張安剛，范子菲，宋　珩，郭雙生

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油新疆西部鉆探測(cè)井公司測(cè)井二分公司，新疆克拉瑪依834000）

計(jì)算凝析氣頂油藏油氣界面移動(dòng)距離的新方法

張安剛1，范子菲1，宋珩1，郭雙生2

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油新疆西部鉆探測(cè)井公司測(cè)井二分公司，新疆克拉瑪依834000）

凝析氣頂油藏氣頂油環(huán)協(xié)同開發(fā)須厘清油氣界面的移動(dòng)規(guī)律。假設(shè)凝析氣頂油藏呈橢圓錐狀，利用物質(zhì)平衡原理，綜合考慮氣頂反凝析、水蒸氣含量、巖石壓縮性等因素的影響，推導(dǎo)出計(jì)算凝析氣頂油藏油氣界面移動(dòng)距離的新方法。應(yīng)用實(shí)例表明，當(dāng)氣頂出現(xiàn)反凝析后，油氣界面的移動(dòng)速度開始不斷增大；當(dāng)忽略反凝析、巖石壓縮性或水蒸氣含量時(shí)，油氣界面縱向移動(dòng)距離的計(jì)算值均偏小，且反凝析現(xiàn)象對(duì)油氣界面縱向移動(dòng)距離的影響最大，其次為巖石壓縮性，水蒸氣含量影響最??；新方法得到的油氣界面縱向移動(dòng)距離與壓力梯度法的結(jié)果吻合較好。

凝析氣頂油藏 油氣界面移動(dòng)距離 物質(zhì)平衡 水蒸氣含量 反凝析 巖石壓縮性

凝析氣頂油藏是一種復(fù)雜類型油氣藏，其開發(fā)過程中會(huì)出現(xiàn)壓力失衡、油氣互竄、界面移動(dòng)及相態(tài)轉(zhuǎn)化等復(fù)雜的物質(zhì)及能量交換［1-3］。當(dāng)氣頂壓力高于油環(huán)壓力時(shí)，氣頂氣會(huì)在生產(chǎn)壓差的作用下向油井突進(jìn)，造成油井氣竄而減產(chǎn)；當(dāng)油環(huán)壓力高于氣頂壓力時(shí)，油環(huán)油侵入氣頂并吸附在巖石表面而滯留，導(dǎo)致原油回采困難，損失資源［4-5］。因此，油氣界面移動(dòng)規(guī)律的準(zhǔn)確識(shí)別，對(duì)于制定凝析氣頂油藏的開發(fā)技術(shù)對(duì)策具有重要意義。筆者以物質(zhì)平衡原理為基礎(chǔ)，假設(shè)凝析氣頂油藏呈橢圓錐狀，推導(dǎo)出計(jì)算凝析氣頂油藏油氣界面移動(dòng)距離的新方法，以期為凝析氣頂油藏的開發(fā)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1　計(jì)算模型建立

假設(shè)凝析氣頂油藏中凝析氣頂與底部油環(huán)處于同一壓力系統(tǒng)內(nèi)，且油氣界面均勻推進(jìn)；原始地層壓力高于凝析氣體的露點(diǎn)壓力；凝析氣頂與油環(huán)均有束縛水存在；忽略凝析氣頂中氣體在油環(huán)中的溶解以及油環(huán)逸出溶解氣竄入凝析氣頂；忽略氣體在地層的吸附現(xiàn)象。通過評(píng)價(jià)地層壓力下降過程中的凝析氣頂孔隙體積的變化量，并結(jié)合油氣藏呈橢圓錐體的形狀假設(shè)，便可以得到凝析氣頂油藏油氣界面的移動(dòng)距離。

1.1凝析氣頂原始孔隙體積

考慮到地層原始條件下凝析氣頂中水蒸氣含量的影響，凝析氣頂?shù)脑伎紫扼w積表達(dá)式為

其中

凝析氣偏差因子可以利用1974年Dranchuk和Purvis等擬合的Standing-Katz圖版所得的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式求解［6］。

