v的典型值油油气藏流体体民(田卫/M卫 S CF)重重质黑油油0一10 0 0挥挥发油油10一2(X)近近临界油油巧0一闷州)凝凝 析气气50一2 50 0 0湿湿

12、气气2 0一10 0 0 0干干气气0一2 2 2应用证实,修改 后 的物质平衡方程 也能很好地适用于挥 发性油藏的描述。然而,直到二十世纪七 十年代中期,油藏模拟人员才接受了R v(挥发 油气比)这个参数。对于一 些 挥发性油藏系统,用传统的物质平衡方程计算出的油的采收率,只是用修改后的方程计算出的采收率的一半。错误在于采用R,后计算出的原始油、气地质储量会大大减少。修改后 的物质平衡方程 的推导 原理与常规物质平衡方程 的推导原理是相同的。而 引人Rv后 的不同之处在方程式l到n中列 出。由于篇幅有限,这里只列出 了封闭油藏的公式,也就是说,象水、岩石 压缩系数等次要的参数就忽略了,但如包

13、括进来,也很简单。式 中符号和简写都延 用标准油藏工程 的习惯。如果在原始油气藏中,油、气两相共存,那么油 的原始地质储量就是以游离态存在的油 的体积加上溶解于气相 中的油 的体积,即:N二Nf oi+N琢=Nf oi+G匆Rvi(1)同样,气的原始地质储量 也是以游离气存在 的气相体积加上油相中的溶解气体积,即:G=G殆;+G f o;=G龟;+Nf o iR Si(2)油相体积守恒,则当前地层中的 原 油体积等于油 的原始地质储量减去已经采出的油量。Nf o+N几=N一Np(3)气相体积守恒,则当前地层中以游离态存在的气体的体积加上溶解 于游离态 油相中的地面气体积等于原始气的地质储量减去

14、产出气的体积再加上回注气量。即:G、+G f o=G一马(l一几)(4)式中几是回注气与生产出气的 比,即V回注/卜出。假设一个简单的封闭油气藏进行注水开发生产,则流体回收的体积为:F=Nf oiE。+阮Eg十(Wi一飞)Bw(5)_,B。(1一尺尹,)+(R*一RJ)凡户二jVol户.n。、犷L又1一找声J/(6)这里累积的生产销售气油比定义为:饰(1一r;)际=-万万一(7)净采出 的油、气的膨胀系数定义为:19 侧)年第3期凝析气和挥发油衰竭模拟实验 中状态方程的特性参数、1/、1尹n八Q少./、Zt、E。=Bt o一BoiEg=B堪一Bgi包括挥发油在内,两相油 和气的地层体积系数为:

15、、.2、月l01.,.工1./.、Z、Bt o=B烤=(l一R犬)B,(l 五:凡)+(凡:凡)刀。(l一双声。)实际上,Bt o表示油的总体积加上单位体积的原始饱和 油膨胀后产出 的气相体积。Bt g表示气的总体积加上原始饱和气相膨胀后产生的油相体积。应该注意到 这些定义在挥发 油不存在时等同于常规的定义。当挥发油项(R v为任意时 间的油气比,R vi为原始 油藏下 的油气比)等于零时,方程5和6与常规物质平衡方程相同。作为温度、压力和组份相的函数,流体的特性参数能够用状态方程简单地计算出来,凡、B。、Bg、Rv在所有生产压力下的数据也 可以计算出来。正如系列文章第二篇中提出的那样,一旦计

16、算出了不同压力下的F、E。和E。数据,就可 以用F数据对E。(或Eg)数据作出曲线来确定N,G等数据。用原始油藏组份,从原始油藏状况闪蒸到标准状况下,得到的结果数据就可以估算原始溶解气油比和油气比(民;和 R vi),把每一衰竭阶段压力下产出的气相闪蒸到标准状况 下就可以得到R、和凝析油的量。6衰竭过程中各种特性参数的变化图3到图8展 示 了哥伦比亚 这个凝析油含量较高的凝析气藏在开采后,一些典型特性参数的变化情况。数据是在1 90o F 油藏温度下用S犯ve一R e曲c h一Kwo ng状态方程模拟出来的。2.以扣压 力(p一吞)沃优目4.优旧”压于歹二万;蕊了刁:c c c c c:,一,

17、_._厂一5 5 5 5多多卜,、,.盆/艺艺e。汀Z_43求几几以以以以卜沪产、曰月卜-弓一.-J.一.-.一几 -J-一JO O OO O O,。刀2.0冈3.创扣东。0 0 0 0压压 力(ps吞)居01.冰加2 0奋十q口叨3 0舍.术)偏t图3衰竭过程中压力下降到露点压力后图4凝析气藏衰竭过程中凝析气藏液相中的组份变化产出气中的组份变化图3展示了当油气藏压力下降到露点压力以下 时,油气藏中液相 里 的关键组份(CI、q、C 7+)的变化情况。图4展示 了产出的富气(这种气在地 面标准状况 下 还有凝 析油析 出)中组76漆洋石油总第10 1期T二190F公。,求2戳3.加目(阴i)0

18、 1 0 6 仍0 4叮0 20 1000 0a 00钻度op):”。二 瞿瞿/z、,一一、二190F F F F F:拉一卫力力力O O O O O O O O O,.阅O乙以旧蕊以习.0 侧】氏州刃刃压压力(p.吞)图5凝析气衰竭过程中液相的析出图6凝析气衰竭过程中典型气体粘度的变化犷二.9 0,F气相比,州.涪相比,月卜4 0 加2 0比盆一盯之f毛O,洲阅2.口刀3.以泊4.以】05.1洲力压力(p,i)一。蕊厂厂厂习习、一八l l l l_ _ _2以刃卜I j.权权I万l l l l l/了 二.性性l加01创翔翔柳翔咖咖趁趁度(下)图7凝析气藏衰竭过程中典型相比重的变化图8原始油

19、藏流体(凝析气)和开采后油藏中的流体(挥发油)的相包络线份的变化情况。图5说明了在 油气藏中,液相 的析出量是压力的函数,液相的量是以在露点压力时 流体体积 的百分数来表 示 的。岛以上的重烃组份对烃混合物的相 态特征有很大影响。凝析气的露点压力及液相 的析出量都随重组 份含量增加而增大。下 一篇文章将讨论重组份含量对相态特征 的影 响。图6说明了气相粘度随压力变化的情况,应用 P ed er se n等提出 的相应状态方程原理对粘度进 行估算,注意这种气体粘度对压力的独特形态,完全是受组份的影响。干气的粘度相关关系图形不会有这样的形 态。图7列 出了在衰竭过程中流体比重 的变 化情况。图8展 示 了在油气藏开发前及 开发后,油气藏流体相包络线的 变化情况。当油气藏平 均压力下降到巧o oP si时,凝析气藏可能在 开采过程中的某一 时刻转变为挥发性 油藏。译 自(R王 污ER V0lRE NGI陇EmNG)1卯8,8;P.4 9一53