黃磊，康凱，張雷，汪躍，吳浩君

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

對(duì)于凝析氣田的開發(fā)，PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是凝析氣藏組分模型建立的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立組分模型并進(jìn)行開發(fā)方案預(yù)測(cè)。如果凝析氣PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與流體樣品存在偏差，將直接影響開發(fā)的認(rèn)知及后續(xù)的動(dòng)態(tài)跟蹤，因此，對(duì)凝析氣的PVT實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)具有重要意義。目前最常用的檢驗(yàn)方法是Hoffmann等［1］提出的利用閃蒸實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)分離器中油氣樣品的取樣質(zhì)量，并未考慮對(duì)影響較大的定容衰竭實(shí)驗(yàn)和恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

本文目標(biāo)區(qū)渤海灣盆地BZ凝析氣田為深層太古界變質(zhì)巖潛山大型凝析氣田。分析探井PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，各樣品整體規(guī)律性差，部分PVT樣品難以達(dá)到較好的PVTi擬合效果，不同實(shí)驗(yàn)單位由相同樣品得到的PVT實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異較大，而利用Hoffmann方法檢驗(yàn)取樣質(zhì)量均合格。本文基于定容衰竭實(shí)驗(yàn)和恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)基本原理，建立了合格PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的判別方法，篩選合格的PVT樣品可為BZ凝析氣田制定整體開發(fā)方案提供保障。

1 定容衰竭實(shí)驗(yàn)判別

定容衰竭實(shí)驗(yàn)是為了模擬凝析氣藏儲(chǔ)烴孔隙空間保持不變而逐漸降壓的開采過(guò)程，每級(jí)壓力下，體系達(dá)到氣相-液相熱力學(xué)平衡［2-5］。表征氣液兩相平衡的主要參數(shù)是各組分的平衡常數(shù)，為某組分在氣相與液相中摩爾分?jǐn)?shù)的比值：

式中：Km為組分平衡常數(shù)；Ym，Xm分別為組分在氣相、液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。

定容衰竭實(shí)驗(yàn)判別方法是基于各個(gè)組分平衡常數(shù)的半對(duì)數(shù)與壓力的關(guān)系曲線，合格樣品的平衡常數(shù)曲線應(yīng)為單一組分曲線平滑變化，不會(huì)出現(xiàn)“拐點(diǎn)”或者“駝峰”的特征，且多組分的曲線之間不交叉［6-7］。定容衰竭實(shí)驗(yàn)僅能測(cè)得Ym，通過(guò)物質(zhì)平衡原理，按照下列方法，可推算每級(jí)壓力下的Xm，即可得到各組分的平衡常數(shù)。

衰竭實(shí)驗(yàn)過(guò)程可建立各組分物質(zhì)平衡的方程與第k級(jí)壓力下總物質(zhì)的量平衡方程：

式中：Np為初始總物質(zhì)的量，mol；Ym1，Ymk分別為第 1級(jí)、第k級(jí)壓力下某組分在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；Ngk，Nlk分別為經(jīng)過(guò)k次降壓后剩余氣相、液相物質(zhì)的量，mol；Xmk為第k級(jí)壓力下某組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；ΔNsk為第k級(jí)壓力下排出的物質(zhì)的量，mol；Vd為露點(diǎn)壓力下的容器體積（以下簡(jiǎn)稱露點(diǎn)體積），m3；pk為第k級(jí)壓力，MPa；Rlk為第k級(jí)壓力下的反凝析液量百分?jǐn)?shù)；Zk為第k級(jí)壓力對(duì)應(yīng)的氣相偏差系數(shù)；R為摩爾氣體常數(shù)，J/（mol·K）；T 為地層溫度，K；Sk，Sk-1分別為第 k級(jí)、第k-1級(jí)壓力下的累積采出程度。

將式（7）代入式（1）即可得到每個(gè)組分的平衡常數(shù)。繪制不同組分平衡常數(shù)的半對(duì)數(shù)與壓力的變化曲線，觀察各組分曲線的單調(diào)性，進(jìn)而可判別定容衰竭實(shí)驗(yàn)的合格性。