1.2凝析氣頂孔隙體積

在凝析氣頂油藏開發(fā)過程中，當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀谀鰵怏w的露點(diǎn)壓力時(shí)，凝析油就會(huì)不斷析出，同時(shí)地層水也開始不斷蒸發(fā)，導(dǎo)致凝析氣體中的水蒸氣含量不斷增大，目前地層壓力下凝析氣頂孔隙體積的表達(dá)式為

式（3）中的凝析油飽和度可以通過室內(nèi)衰竭實(shí)驗(yàn)或相平衡計(jì)算［7］求??；水蒸氣含量可以通過地層凝析氣飽和含水量實(shí)驗(yàn)測(cè)得［8］，也可以通過參考鄰近凝析氣藏的水蒸氣含量數(shù)據(jù)而確定。

1.3油氣界面移動(dòng)距離

基于物質(zhì)平衡原理［9-10］，考慮地層壓力下降過程中的儲(chǔ)層巖石膨脹現(xiàn)象，凝析氣頂?shù)耐鈹U(kuò)體積表達(dá)式為

假設(shè)凝析氣頂油藏為背斜構(gòu)造，其流體分布在氣頂區(qū)，該區(qū)頂面和底面輪廓呈橢圓錐狀（圖1），氣頂總體積可以看做是氣頂區(qū)頂面及底面2個(gè)橢圓錐體的體積之差；油氣界面和油水界面在移動(dòng)過程中始終保持水平，并且均勻推進(jìn)；凝析氣頂與油環(huán)之間沒有發(fā)生油氣互竄；地層傾角保持不變。

圖1　凝析氣頂油藏流體分布Fig.1　Fluiddistributionofoilreservoirwith condensategascap

假設(shè)凝析氣頂油藏的形狀呈橢圓錐狀，地層壓力下降過程中凝析氣頂孔隙體積的變化量表達(dá)式為

其中

由于地層壓力下降過程中凝析氣頂孔隙體積的變化量是一定的，即

將式（4）和式（5）代入式（11），整理后得到油氣界面縱向移動(dòng)距離計(jì)算模型，再采用二分法對(duì)其進(jìn)行求解得到油氣界面縱向移動(dòng)距離，根據(jù)地層傾角則可求取氣頂內(nèi)外油氣邊界在橫向上的移動(dòng)距離。

2　應(yīng)用實(shí)例

某凝析氣頂油藏氣頂氣儲(chǔ)量為252×108m3，油環(huán)原油地質(zhì)儲(chǔ)量為1060×104m3，早期只開采油環(huán)，后期在氣頂頂部鉆探了5口氣井進(jìn)行氣頂油環(huán)協(xié)同開采試驗(yàn)。油氣藏原始地層壓力為31.16MPa，初始油氣界面深度為2850m，地層溫度為96.5℃，地層原始孔隙度為21%，原始條件下凝析氣偏差因子為0.987，原始條件下單位體積凝析氣體中的水蒸氣含量為0.00276m3/m3，氣頂區(qū)束縛水飽和度為22%，儲(chǔ)層巖石壓縮系數(shù)為3.7×10-4MPa-1，原始條件下氣頂區(qū)外油氣邊界的長軸和短軸長度分別為6160 和2830m，氣頂區(qū)內(nèi)油氣邊界的長軸和短軸長度分別為4810和1780m，氣頂區(qū)頂面輪廓頂點(diǎn)和底面輪廓頂點(diǎn)距油氣界面的距離分別為142和68m。

凝析油飽和度和凝析氣中水蒸氣含量隨地層壓力的變化規(guī)律可以通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)得（圖2），再利用插值計(jì)算可以得到任意地層壓力下的凝析油飽和度和凝析氣中水蒸氣含量；不同壓力下的凝析氣偏差因子可以由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式求?。?-7］。

圖2　不同壓力下的凝析油飽和度和凝析氣體水蒸氣含量Fig.2　Condensateoilsaturationandwatervaporcontentof condensategasunderdifferentreservoirpressures

