CO2原油體系飽和壓力的測(cè)定與預(yù)測(cè)

薄啟煒

(中國(guó)石油化工股份有限公司 油田勘探開發(fā)事業(yè)部，北京 100728)

生產(chǎn)實(shí)踐表明，注CO2可提高原油采收率15%～25%[1-2]。CO2與原油實(shí)現(xiàn)混相，對(duì)CO2提高采收率的效果至關(guān)重要，而 CO2-原油體系飽和壓力的大小對(duì)二者混相的難易有重要影響[2-4]。因此，需要測(cè)定或預(yù)測(cè)不同條件下 CO2-原油體系的飽和壓力。為此，筆者基于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，選擇了計(jì)算飽和壓力的PREOS方程，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，以使之成為一種比較理想的飽和壓力計(jì)算方法。

1 飽和壓力測(cè)定試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝置

測(cè)定試驗(yàn)采用美國(guó)RUSKA公司的三看窗高壓PVT試驗(yàn)裝置，見圖1。

1.壓力表；2.比例泵；3.汞儲(chǔ)槽；4.油樣瓶；5. CO2氣瓶；6.泵；7.三看窗釜；8.空氣??；9.增壓機(jī)；10.氣樣瓶

1.2 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)油氣樣品由勝利油田提供，其油藏和原油基本數(shù)據(jù)為：油層深度3 143～3 152 m，原始地層壓力31.56 MPa，地層溫度116 ℃，飽和壓力11.4 MPa，氣油比87.2 m3/m3，地下原油相對(duì)密度0.714 6，地面罐油相對(duì)密度0.843 4，地下原油黏度0.89 mPa·s，飽和壓力下原油黏度0.62 mPa·s，地面原油黏度6.67 mPa·s。油氣樣及井流物組成見表1。

表1 油氣樣及井流物組成

1.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)測(cè)定了原油和6種注CO2摩爾分?jǐn)?shù)下的壓力(p)和相對(duì)體積(V)關(guān)系(見圖2)，相對(duì)體積指給定壓力下混合物總體積與飽和壓力下混合物總體積之比。從圖2可以看出，當(dāng)所注氣摩爾分?jǐn)?shù)較低時(shí)，p-V曲線上有明顯的折點(diǎn)，說明隨著壓力的降低會(huì)出現(xiàn)明顯的相變，折點(diǎn)處即是飽和點(diǎn)。隨著注氣摩爾分?jǐn)?shù)的升高，p-V曲線上的折點(diǎn)變得不明顯起來，當(dāng)CO2的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到63%左右時(shí)，氣液相間的密度差別已經(jīng)不大，從p-V關(guān)系圖中已很難分辨出飽和壓力。即當(dāng)注入CO2的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到63%時(shí)，接近一次接觸混相的狀態(tài)。

圖2 注入不同摩爾分?jǐn)?shù)CO2時(shí)的壓力和相對(duì)體積關(guān)系

許多文獻(xiàn)也報(bào)道了類似的試驗(yàn)結(jié)果[5]。因此可以認(rèn)為，當(dāng)注入CO2的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到60%以上時(shí)，CO2-原油多組分體系一般可達(dá)到一次接觸混相的狀態(tài)。

由p-V關(guān)系試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)整理計(jì)算即可得到注入不同摩爾分?jǐn)?shù)CO2所對(duì)應(yīng)的飽和壓力，如圖3所示(圖中還表示出了其他幾個(gè)油樣的數(shù)據(jù)曲線)。R.K.Srivastava[5]在對(duì)Weyburn油田CO2混相驅(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于該油田的3個(gè)不同油樣，如果飽和壓力采用相對(duì)值，即測(cè)得飽和壓力與原始飽和壓力之差，3個(gè)不同油樣的曲線基本一致。所以，他認(rèn)為根據(jù)該油田3個(gè)油樣的數(shù)據(jù)回歸得出的曲線，可以用來預(yù)測(cè)該油田其他油樣的飽和壓力。對(duì)比圖3中各曲線可以發(fā)現(xiàn)，它們基本上都符合線性或者冪函數(shù)關(guān)系。根據(jù)這些曲線形態(tài)的相似性，可以將R.K. Srivastava的結(jié)論加以推廣，認(rèn)為對(duì)于一個(gè)特定油田的不同油樣來說，注入不同摩爾分?jǐn)?shù)CO2所對(duì)應(yīng)的相對(duì)飽和壓力曲線是一致的，可以用回歸曲線對(duì)該油田的飽和壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖3 注入不同摩爾分?jǐn)?shù)CO2所對(duì)應(yīng)的飽和壓力

