劉念秋 孫雷 周劍鋒 顏雪 李華彥

(1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500;2.塔里木油田公司天然氣事業(yè)部，新疆 庫(kù)爾勒 841000;3.中石油華北油田分公司，河北 任丘 062550)

易揮發(fā)性原油是一種以中間組分(C2-C6)為主的烴類混合物，這使揮發(fā)油藏的某些性質(zhì)與凝析氣藏比較相似［1］，同屬特殊類型油藏。與普通黑油油藏不同，揮發(fā)油藏的儲(chǔ)層流體組成和熱動(dòng)力學(xué)特性介于黑油和凝析氣之間。揮發(fā)油藏的開采動(dòng)態(tài)也和凝析氣藏類似，溶解氣油比高，氣相中的大部分烴可在地面以液態(tài)形式收獲。

1 非平衡相態(tài)分析

非平衡相態(tài)的定義是對(duì)某一個(gè)系統(tǒng)而言，當(dāng)外部條件發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)的平衡狀態(tài)將會(huì)被打破，然而系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)到下一個(gè)平衡狀態(tài)并非瞬時(shí)完成，完成相態(tài)的轉(zhuǎn)變需要一定時(shí)間，在平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變這段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)就會(huì)處于非平衡狀態(tài)。目前已有文獻(xiàn)對(duì)凝析氣藏的非平衡相態(tài)作了較深入的分析［2-4］。

在凝析氣藏中，這種非平衡相態(tài)會(huì)導(dǎo)致反凝析液還來(lái)不及析出就被凝析氣帶出，凝析氣中所含凝析液比平衡狀態(tài)下更多，從而使得采出的凝析油采收率比平衡狀態(tài)下的預(yù)計(jì)采收率更高。也有學(xué)者對(duì)揮發(fā)油的非平衡相態(tài)進(jìn)行了研究［5］，但此方面研究仍相對(duì)較少。

2 易揮發(fā)性原油非平衡相態(tài)

2.1 定容衰竭實(shí)驗(yàn)

定容衰竭實(shí)驗(yàn)的目的是模擬凝析氣藏衰竭式開采過(guò)程，了解開采動(dòng)態(tài)，研究凝析氣藏在衰竭式開采過(guò)程中氣藏流體體積和井流物組成變化及不同衰竭壓力下的采收率。但對(duì)于溶解氣油比很高的強(qiáng)揮發(fā)性油藏流體，當(dāng)油藏壓力降至泡點(diǎn)壓力以下，大量溶解氣逸出。這種情況類似于凝析氣藏的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)［6］，對(duì)于溶解氣油比高的揮發(fā)性油藏也可以考慮通過(guò)定容衰竭實(shí)驗(yàn)來(lái)分析揮發(fā)性油藏開采過(guò)程流體的相態(tài)變化。

2.2 非平衡相態(tài)定容衰竭計(jì)算

為了研究易揮發(fā)性原油的非平衡相態(tài)，設(shè)計(jì)進(jìn)行易揮發(fā)性原油非平衡相態(tài)定容衰竭實(shí)驗(yàn)。表1所示為實(shí)驗(yàn)油藏流體性質(zhì)，表2所示為非平衡定容衰竭實(shí)驗(yàn)所得到的基本數(shù)據(jù)。將采出油、氣相全折算為氣相，得到非平衡定容衰竭實(shí)驗(yàn)折算后的累計(jì)采出體積:

式中:Vt—折算采出體積，L;

ng—產(chǎn)出氣體物質(zhì)的量，mol;

no—產(chǎn)出氣油物質(zhì)的量，mol;

qg— 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)氣體積，cm3;

qo— 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)油體積，cm3;

ρos— 地面凝析油密度，g/cm3;

Mo— 地面凝析油分子量，g/mol。

2.3 平衡相態(tài)定容衰竭模擬計(jì)算

為了對(duì)比采出流體和剩余流體在非平衡定容衰竭過(guò)程與平衡定容衰竭過(guò)程中的差異，運(yùn)用CMG數(shù)值模擬軟件中的PVTi相態(tài)計(jì)算模塊對(duì)流體進(jìn)行平衡定容衰竭過(guò)程模擬計(jì)算。

表1 實(shí)驗(yàn)油藏流體性質(zhì)

表2 非平衡定容衰竭實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

(1)步驟一。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，通過(guò)式(2)計(jì)算實(shí)驗(yàn)流體物質(zhì)的量n，通過(guò)式(3)計(jì)算在地層溫度和泡點(diǎn)壓力下1 mol地層流體占有的烴孔隙體積:

式中:n—實(shí)驗(yàn)流體物質(zhì)的量，mol;

V—實(shí)驗(yàn)流體體積，cm3;

ρ—實(shí)驗(yàn)流體密度，g/cm3;

M—實(shí)驗(yàn)流體分子量，g/mol;

Vd—1mol地層流體占有的烴孔隙體積，cm3;

Zd—模擬泡點(diǎn)壓力下計(jì)算的壓縮因子;

Tfi—地層溫度，℃;

R— 摩爾常數(shù)，取8.314(Pa·m3)/(k·mol);

Pd— 泡點(diǎn)壓力，MPa。

(2)步驟二。通過(guò)平衡態(tài)定容衰竭計(jì)算得到衰竭k級(jí)壓力下平衡氣、液相的壓縮因子(Zvk、ZLk)和摩爾分量(nvk、nLk)，計(jì)算出第k次定容衰竭壓降時(shí)采出井流物的物質(zhì)的量，由式(4)、(5)計(jì)算:

