徐 波 胡碧瑤 王 寧

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司中海油實(shí)驗(yàn)中心(上海)， 上海 200941；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司中海油實(shí)驗(yàn)中心(深圳)， 廣東 惠州 516000)

東海盆地西湖凹陷氣藏基本上屬于典型的中、低孔滲邊底水氣藏，也有部分新出現(xiàn)的含水低滲氣藏。不同構(gòu)造帶的氣藏地質(zhì)特征存在差異，尤其是地層的溫度、壓力、流體性質(zhì)等參數(shù)差異較大。目前，西湖凹陷已開發(fā)的低滲氣藏具有以下典型特征：(1) 以水驅(qū)氣藏為主[1-2]；(2) 氣藏?zé)o水期短，大部分氣井在投產(chǎn)過后的兩三年內(nèi)開始出水，且產(chǎn)水量長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定；(3) 產(chǎn)出水來(lái)源廣，出水規(guī)律復(fù)雜。其中，產(chǎn)出水有多種存在狀態(tài)，如凝析水、可動(dòng)水、不可動(dòng)水、邊底水及其他水源[3-5]。當(dāng)油氣田產(chǎn)水量過大時(shí)，不僅影響產(chǎn)能，而且會(huì)對(duì)氣田后期的開發(fā)產(chǎn)生不利影響。天然氣與水長(zhǎng)期接觸，也會(huì)對(duì)氣藏相態(tài)造成影響。同時(shí)，隨著天然氣進(jìn)入生產(chǎn)流程，氣體中的水會(huì)腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，影響其正常生產(chǎn)。此外，隨著溫度、壓力的變化，氣體中的水會(huì)形成天然氣水合物堵塞生產(chǎn)通道[6-11]，從而影響氣井的正常生產(chǎn)。

目前，關(guān)于西湖凹陷天然氣中凝析水含量測(cè)定的研究仍未見報(bào)道?！短烊粴庵兴康臏y(cè)定》(SY/T 7507 — 2016)是現(xiàn)行的天然氣中水含量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其中只給出了管線中天然氣水含量的分析方法，但其分析結(jié)果無(wú)法還原和代表地層條件下的天然氣中凝析水含量的特征。本次研究將參考高溫高壓含水凝析氣相態(tài)研究方法[12-18]，首次利用高溫高壓流體相態(tài)技術(shù)和低溫冷凝分離裝置對(duì)西湖凹陷天然氣中凝析水含量進(jìn)行測(cè)定，獲取西湖凹陷不同構(gòu)造帶三口井天然氣中的凝析水含量，探討溫度、壓力、礦化度及流體組成對(duì)凝析水含量測(cè)定結(jié)果的影響。本次研究針對(duì)東海西湖凹陷富含凝析水氣藏探索性地開展凝析水含量的測(cè)定，可為后續(xù)判斷氣井產(chǎn)水來(lái)源提供數(shù)據(jù)支持。

1 凝析水含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上[12-18]，利用不同流體組成的沸點(diǎn)差異，采用冷凝分離器和高溫高壓配樣器精確測(cè)定樣品中的凝析水含量，研究凝析水含量的變化規(guī)律。同時(shí)，針對(duì)溫度、壓力、礦化度及流體組成等因素開展比對(duì)研究，探討不同因素對(duì)凝析水含量測(cè)定結(jié)果的影響。

1.2 樣品選取

為了明確測(cè)定西湖凹陷氣田凝析水含量，在西湖斜坡帶、中央背斜帶中北部、中央背斜帶中南部共3個(gè)構(gòu)造帶上選取代表樣品。選取了其中的TJT-A3井、HY2-2-A1井、TWT-C2井，進(jìn)行凝析水含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

測(cè)定系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要由高壓自動(dòng)泵、配樣器、油氣分離冷凝裝置、氣量計(jì)、氣相色譜儀、離子色譜儀、電子天平、中間容器和氣體增壓泵等部分組成。圖1所示為凝析水測(cè)定實(shí)驗(yàn)流程圖。

1、2 — 自動(dòng)泵；3 — 凝析油容器；4 — 地層水容器；5 — 天然氣容器；6 — 配樣器；7 — 空氣壓縮機(jī)；8 — 冷凝管；9 — 干冰冷凝油氣分離箱；10 — 燒杯；11 — 電子天平；12 — 氣體流量計(jì)；13 — 氣相色譜儀；14至22 — 閥門

