吳浩君，劉洪洲，汪 躍，劉 超，姜 永

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300450）

隨著石油行業(yè)對中深層油氣勘探力度的加大，世界范圍內發(fā)現(xiàn)了一批揮發(fā)性油藏和凝析氣藏等特殊類型的油氣藏。渤海油田也在近些年發(fā)現(xiàn)了幾個特殊類型的油氣藏，儲量規(guī)模達到億噸級，該類油氣藏在降壓開采過程中油氣兩相的組分隨壓力的變化而變化，尤其是當?shù)貙訙囟冉咏黧w臨界溫度時，油氣變化規(guī)律更加復雜。渤海BZ 油田為近臨界態(tài)揮發(fā)性油藏，隨著開采程度的增加，實際生產動態(tài)與 開發(fā)方案預測指標存在明顯偏差，主要體現(xiàn)在生產氣油比和油氣采出程度的變化。國內外文獻調研表明，近臨界態(tài)油氣藏流體性質復雜，其相應的實驗及相態(tài)研究成果也較少[1-3]，經典油藏工程方法主要用于常規(guī)黑油的預測，對于揮發(fā)油或凝析氣藏預測精度不足；而利用LWD 測井資料預測方法[4]和混沌時間序列預測方法[5]也主要是基于統(tǒng)計回歸，存在一定的局限性。針對近臨界態(tài)油藏的開發(fā)特征，本文通過分析開采特征及其機理，在常規(guī)油氣動態(tài)預測方法的基礎上，改進并推導了近臨界態(tài)油藏的動態(tài)預測方法，對以后此類油氣藏的開發(fā)規(guī)律認識和預測具有重要的指導意義。

1 概況及生產特征

BZ 油田位于沙壘田凸起的沙東南構造帶上。油藏埋深3 810.0～4 190.0 m，為構造巖性油藏，油層厚度1.8～8.4 m。油藏原始地層壓力為46.6 MPa，地層溫度166 ℃，為近臨界態(tài)揮發(fā)性油藏（圖1），地面原油密度為0.802 g/cm3，地層原油密度為0.431 g/cm3，黏度為0.063 mPa·s，原油體積系數(shù)為3.661，溶解氣油比為761 m3/m3，地層流體組分中甲烷摩爾分數(shù)為0.67，乙烷-己烷摩爾分數(shù)為0.15，庚烷及以上摩爾分數(shù)為0.08。開發(fā)特征主要表現(xiàn)為:①油井生產氣油比高，當?shù)貙訅毫Φ陀诹黧w飽和壓力后，生產氣油比保持穩(wěn)定（圖2）；②依靠天然能量開發(fā)，溶解氣驅為主，油氣均保持較高的采出程度；③地層流體取樣分析表明，不同深度的流體密度具有差異，且存在梯度倒置現(xiàn)象[6]。

圖1 近臨界態(tài)油藏地層流體壓力-溫度相圖

2 開發(fā)機理

由于近臨界態(tài)油氣藏流體的中間烴（C2-C6）組分含量相對較高，在開發(fā)過程中油氣兩相的組分隨 壓力的交換作用明顯，與常規(guī)油氣開發(fā)規(guī)律不同。

圖2 BZ 油田生產氣油比變化曲線

2.1 低界面張力下的油氣相對滲透率

常規(guī)油藏依靠天然能量開發(fā)，當?shù)貙訅毫Φ陀陲柡蛪毫?，油氣兩相分離，油氣兩相物理性質和滲流差異大。而近臨界態(tài)油藏由于臨界溫度和地層溫度十分接近，當?shù)貙訅毫Φ陀陲柡蛪毫?，流體會發(fā)生劇烈的脫氣，表現(xiàn)為高收縮性。通過室內實驗監(jiān)測的油氣兩相密度變化表明，在地層溫度條件下，隨著壓力的增加，油相密度逐漸減小，氣相密度逐漸增加，兩相密度趨于一致（圖3）；兩相界面張力逐漸減小，壓力大于20.0 MPa 時，界面張力不足1.00 mN/m（圖4）。

圖3 流體在地層溫度下油氣兩相密度變化曲線

圖4 油氣界面張力隨壓力變化曲線

根據(jù)前人研究成果[7-15]，在極低的界面張力下，油氣的接觸面積會很大，兩相之間存在較大的過渡帶，而不是明顯的界面，表現(xiàn)為一種近似混相的狀態(tài)，油相的臨界流動飽和度會減小；隨著界面張力的降低，油氣相滲表現(xiàn)為直線“X”形，即流體的兩相滲流區(qū)不斷增大，流動臨界飽和度和殘余油氣飽和度不斷減?。▓D5、圖6）。

圖5 常規(guī)實驗油氣相滲曲線(界面張力為30.00 mN/m)

圖6 極低界面張力下“X”形油氣相滲曲線

2.2 脫出溶解氣具有強烈的反凝析特性

室內實驗研究表明，在近臨界狀態(tài)下，地層壓力稍微低于飽和壓力，液相中的溶解氣就會快速脫出，由于相態(tài)瞬時的劇烈變化，此時分離出的溶解氣中含有大量的液相組分，隨著壓力、溫度的變化，還會進一步從氣相中析出油，進而導致油相體積增加。因此，引入“揮發(fā)油氣比”這一參數(shù)描述氣相中的揮發(fā)油含量。該參數(shù)和流體組分含量相關，隨地層壓力下降而減小。在地層壓力大于飽和壓力時，揮發(fā)油氣比和溶解氣油比互為倒數(shù)關系。

