趙新智 李世榮 楊濤 佘小兵 劉世會(huì)

1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢） 2長(zhǎng)慶油田采油四廠

靖安油田長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6油藏伴生氣研究與應(yīng)用

趙新智1李世榮2楊濤2佘小兵2劉世會(huì)2

1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢） 2長(zhǎng)慶油田采油四廠

靖安油田長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6油藏部分油井伴生氣含量較高。從開采特征角度看，目前地層和生產(chǎn)井底附近脫氣現(xiàn)象嚴(yán)重，伴生氣產(chǎn)量較高，一般為原始溶解氣油比的1～3.5倍；地層壓力高的井比地層壓力低的井產(chǎn)氣量低。從伴生氣的組成看，套管氣量占總氣量的2/3以上；隨著含水率的上升，伴生氣產(chǎn)量越來越低，當(dāng)含水率達(dá)到70%以后，產(chǎn)氣量很少或基本不產(chǎn)氣；產(chǎn)氣量變化有著明顯的階段性特征。根據(jù)測(cè)試研究，大路溝二區(qū)、白于山區(qū)套管氣占總伴生氣量的1/2～2/3，要充分利用好伴生氣資源，就必須要解決伴生氣、套管氣的回收和利用問題。目前比較成熟的回收利用套管氣的工藝技術(shù)主要有3種，即定壓放氣閥回收工藝，對(duì)儲(chǔ)罐加溫、降回壓井組取暖工藝和安裝燃?xì)獍l(fā)電機(jī)工藝。

伴生氣；采收率；物質(zhì)平衡方程通式；溶解氣驅(qū)采收率

靖安油田大路溝二區(qū)、白于山區(qū)油藏油井伴生氣蘊(yùn)含豐裕，輕質(zhì)組分含量高，具有極高的投資回報(bào)率。雖然該區(qū)油氣資源豐富，但是對(duì)伴生氣的研究不多，伴生氣的組分、儲(chǔ)量、分布規(guī)律及其綜合利用途徑還不很清楚，盡管伴生氣在站點(diǎn)的鍋爐燃用、生活采暖等方面已經(jīng)得到了充分利用，但仍有大量的伴生氣無效放空，造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，同時(shí)存在較大的安全隱患。

1 伴生氣儲(chǔ)量現(xiàn)狀

靖安長(zhǎng)6、長(zhǎng)4+5油藏溶解氣儲(chǔ)量為27.3×108～34.3×108m3，原始?xì)庥捅?7.8～59.9 m3/t，氣油比49～126 m3/t。根據(jù)2006年12月份長(zhǎng)慶油田資源量普查結(jié)果可知，白于山區(qū)、大路溝二區(qū)伴生氣量為1.6×104m3/d，可用氣量0.8×104m3/d。

白于山長(zhǎng)4＋5儲(chǔ)層原始地層壓力10.7 MPa，飽和壓力5.97 MPa，地飽壓差4.7 MPa，原油收縮率17.1%，天然氣比重1.03左右。大路溝二區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層原始地層壓力11.5 MPa，飽和壓力7.26 MPa，地飽壓差4.2 MPa，原油收縮率17.1%，天然氣比重0.92，原油物性參數(shù)見表1。

表1 靖安油田長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6層原油物性數(shù)據(jù)

2 伴生氣組分

選用LWZQ-25渦輪流量傳感器氣量計(jì)量?jī)x器和多層鋁塑復(fù)合膜取樣袋，對(duì)白于山區(qū)13口油井和大路溝二區(qū)19口油井兩個(gè)區(qū)塊油管氣和套管氣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，油管氣和套管氣輕烴含量有所不同，白于山長(zhǎng)4+5和大路溝二區(qū)長(zhǎng)6一般油管氣的輕烴組分高于套管氣，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 伴生氣C3以上輕烴組分含量統(tǒng)計(jì) %

3 開采特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，白于山區(qū)和大路溝二區(qū)井底流壓與飽和壓力的比值一般在0.35～0.5之間，井底脫氣嚴(yán)重，生產(chǎn)氣油比高，伴生氣開采指標(biāo)見表3。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，伴生氣產(chǎn)量變化具有明顯的階段性特征，一般在低含水期，伴生氣產(chǎn)量較高。隨著含水率的上升，產(chǎn)量逐漸降低，并且在階段初期，降低速度較大，在階段后期速度減緩，直到含水超過70%以后，油井基本不產(chǎn)氣。

從理論上分析，對(duì)未飽和油藏，伴生氣的生產(chǎn)特征與相變發(fā)生情況具有很大關(guān)系。當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀陲柡蛪毫r(shí)，生產(chǎn)氣油比會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油藏原始?xì)庥捅?；?dāng)?shù)貙訅毫Ω哂陲柡蛪毫?，生產(chǎn)井井底流壓低于飽和壓力時(shí)，生產(chǎn)氣油比也會(huì)高于原始?xì)庥捅?，這也是目前長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6油藏在低含水期伴生氣產(chǎn)量很高的原因。

表3 靖安油田大路溝二區(qū)、白于山區(qū)伴生氣開采指標(biāo)