將凝析氣頂油藏的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和流體物性數(shù)據(jù)代入式（11），利用二分法求解，即可得到不同地層壓力下油氣界面在縱向上和橫向上的移動(dòng)距離（圖3，圖4）。從圖3和圖4可以看出：①當(dāng)?shù)貙訅毫抵谅饵c(diǎn)壓力后，氣頂出現(xiàn)反凝析，油氣界面的移動(dòng)速度開始不斷增大；②不考慮反凝析、水蒸氣含量、巖石壓縮性等因素時(shí)，油氣界面縱向移動(dòng)距離的計(jì)算值均偏小，是由于氣頂孔隙體積變化量的計(jì)算值偏小所致；③以綜合考慮各因素得到的油氣界面移動(dòng)距離為準(zhǔn)，反凝析現(xiàn)象對(duì)油氣界面移動(dòng)距離的影響最大，其次是巖石壓縮性，水蒸氣含量的影響最小。

圖3　油氣界面縱向移動(dòng)距離隨地層壓力的變化Fig.3　Relationshipbetweenverticalmovingrangeof oil-gascontactandreservoirpressure

圖4　油氣界面橫向移動(dòng)距離隨地層壓力的變化Fig.4　Relationshipbetweenhorizontalmovingrangeofoil-gas contactandreservoirpressure

現(xiàn)場(chǎng)也可以通過壓力梯度法間接獲得目前油氣界面的位置，即不同密度的流體所對(duì)應(yīng)的壓力梯度曲線的斜率不同，斜率出現(xiàn)拐點(diǎn)的深度即為2種流體間的分界面位置。為了驗(yàn)證新計(jì)算方法的可靠性，首先利用油氣藏不同時(shí)間段的壓力梯度測(cè)試資料及壓力梯度法計(jì)算出對(duì)應(yīng)的油氣界面深度及縱向移動(dòng)距離，然后與新方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較（圖5）。從圖5可以看出，新方法與壓力梯度法計(jì)算的油氣界面縱向移動(dòng)距離吻合較好，說明新方法具有一定的可靠性和實(shí)用性。

圖5　壓力梯度法與模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.5　Resultsofcomparisonbetweenthenewcomputing methodandthepressuregradientmethod

3　結(jié)論

在物質(zhì)平衡原理的基礎(chǔ)上，假設(shè)油氣藏呈橢圓錐狀，綜合考慮氣頂反凝析、水蒸氣含量、巖石壓縮性等因素的影響，推導(dǎo)出計(jì)算凝析氣頂油藏油氣界面移動(dòng)距離的新方法。應(yīng)用實(shí)例表明，忽略反凝析、水蒸氣含量或者巖石壓縮性等因素影響時(shí)，由于凝析氣頂孔隙體積變化量的計(jì)算值偏小，導(dǎo)致油氣界面縱向移動(dòng)距離的計(jì)算值也偏??；反凝析現(xiàn)象對(duì)油氣界面移動(dòng)距離的影響最大，其次分別為巖石壓縮性、水蒸氣含量。該計(jì)算方法與壓力梯度法計(jì)算的油氣界面縱向移動(dòng)距離吻合較好，可靠性較高且簡便易用。