式中:ΔNpk—地層壓力衰竭到第k級(jí)壓力時(shí)采出的井流物物質(zhì)的量，mol;

Zvk、ZLk—模擬得到第k次衰竭時(shí)的平衡氣、液相的壓縮因子;

nvk、nLk— 模擬得到第k次衰竭時(shí)的平衡氣、液相的物質(zhì)的量;

Npk—到第k-1次衰竭時(shí)的累計(jì)采出井流物物質(zhì)的量，當(dāng)k=1時(shí)，Np0=0;

pk—定容衰竭到第k次時(shí)的地層壓力，MPa。

通過(guò)模擬也可知平衡態(tài)各級(jí)衰竭壓力下的剩余油體積分?jǐn)?shù)，結(jié)果見表3。

(3)步驟三。根據(jù)第k次定容衰竭壓降時(shí)采出井流物的物質(zhì)的量，由式(6)可以計(jì)算出衰竭至第k級(jí)壓力時(shí)地層剩余油氣體系的物質(zhì)的量組成:

式中:zk—衰竭到第k級(jí)壓力時(shí)剩余地層流體的摩爾分?jǐn)?shù)，%;

z—原始井流物物質(zhì)的量，mol;

(4)步驟四。將各級(jí)壓力下得到的采出井流物模擬閃蒸至地面條件下，能得到各級(jí)壓力下采出井流物經(jīng)冷凝后的采出油物質(zhì)的量nLj、分子量MLj和密度ρLi，從而計(jì)算出各級(jí)壓力下采出井流物經(jīng)冷凝后采出油在地面標(biāo)況下的體積:

式中:VLj—模擬各級(jí)壓力下采出井流物冷凝后的采出油地面標(biāo)況體積，cm3;

nLj—1mol井流物在各級(jí)壓力下采出井流物經(jīng)冷凝后的采出油物質(zhì)的量，mol;

MLj—各級(jí)壓力下采出井流物經(jīng)冷凝后液相分子量，g/mol;

ρLj—各級(jí)壓力下采出井流物經(jīng)冷凝后液相密度，g/cm3;

VL—模擬采出井流物經(jīng)冷凝后采出油在地面標(biāo)況下累計(jì)體積，cm3。

(5)步驟五。通過(guò)式(1)可將模擬采出油氣相全折算為氣相，得到模擬累計(jì)折算采出體積。表3所示為平衡定容衰竭實(shí)驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù)。

表3 平衡定容衰竭實(shí)驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù)

3 結(jié)果分析

隨著壓力的降低，剩余油體積逐漸縮小，平衡條件下的剩余油體積分?jǐn)?shù)小于非平衡條件下的剩余油體積分?jǐn)?shù)。圖1所示為剩余油體積與衰竭壓力關(guān)系曲線。由非平衡相態(tài)分析可知，當(dāng)外界壓力變化速度超過(guò)相變速度時(shí)，揮發(fā)性流體中的中間烴類組分還來(lái)不及揮發(fā)至氣相而殘留在剩余油液相之中，使得剩余油體積變化小，收縮率降低。圖2所示為標(biāo)況下累計(jì)產(chǎn)油體積與壓力關(guān)系曲線。圖3所示為累計(jì)折算采出體積與壓力關(guān)系曲線。平衡條件下的累計(jì)產(chǎn)油體積大于非平衡條件下的累計(jì)產(chǎn)油體積，而平衡條件和非平衡條件下累計(jì)折算采出體積變化相差不是很大。可以認(rèn)為非平衡條件下采出井流物組分較平衡條件下采出組分要輕，使得折算總體積偏大。圖4所示為采出井流物氣油比與壓力關(guān)系曲線。非平衡條件下的采出氣油比大于平衡條件下的采出氣油比，從而可知非平衡條件下更容易使輕組分C1逸出，使采出井流物組分較輕。

圖1 剩余油體積與衰竭壓力關(guān)系曲線

圖5所示為采出井流物C2-C6組成與壓力關(guān)系曲線，圖6所示為采出井流物C7+組成與壓力關(guān)系曲線。平衡條件下采出井流物組分中C2-C6比非平衡條件下采出井流物組分中C2-C6高，非平衡條件下采出井流物組分中C7+比平衡條件下采出井流物組分中C7+低很多，這進(jìn)一步說(shuō)明非平衡條件下采出井流物組分較平衡條件下采出組分要輕。

圖2 標(biāo)況下累計(jì)產(chǎn)油體積與壓力關(guān)系曲線

圖3 累計(jì)折算采出井流物體積與壓力關(guān)系曲線

圖4 采出井流物氣油比與壓力關(guān)系曲線

圖5 采出井流物C2-C6組成與壓力關(guān)系曲線

圖6 采出井流物C7+組成與壓力關(guān)系曲線

4 結(jié)語(yǔ)

揮發(fā)性油藏非平衡定容衰竭實(shí)驗(yàn)證明，在揮發(fā)性油藏中，當(dāng)外界壓力變化速度超過(guò)相變速度時(shí)，揮發(fā)性流體中的中間烴類組分有可能來(lái)不及揮發(fā)至氣相而殘留在剩余油液相之中，使得剩余油收縮率降低。研究揮發(fā)性油藏的非平衡現(xiàn)象，這對(duì)實(shí)際油田生產(chǎn)是有利的。

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