1.4 實(shí)驗(yàn)流程

(1) 向高溫高壓配樣器中注入待測(cè)氣樣，若為凝析氣，則基于氣油比進(jìn)行配制。

(2) 待溫度、壓力穩(wěn)定之后，在恒壓條件下注入地層水，攪拌配樣器3 h使氣、水充分互溶；然后，靜置3 h使氣、水分層，將配樣器倒轉(zhuǎn)，緩慢打開閥門，觀察是否有地層水流出。若有液體，則證明地層水充分飽和于氣中；若無(wú)液體，則證明未完全飽和，需繼續(xù)注入地層水直至完全飽和。

(3) 待氣、水的平衡狀態(tài)穩(wěn)定之后，再?gòu)呐錁悠黜敳拷映龉芫€將其與低溫分離玻璃管(其冷凝溫度為-58 ℃)連接起來(lái)，打開配樣器閥門，使氣體以100 mL/min的流速通過冷凝管。

(4) 待放出一定氣量后，關(guān)閉配樣器出口閥門，取出冷凝管；然后，將冷凝管浸泡于90 ℃熱水中保持30 min，使冷凝的輕烴全部揮發(fā)；最后，擦干凈冷凝管外部，稱量冷凝管質(zhì)量，減去干燥的冷凝管質(zhì)量即可計(jì)算出冷凝管中析出地層水的質(zhì)量，結(jié)合放出氣量計(jì)算對(duì)應(yīng)溫度、壓力條件下氣樣中的凝析水含量。

2 凝析水含量測(cè)定及影響因素分析

2.1 凝析水含量的測(cè)定

存在于天然氣中的地層水，在地層條件下呈氣相。隨著天然氣的采出，溫度、壓力逐漸下降，溶解的地層水就會(huì)由氣相逐漸變成液態(tài)，被稱為凝析水。在測(cè)定凝析水含量前，首先應(yīng)明確天然氣的氣體組成和地層水的礦化度等基本參數(shù)。TWT-C2井、HY2-2-A1井、TJT-A3井的氣油體積比分別為8 500、2 000、5 000，其地層水礦化度等參數(shù)和摩爾組成如表1、表2、表3所示。

表1 西湖凹陷樣品地層水組成參數(shù)

表2 西湖凹陷樣品摩爾組成(一)

表3 西湖凹陷樣品摩爾組成(二)

實(shí)驗(yàn)中采用干冰制冷，冷卻溫度約為-58 ℃，壓力為0.1 MPa?；贛cketta-Wehe圖版，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)過程中冷凝管外排氣所含凝析水的體積分?jǐn)?shù)，結(jié)果僅約0.000 2×10-4。此數(shù)值遠(yuǎn)低于天然氣樣品中的凝析水含量，因此可以對(duì)外排氣中殘余的水蒸氣忽略不計(jì)。

2.2 凝析水含量的影響因素分析

2.2.1 礦化度和壓力的影響

取TWT-C2井天然氣樣品，在地層溫度恒定的條件下，分別測(cè)定礦化度為7 000、15 000 mg/L，地層壓力從40 MPa逐漸下降到5 MPa時(shí)的凝析水含量(見圖2)?？梢钥闯觯?/p>

(1) 在壓力和溫度恒定的條件下，低礦化度(7 000 mg/L)樣品的凝析水體積分?jǐn)?shù)普遍高于高礦化度(15 000 mg/L)樣品，這是由于天然氣溶解作用所致[19-21]。一般而言，隨著礦化度的增大，氣體的溶解度降低，溶解地層水的含量也隨之下降。

(2) 在礦化度和溫度恒定的條件下，壓力降低，凝析水的體積分?jǐn)?shù)隨之增大。這是因?yàn)椋S著壓力降低，地層水在地層高溫的作用下由液體狀態(tài)蒸發(fā)形成氣體狀態(tài)，從而導(dǎo)致凝析水含量升高[19-21]。在礦化度為7 000 mg/L時(shí)，壓力從40 MPa下降到20 MPa，則凝析水的體積分?jǐn)?shù)從0.349×10-4增至0.440×10-4，僅增大了0.091×10-4；而當(dāng)壓力從20 MPa下降到5 MPa時(shí)，凝析水的體積分?jǐn)?shù)則從0.440×10-4增至0.831×10-4，增大了0.391×10-4。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，低壓區(qū)間凝析水的增量是高壓區(qū)間的4.3倍，占整個(gè)階段凝析水總上升量的81.1%。

研究結(jié)果表明，在低壓條件下凝析水含量的升高速度明顯比在高壓條件下更快，這與現(xiàn)有研究結(jié)果一致[19-23]。壓力的變化直接影響生產(chǎn)井的生產(chǎn)狀況，因此，針對(duì)西湖凹陷各油氣田各在生產(chǎn)氣井，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其壓力變化趨勢(shì)。