2 恒質(zhì)膨脹與定容衰竭統(tǒng)一化判別

恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)是為了測(cè)定凝析氣在地層中的體積膨脹能力和反凝析液量［8-9］，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，整個(gè)凝析氣體系沒(méi)有向外排出氣體。在同一溫度、壓力下，相同初始體積凝析氣恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)的反凝析液量應(yīng)高于定容衰竭實(shí)驗(yàn)，若結(jié)果相反，說(shuō)明PVT實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠。

凝析氣PVT實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)計(jì)算反凝析液量百分?jǐn)?shù)為反凝析液量與膨脹后容器體積的比值，而定容衰竭的反凝析液量百分?jǐn)?shù)為反凝析液量與初始露點(diǎn)體積的比值，兩者計(jì)算反凝析液量百分?jǐn)?shù)的分母不一致，需要將恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)中的容器體積折算至露點(diǎn)體積計(jì)算反凝析液量百分?jǐn)?shù)進(jìn)行對(duì)比。

第k次分級(jí)降壓實(shí)驗(yàn)下氣態(tài)平衡方程為

式中：Vk為第k級(jí)壓力下實(shí)驗(yàn)容器體積，m3。

根據(jù)式（6）、式（8）可得到 Vd：

恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)第k次降壓后，露點(diǎn)體積下的反凝析液量百分?jǐn)?shù)為

3 經(jīng)驗(yàn)圖版

凝析氣藏的最大反凝析液量越大，說(shuō)明氣藏反凝析作用越強(qiáng)，生產(chǎn)氣油比越低［9-12］。通過(guò)統(tǒng)計(jì)渤海灣盆地凝析氣藏21個(gè)PVT樣品，得到生產(chǎn)氣油比與定容衰竭實(shí)驗(yàn)中最大反凝析液量百分?jǐn)?shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線（見(jiàn)圖1），顯示最大反凝析液量百分?jǐn)?shù)與生產(chǎn)氣油比有非常好的相關(guān)性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)圖版可以對(duì)PVT樣品的合格性作進(jìn)一步的判別。

圖1 定容衰竭實(shí)驗(yàn)中最大反凝析液量百分?jǐn)?shù)與氣油比的關(guān)系

4 實(shí)例應(yīng)用

渤海海域BZ凝析氣田位于渤中凹陷西南部，區(qū)域構(gòu)造上被渤中凹陷、沙南凹陷和黃河口凹陷環(huán)繞，整體表現(xiàn)為被走滑斷層及其派生斷層復(fù)雜化的具有背斜特征的斷塊構(gòu)造［13-16］。在地層上，從上至下依次發(fā)育第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組、古近系東營(yíng)組、沙河街組和孔店組以及太古宇潛山，其中太古宇潛山是主力產(chǎn)氣層。

BZ凝析氣田在太古宇潛山共獲取11個(gè)PVT實(shí)驗(yàn)樣品。為了便于闡述判別方法的應(yīng)用實(shí)例，本文以BZ氣田的樣品A，B為例進(jìn)行分析。樣品A為分離器取樣，基礎(chǔ)參數(shù)見(jiàn)表1。油氣分離平衡狀態(tài)和取樣質(zhì)量經(jīng)檢查合格，樣品未發(fā)生漏失，樣品具有代表性。恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)及定容衰竭實(shí)驗(yàn)分級(jí)降壓得到反凝析液量百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2、表3）。定容衰竭實(shí)驗(yàn)分級(jí)壓力下的累積采出程度及各組分的摩爾分?jǐn)?shù)見(jiàn)表4、表5。

表1 研究區(qū)樣品A凝析氣PVT基礎(chǔ)參數(shù)

表2 研究區(qū)樣品A恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)反凝析液量百分?jǐn)?shù)

表3 研究區(qū)樣品A定容衰竭實(shí)驗(yàn)反凝析液量百分?jǐn)?shù)

表5 研究區(qū)樣品A定容衰竭實(shí)驗(yàn)各組分摩爾分?jǐn)?shù)