4 伴生氣采收率

伴生氣可采儲(chǔ)量是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，由于以往對(duì)伴生氣產(chǎn)量沒有進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)量，給采收率分析帶來了一些麻煩。另外，盡管伴生氣是在原油開采過程中產(chǎn)生的，但油氣開采規(guī)律的不同導(dǎo)致了它們開采特征各異，在不同驅(qū)動(dòng)條件下采收率也不一樣。因此，根據(jù)兩個(gè)區(qū)塊的實(shí)際情況，選擇應(yīng)用物質(zhì)平衡方程來研究不同開發(fā)階段伴生氣采收率問題。

4.1 物質(zhì)平衡方程通式

物質(zhì)平衡方程通式是指彈性驅(qū)動(dòng)、溶解氣驅(qū)、氣頂驅(qū)和天然水驅(qū)同時(shí)存在的綜合驅(qū)動(dòng)方式下的物質(zhì)平衡方程表達(dá)式，它適用于任何類型油藏的衰竭式開采。根據(jù)《油藏工程基礎(chǔ)》可得物質(zhì)平衡方程[1]

根據(jù)白于山長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6油藏特點(diǎn)（無氣頂，無邊底水），上述平衡方程可簡(jiǎn)寫為

物質(zhì)平衡方程在不同開發(fā)方式下，具有不同形式，下面將以這些方程為基礎(chǔ)來推導(dǎo)不同開發(fā)階段(不同驅(qū)動(dòng)類型)下的伴生氣采收率值，并進(jìn)行分析。應(yīng)用物質(zhì)平衡方程時(shí)需要的PVT參數(shù)見表4。

表4 長(zhǎng)慶油田部分區(qū)塊高壓物性參數(shù)

4.2 溶解氣驅(qū)采收率

當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀陲柡蛪毫?，便進(jìn)入了溶解氣驅(qū)階段，溶解氣從原油中分離出來，逐漸以氣相形式自由流動(dòng)。由于天然氣黏度比原油黏度低幾百倍，溶解氣在地下的運(yùn)移速度比原油快得多，此時(shí)是溶解氣大量采出的階段[2]。

沒有氣頂存在(pipb)的油藏，溶解氣驅(qū)階段的物質(zhì)平衡方程表達(dá)式為

經(jīng)上式變形，可獲得伴生氣與原油在溶解氣驅(qū)階段的關(guān)系式

下標(biāo)a表示油田開發(fā)到廢棄壓力條件下的對(duì)應(yīng)參數(shù)。

伴生氣和原油在溶解氣驅(qū)階段開采特征差異很大，由式（4）可知，二者的采收率存在很大差異，一般伴生氣的采收率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原油采收率。式（4）右邊第2項(xiàng)表達(dá)式描述了二者的差異。應(yīng)用PVT資料對(duì)白于山區(qū)和大路溝二區(qū)伴生氣采收率進(jìn)行試算，考慮到有許多油井井底壓力已低至2 MPa，可取廢棄壓力為2 MPa，地層壓力降低到廢棄壓力時(shí)伴生氣采收率與原油采收率的差異計(jì)算結(jié)果見表5。表5表明，油氣采收率差異在38.94%～55.65%之間。溶解氣驅(qū)原油采收率一般在5%～25%范圍內(nèi)，低滲透油藏會(huì)更低，可以用許多經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)其值估算[3-4]。

白于山區(qū)和大路溝二區(qū)伴生氣采收率比原油采收率高38%～49%，如果按原油采收率15%估算，伴生氣采收率可以達(dá)到53%～64%。

表5 長(zhǎng)慶油田原油采收率和伴生氣采收率差異

4.3 伴生氣采收率評(píng)估

如果油藏地層壓力和井底流壓都保持在飽和壓力上時(shí)，伴生氣采收率和原油采收率是一樣的，發(fā)生差異的主要原因是在地層或生產(chǎn)井底周圍發(fā)生了溶解氣驅(qū)作用。對(duì)于水驅(qū)油藏的伴生氣采收率問題，原油采收率值是下限，溶解氣驅(qū)方法計(jì)算的采收率是上限。

通過對(duì)長(zhǎng)6、長(zhǎng)4+5油藏伴生氣生產(chǎn)特征分析可知，伴生氣生產(chǎn)分為3個(gè)階段，即低含水期(包括無水期)、中含水期或高含水期。在高含水期一般不產(chǎn)氣和少產(chǎn)氣，見表6。實(shí)際上，伴生氣的開采只局限于前2個(gè)階段，中高含水期的含水率分界點(diǎn)是70%。也就是說，在含水達(dá)到70%以前，溶解氣驅(qū)一直是作為驅(qū)動(dòng)方式之一而存在，對(duì)此階段，可以用溶解氣驅(qū)采收率計(jì)算方法來估測(cè)其采收率，盡管這階段它也受到水驅(qū)方式的影響，溶解氣驅(qū)采收率計(jì)算值是上限。