常規(guī)油藏工程計算中采用的體積系數(shù)來源于多次脫氣實驗，研究表明，所測定的體積系數(shù)等參數(shù)對高揮發(fā)性油藏存在一定局限性[16-22]，如果考慮油藏實際開采的降壓過程則更接近定容衰竭實驗，因此采用衰竭實驗結果計算流體高壓物性參數(shù)隨壓力的變化關系，并同時獲得氣相中的揮發(fā)油隨壓力的變化規(guī)律（圖7）。

3 動態(tài)預測新方法

圖7 近臨界態(tài)油藏揮發(fā)氣油比隨壓力變化曲線

假設條件同常規(guī)油藏動態(tài)預測方法一致:即① 地層等溫；②油、氣組分僅存在于油相或氣相；③水和巖石不可壓縮。

3.1 考慮組分變化的廣義物質平衡方程式

在常規(guī)油藏物質平衡方程的基礎上，引入揮發(fā)氣油比來表征氣相中的揮發(fā)油隨壓力的變化。其公式為: 式中:pN 為累計產油量，104m3；N 為原始石油地質儲量，104m3；oB 為原油體積系數(shù)，m3/m3；oiB 為原始地層壓力下原油體積系數(shù)，m3/m3；vR 為揮發(fā)油氣比，m3/m3；pR 為累計生產氣油比，m3/m3；sR 為溶解氣油比，m3/m3；gB 為天然氣體積系數(shù)，m3/m3；Rsi為原始溶解氣油比，m3/m3；Ro為原油采出程度，小數(shù)。

3.2 流體飽和度方程式

建立油相飽和度和原油采出程度間的關系方程:

式中:oS 為含油飽和度，小數(shù)；wiS 為原始含水飽和度，小數(shù)。

3.3 多相流體方程

基于油氣相滲建立累計生產氣油比、瞬時氣油比和采出程度之間的關系方程: 式中:pG 為累計產氣量，104m3；R為瞬時生產氣油比，m3/m3；rgK 為氣相相對滲透率，小數(shù)；roK 為油相相對滲透率，小數(shù)；gμ 為氣相黏度，mPa·s；oμ為油相黏度，mPa·s； j 為迭代計算次數(shù)。

計算步驟如下:

（1）假設一個累計生產氣油比初值pR ，利用高壓物性實驗數(shù)據(jù)中某一壓力P 下的oB 、gB 、sR 、vR ，依據(jù)式（1）和式（2）計算該壓力下的油相采出程度Ro；

（2）利用初始含水飽和度wiS ，依據(jù)式（3）計算oS ；

（3）根據(jù)式（4）和相滲數(shù)據(jù)roK 、rgK 、oμ 、gμ 計算瞬時生產氣油比R；

（4）利用式（5）和式（4）得到的瞬時生產氣油比R 積分計算累計生產氣油比；

利用該方法，即可計算某一壓力下的生產氣油比和油氣兩相采出程度，通過設定不同地層壓力，可以得到油藏采出程度和生產氣油比隨壓力的變化曲線圖版。

4 實例計算

BZ 油田A6 井位于封閉斷塊，原始地層壓力46.0 MPa，地質儲量53×104m3，經過7 a 的衰竭開采，地層壓力下降至27.0 MPa，累計產油30×104m3，累計產氣2×108m3，生產氣油比僅為1 059 m3/m3，油氣均保持旺盛的產出能力。

該油藏的流體高壓物性通過實驗獲取，基本參數(shù)見表1。

表1 A6 井區(qū)油藏流體高壓物性基本參數(shù)

利用公式計算不同壓力下的油氣采出程度和氣油比，并將計算結果與常規(guī)油藏工程計算方法進行對比，可以看出由于新方法考慮了油氣滲流變化和氣相中的油體積變化量，在地層壓力為27.0 MPa 時，計算的油采出程度增大，氣采出程度減小，氣油比上升幅度減小。新方法大幅度提高了預測精度，更接近該井區(qū)實際采出情況（表2、圖8）。

表2 地層壓力為27.0 MPa 時采出程度和氣油比對比

圖8 不同預測方法原油采出程度和地層壓力對比

利用新方法重新對BZ 油田采收率進行預測，在廢棄壓力為18.0 MPa 時，油采收率為28.3%，氣采收率為39.1%；常規(guī)預測方法所計算的油采收率為8.0%，氣采收率為56.0%。

由于近臨界態(tài)油氣藏普遍具有油氣組分交換作用和較低的界面張力，常規(guī)方法計算的原油采出程度往往低于實際情況，針對這一類特殊油氣藏，改進方法增加了對氣相原油析出和低界面張力下油氣相滲的考慮，計算結果與實際生產吻合度較高。

5 結論

（1）近臨界態(tài)油氣藏流體組分中C2-C6含量較高，流體系統(tǒng)臨界溫度與地層溫度相近，依靠天然能量衰竭開采相態(tài)變化復雜，低界面張力下的油氣滲流特征和氣相的反凝析作用是生產動態(tài)特征不同于常規(guī)油氣藏的主要原因。

（2）基于廣義物質平衡方程和油氣滲流方程，推導了適用于近臨界態(tài)油氣藏的動態(tài)預測新方法。常規(guī)物質平衡方程僅適用于黑油和干氣，而對于近臨界態(tài)油氣藏，廣義物質平衡方程充分考慮了揮發(fā)油和凝析氣，更能反映衰竭開采過程中的油氣變化；同時結合低界面張力下的油氣相滲變化對計算過程做進一步修正。

（3）利用改進的新方法，可計算某一壓力下的生產氣油比和油氣兩相采出程度，通過設定不同地層壓力，可以得到油藏采出程度和生產氣油比隨壓力的變化曲線圖版。