2.2.2 溫度、壓力的影響

取HY2-2-A1井天然氣樣品，在礦化度恒定(7 466.1 mg/L)的條件下，測(cè)定不同溫度(130、150、170 ℃)下地層壓力從60 MPa逐漸下降到5 MPa時(shí)的凝析水含量(見圖3)?？梢钥闯觯?/p>

圖2 TWT-C2井不同壓力、礦化度條件下的凝析水含量

圖3 HY2-2-A1井不同溫度、壓力條件下的凝析水含量

(1) 在礦化度和溫度恒定的條件下，凝析水含量隨壓力的下降而升高，壓力越低，凝析水含量升高越快。這與前面的研究結(jié)果一致。

(2) 在礦化度和壓力恒定的條件下，地層溫度升高時(shí)，凝析水含量也會(huì)升高。這是由于地層溫度升高，地層水從液體逐漸蒸發(fā)成氣態(tài)并形成凝析水，溶解到天然氣中，從而使天然氣中的凝析水含量升高。

(3) 在低壓區(qū)間(5～20 MPa)：當(dāng)?shù)貙訙囟壬叩?30 ℃時(shí)，凝析水的體積分?jǐn)?shù)由0.132×10-4增至0.272×10-4，增大了0.140×10-4；當(dāng)?shù)貙訙囟壬叩?50 ℃時(shí)，凝析水的體積分?jǐn)?shù)由0.252×10-4增至0.459×10-4，增大了0.207×10-4；當(dāng)?shù)貙訙囟壬叩?70 ℃時(shí)，凝析水的體積分?jǐn)?shù)由0.384×10-4增至1.025×10-4，增大了0.641×10-4。指示溫度越高，凝析水的含量升高越快。此外，在地層壓力為10 MPa的條件下：當(dāng)溫度由150 ℃升高到170 ℃時(shí)，凝析水的體積分?jǐn)?shù)增大了0.259×10-4；而當(dāng)溫度由130 ℃升高到150 ℃時(shí)，凝析水的體積分?jǐn)?shù)增大了0.123×10-4。在相同溫度間隔內(nèi)，前者增量是后者增量的2.1倍，且增速隨壓力降低而加快。

研究表明，若溫度越高、壓力越低，則凝析水含量就越高，且其增速也越大。地層溫度的升高也是導(dǎo)致凝析水含量快速增大的重要原因，需時(shí)刻關(guān)注地層溫度的變化。

2.2.3 流體組成的影響

取TJT-A3井天然氣樣品，在礦化度恒定(7 158.3 mg/L)的條件下，測(cè)定不同溫度(120、140 ℃)、不同氣油比(2 000、5 000及注入8%CO2)下，地層壓力從50 MPa逐漸下降到5 MPa時(shí)的凝析水含量(見圖4)?？梢钥闯觯?/p>

(1) 壓力和溫度對(duì)該井凝析水含量的影響趨勢(shì)與前述分析一致。

(2) 在礦化度、溫度、壓力恒定的條件下，氣油比越低，凝析水含量越高；但凝析水含量增加速率變化較小，相對(duì)于壓力和溫度等影響因素而言，氣油比對(duì)凝析水含量的影響較小。

(3) 在礦化度、溫度、氣油比恒定條件下，注入8%CO2樣品的凝析水含量明顯高于原始樣品，凝析水含量隨著壓力的下降而增加，且在低壓條件下的增速明顯加快。這是由于CO2含量升高增強(qiáng)了天然氣的溶解作用，使其溶解度增大。與此同時(shí)，隨著壓力的下降，高壓條件下溶解于地層水中的CO2逐漸釋放，CO2含量升高，從而加速了凝析水含量的升高。在生產(chǎn)過程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天然氣中的CO2含量，以便及時(shí)判斷出水量。

圖4 TJT-A3井不同溫度、壓力、流體組成的凝析水含量

3 結(jié) 語(yǔ)

本次研究中，采用高溫高壓流體相態(tài)技術(shù)及低溫冷凝分離裝置精確測(cè)定天然氣中凝析水含量。相對(duì)于其他方法，本次測(cè)定的結(jié)果更加準(zhǔn)確。研究發(fā)現(xiàn)：天然氣溶解作用會(huì)導(dǎo)致低礦化度樣品的凝析水含量高于高礦化度樣品；溫度和壓力是影響天然氣中凝析水含量的重要因素，溫度越高、壓力越低，則凝析水含量就越高，其增速也越快。此外，CO2含量升高，可增強(qiáng)天然氣的溶解作用，促使凝析水含量進(jìn)一步升高，因此，CO2含量也是影響天然氣中凝析水含量的重要因素。同時(shí)，氣油體積比越低，凝析水含量就越高。但與壓力和溫度因素相比，氣油體積比對(duì)凝析水含量的影響較小。