4.1 定容衰竭實(shí)驗(yàn)判別

根據(jù)樣品A實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用定容衰竭實(shí)驗(yàn)判別方法，得到各組分平衡常數(shù)隨壓力變化曲線（見(jiàn)圖2a）。從圖中可以看出，C4與C5組分的平衡常數(shù)單調(diào)性差，出現(xiàn)明顯“拐點(diǎn)”，同時(shí)，部分組分曲線發(fā)生交叉，表明樣品A定容衰竭實(shí)驗(yàn)過(guò)程存在偏差，合格性差。同樣利用該方法判別的樣品B各組分的平衡常數(shù)單調(diào)性好（見(jiàn)圖2b），樣品合格。

圖2 定容衰竭實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)與分級(jí)壓力關(guān)系

4.2 恒質(zhì)膨脹與定容衰竭實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一化判別

根據(jù)表2，用式（10）折算至露點(diǎn)體積下的反凝析液量百分?jǐn)?shù)。折算后，樣品A恒質(zhì)膨脹反凝析液量百分?jǐn)?shù)小于定容衰竭實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖3a），與原理不符，說(shuō)明樣品A的PVT實(shí)驗(yàn)結(jié)果不合格；樣品B各組分的平衡常數(shù)單調(diào)性好（見(jiàn)圖3b），說(shuō)明樣品B合格。

圖3 定容衰竭與恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)反凝析液量百分?jǐn)?shù)對(duì)比

4.3 經(jīng)驗(yàn)圖版

利用圖1經(jīng)驗(yàn)圖版檢驗(yàn)BZ凝析氣田實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。樣品A在生產(chǎn)氣油比1 095 m3/m3時(shí)，定容衰竭實(shí)驗(yàn)測(cè)得最大反凝析液量百分?jǐn)?shù)為40.9%，而利用圖版法得到的值為22.8%，兩者差異較大，說(shuō)明樣品A合格性非常差；樣品B氣油比為1 208 m3/m3，實(shí)驗(yàn)室和經(jīng)驗(yàn)圖版得到的最大反凝析液量百分?jǐn)?shù)分別為18.6%及19.8%，兩者基本相當(dāng)，說(shuō)明樣品B合格性好。

用上述3種方法對(duì)渤海灣盆地BZ凝析氣田所有11個(gè)PVT樣品進(jìn)行分析，共有3個(gè)樣品存在平衡常數(shù)曲線不單調(diào)、恒質(zhì)膨脹的反凝析液量線位于定容衰竭實(shí)驗(yàn)下方、與經(jīng)驗(yàn)圖版的吻合度差等問(wèn)題。之所以樣品不合格，可能存在PVT反應(yīng)釜不干凈、黑油殘留、實(shí)驗(yàn)室配樣操作不當(dāng)、計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差［17-20］等原因，可重新開展PVT實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行樣品恢復(fù)。

5 結(jié)論

1）定容衰竭實(shí)驗(yàn)每級(jí)降壓下達(dá)到氣相-液相熱力學(xué)平衡，每個(gè)組分隨壓力變化的平衡常數(shù)呈現(xiàn)單調(diào)變化的特點(diǎn)?；谖镔|(zhì)平衡原理，建立組分在液相中摩爾分?jǐn)?shù)的表達(dá)式，繪制每個(gè)組分隨壓力變化的平衡常數(shù)曲線，根據(jù)平衡常數(shù)曲線的單調(diào)性判別定容衰竭實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合格性。

2）基于氣體狀態(tài)方程，建立恒質(zhì)膨脹與定容衰竭實(shí)驗(yàn)兩者統(tǒng)一化的判別公式和方法，有效解決了2個(gè)實(shí)驗(yàn)無(wú)法對(duì)比的問(wèn)題。

3）基于渤海灣盆地凝析氣田合格的PVT樣品數(shù)據(jù)，得到最大反凝析液量百分?jǐn)?shù)和氣油比的經(jīng)驗(yàn)圖版。

4）通過(guò)對(duì)渤海灣盆地BZ凝析氣田所有PVT樣品進(jìn)行分析，判別出3個(gè)不合格樣品，合格的PVT樣品為更準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)凝析氣藏及后續(xù)動(dòng)態(tài)跟蹤提供了保障。