符號(hào)解釋：

VGi——凝析氣頂原始孔隙體積，m3；G——原始天然氣儲(chǔ)量，m3；Bgi——原始條件下凝析氣的體積系數(shù)；ywi——原始條件下凝析氣頂中水蒸氣含量，m3/m3；Swc——凝析氣頂區(qū)束縛水飽和度；psc——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，MPa；Zi——原始條件下凝析氣偏差因子；T——地層溫度，K；pi——原始地層壓力，MPa；Tsc——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，K；VG——地層壓力下的凝析氣頂孔隙體積，m3；Gp——凝析氣頂區(qū)累積采出的天然氣凝析產(chǎn)量，m3；Z——地層壓力下凝析氣偏差因子；yw——凝析氣頂區(qū)的水蒸氣含量，m3/m3；Soc——凝析氣頂區(qū)凝析油的飽和度；p——地層壓力，MPa；ΔVG——凝析氣頂?shù)耐鈹U(kuò)體積，m3；Cp——原始地層壓力下的孔隙壓縮系數(shù)，MPa-1；h1——地層壓力下氣頂區(qū)頂面輪廓頂點(diǎn)距油氣界面的距離，m；h2——地層壓力下氣頂區(qū)底面輪廓頂點(diǎn)距油氣界面的距離，m；a1——地層壓力下氣頂區(qū)外油氣邊界的長軸長度，m；a2——地層壓力下氣頂區(qū)內(nèi)油氣邊界的長軸長度，m；b1——地層壓力下氣頂區(qū)外油氣邊界的短軸長度，m；b2——地層壓力下氣頂區(qū)內(nèi)油氣邊界的短軸長度，m；ΔVG′——凝析氣頂孔隙體積的變化量，m3；h1i——原始條件下氣頂區(qū)頂面輪廓頂點(diǎn)距油氣界面距離，m；Δh——油氣界面縱向移動(dòng)距離，m；h2i——原始條件下氣頂區(qū)底面輪廓頂點(diǎn)距油氣界面距離，m；φ——?dú)忭攨^(qū)孔隙度；a1i——原始條件下氣頂區(qū)外油氣邊界的長軸長度，m；α1a——?dú)忭攨^(qū)頂面輪廓在長軸方向的地層傾角，（°）；b1i——原始條件下氣頂區(qū)外油氣邊界的短軸長度，m；α1b——?dú)忭攨^(qū)頂面輪廓在短軸方向的地層傾角，（°）；a2i——原始條件下氣頂區(qū)內(nèi)油氣邊界的長軸長度，m；α2a——?dú)忭攨^(qū)底面輪廓在長軸方向的地層傾角，（°）；b2i——原始條件下氣頂區(qū)內(nèi)油氣邊界的短軸長度，m；α2b——?dú)忭攨^(qū)底面輪廓在短軸方向的地層傾角，（°）；φi——?dú)忭攨^(qū)原始孔隙度；Cf——巖石壓縮系數(shù)，MPa-1。

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編輯王星

Anewcomputingmethodofmovingrangeoftheoil-gascontact inoilreservoirwithcondensategascap

ZhangAngang1，F(xiàn)anZifei1，SongHeng1，GuoShuangsheng2

（1.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment，PetroChina，BeijingCity，100083，China；2.No.2WellLogCompany，XibuDrillingEngineeringCo.，Ltd.，CNPC，Karamay，Xinjiang，834000，China）

Itisimportanttostudythemovinglawofoil-gascontactinoilreservoirwithcondensategascapintheinterest ofdevelopingthegascapandoilrimconcurrently.Consideringfactorsofretrogradecondensation，watervaporcontentand rockcompressibility，anewmethodofcalculatingthemovingrangeofoil-gascontactintheoilreservoirwithcondensate gascapwasderivedbasedonmaterialbalanceprincipleandanassumptionofelliptic-cone-shapedreservoir.Application caseshowsthatthemovingvelocityofoil-gascontactincreasesaftertheretrogradecondensationofgascap；allthecomputingresultsoftheverticalmovingrangeoftheoil-gascontactaresmallerwhenthefactorsofretrogradecondensation，rock compressibilityorwatervaporcontentisneglected；theinfluenceofretrogradecondensationontheverticalmovingrangeof theoil-gascontactislargerthanthatfromrockcompressibilityandwatervaporcontent.Thecomputingresultofthenew methodagreeswellwiththeoneobtainedbypressuregradientmethod.

oilreservoirwithcondensategascap；oil-gascontactmovingrange；materialbalance；watervaporcontent；retrogradecondensation；rockcompressibility

19

A

1009-9603（2015）01-0102-04

2014-11-15。

張安剛（1986—），男，山東臨沂人，在讀博士研究生，從事凝析氣頂油藏氣頂油環(huán)協(xié)同開發(fā)研究。聯(lián)系電話：13581980929，E-mail：ansenking2001@163.com。

中國石油重大科技專項(xiàng)“哈薩克斯坦碳酸鹽巖油氣藏氣頂和油環(huán)協(xié)同開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用”（2011E-2504）。