表6 長(zhǎng)慶油田部分區(qū)塊伴生氣采收率情況 %

5 伴生氣應(yīng)用現(xiàn)狀

燃燒和放空是目前本區(qū)處理多余伴生氣的主要方式。根據(jù)測(cè)試研究，大路溝二區(qū)、白于山區(qū)套管氣占總伴生氣量的1/2～2/3間，要充分利用好伴生氣資源，就必須要解決伴生氣套管氣的回收和利用問題。目前比較成熟的回收利用套管氣的工藝技術(shù)主要有3種。

5.1 定壓放氣閥回收工藝

定壓放氣閥回收工藝相當(dāng)于在油井套管上安裝了一個(gè)安全閥，根據(jù)油井的回壓大小調(diào)好開啟壓力，當(dāng)溢出的套管氣在環(huán)空聚集壓力超過設(shè)定值時(shí)便泄放到采油樹流程中，混入原油輸?shù)较掠魏筮M(jìn)行集中處理及回收利用。長(zhǎng)慶油田在具有回收價(jià)值的井上安裝了定壓放氣閥，很好地解決了伴生氣燃燒、放空的難題。定壓放氣閥回收工藝流程見圖1。

5.2 對(duì)儲(chǔ)罐加溫、降回壓井組取暖工藝

對(duì)于部分井組伴生氣不富裕，但足以維持井場(chǎng)上的生產(chǎn)和生活需要時(shí)，則利用套管氣給降回壓爐加熱，通過安裝降回壓爐，且在降回壓爐的出口處安裝兩臺(tái)小型循環(huán)泵（一臺(tái)備用），以解決冬季員工取暖的問題，并可用儲(chǔ)罐加溫。該工藝在大路溝二區(qū)、白于山區(qū)已得到廣泛運(yùn)用，流程見圖2。

圖1 定壓放氣閥回收工藝流程

圖2 對(duì)儲(chǔ)罐加溫、降回壓井組取暖工藝流程

5.3 安裝燃?xì)獍l(fā)電機(jī)工藝

偏遠(yuǎn)地區(qū)的井場(chǎng)一般安裝一套小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的功率與井場(chǎng)的用電量相匹配。例如某井場(chǎng)有4臺(tái)抽油機(jī)，每臺(tái)抽油機(jī)的功率是15 kW，共需60 kW的功率，實(shí)際上這個(gè)井場(chǎng)可安裝功率為50 kW的發(fā)電機(jī)，井場(chǎng)上的電不外輸，只供本井場(chǎng)使用。目前在大路溝二區(qū)、白于山區(qū)安裝燃?xì)獍l(fā)電機(jī)20臺(tái)，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，有效地利用了該區(qū)伴生氣資源，合理地利用了油氣資源，減少了油氣損耗，且能消滅油區(qū)內(nèi)“火炬天燈”，保護(hù)油區(qū)內(nèi)的環(huán)境，減少H2S、SO2、CO等酸性氣體造成的大氣環(huán)境污染。站場(chǎng)所用的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)見圖3。

圖3 站場(chǎng)小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)

6 結(jié)論

通過對(duì)32口油井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從油氣性質(zhì)、伴生氣生產(chǎn)動(dòng)態(tài)兩方面對(duì)長(zhǎng)慶油田的伴生氣開采特征進(jìn)行了總結(jié)：從油氣性質(zhì)看，當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀陲柡蛪毫螅貙釉秃苋菀酌摎?，溶解氣油比隨地層壓力的降低呈直線降低；伴生氣輕烴組分目前含量較高，并隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，輕烴組分含量在逐漸上升。從開采特征角度看，目前地層和生產(chǎn)井底附近脫氣現(xiàn)象嚴(yán)重，伴生氣產(chǎn)量較高，一般為原始溶解氣油比的1～3.5倍；地層壓力高的井比地層壓力低的井產(chǎn)氣量低。從伴生氣的組成看，套管氣量占總氣量的2/3以上；隨著含水率的上升，伴生氣產(chǎn)量越來越低，當(dāng)含水率達(dá)到70%以后，產(chǎn)氣量很少或基本不產(chǎn)氣；產(chǎn)氣量變化有著明顯的階段性特征。

通過對(duì)白于山區(qū)和大路溝二區(qū)現(xiàn)場(chǎng)取樣分析證明，伴生氣C3以上組分含量都較高，大部分在25%以上。白于山長(zhǎng)4＋5儲(chǔ)層甲烷含量為44.1%～52.7%,C3以上輕烴含量39.6%；大路溝二區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層甲烷含量58.7%，C3以上輕烴含量28.68%。

[1]劉德華，劉志森．油藏工程基礎(chǔ)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2004．

[2]李勇，廖銳全．靖安油田井口套管氣回收技術(shù)應(yīng)用研究[J]．石油天然氣學(xué)報(bào)，2010，32（2）：125-128．

[3]牛彥良，李莉，韓德金，等．低滲透油藏水驅(qū)采收率計(jì)算新方法[J]．石油學(xué)報(bào)，2006，27（2）：77-84．

[4]周斌，楊通佑．測(cè)算水驅(qū)砂巖油田采收率的經(jīng)驗(yàn)公式[J]．石油學(xué)報(bào)，1988， 9（3）：55-61．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.010

（欄目主持 楊 軍）