2 飽和壓力預(yù)測(cè)

目前已經(jīng)開發(fā)了幾種計(jì)算飽和壓力的方法，筆者利用比較理想的狀態(tài)方程閃蒸計(jì)算方法確定 CO2-原油多組分體系的飽和壓力。

2.1 狀態(tài)方程的選擇與修改

選用公認(rèn)比較理想的PREOS進(jìn)行計(jì)算，其原始表達(dá)式為：

p=[RT/(V-b)]-a(T)/[V(V+b)+b(V-b)]

(1)

式中：p為系統(tǒng)壓力，MPa；T為系統(tǒng)溫度，K；V為系統(tǒng)體積，mL；R為通用氣體常數(shù)；a、b為無量綱常數(shù)。

K.H.Coats和G.T.Smart[6]認(rèn)為不對(duì)狀態(tài)方程的參數(shù)作明顯的修改，PREOS不會(huì)得到油藏流體的準(zhǔn)確相形為。對(duì)于 CO2-原油多組分體系這種復(fù)雜的油藏流體，PREOS更需要改進(jìn)。

筆者在利用以上方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果對(duì)原油中C+組分的摩爾質(zhì)量、密度和臨界性質(zhì)等參數(shù)非常敏感，而這些參數(shù)的準(zhǔn)確求取是很困難的。同時(shí)，該方法比較復(fù)雜，計(jì)算穩(wěn)定性不太理想。因此，對(duì)PREOS進(jìn)行了以下幾方面的改進(jìn)。

1) 重質(zhì)餾分(C+)的描述。為解決重組分C+的臨界值難于確定的問題，采用單碳數(shù)函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展描述，將其分割為若干個(gè)SCN單碳組，并利用Twu關(guān)系式計(jì)算各單碳組的臨界性質(zhì)，利用Lee-Lesler關(guān)系式計(jì)算各單碳組的偏心因子。表達(dá)式為：

ZCn=exp(A+BMCn)

(2)

式中：ZCn為重組分中各種物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，%；MCn為重組分中各種物質(zhì)的分子量；n為總組分?jǐn)?shù)；A、B為與具體油樣有關(guān)的常數(shù)。

A、B由以下兩式計(jì)算：

(3)

(4)

2) 對(duì)于Ki j，采用PREOS提供的原始數(shù)據(jù)，對(duì)于擴(kuò)展組分沒有提供數(shù)據(jù)的，根據(jù)原始數(shù)據(jù)外推求值。

3) 通過對(duì)大量現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸，將CO2的參數(shù)調(diào)整為：a(Tc)= 0.272 755，b=0.020 834。

4) 對(duì)α函數(shù)，采用Twn提出的以下形式：

α=α0+ω(α1-α0)

(5)

(6)

(7)

式中：ω為偏心因子，無量綱，可查表或計(jì)算得到；Tr為對(duì)比溫度，等于系統(tǒng)溫度與臨界溫度的比值，無量綱。

2.2 計(jì)算結(jié)果與分析

利用以上改進(jìn)的PREOS，通過相平衡閃蒸計(jì)算可解得 CO2-原油多組分體系的飽和壓力。對(duì)圖3中3個(gè)油樣進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見圖4。對(duì)比試驗(yàn)值和計(jì)算值可以看出，改進(jìn)的PREOS計(jì)算的 CO2-原油多組分體系的飽和壓力與試驗(yàn)值非常吻合，是一種比較理想的飽和壓力計(jì)算方法。

圖4 飽和壓力試驗(yàn)值與計(jì)算值對(duì)比

3 結(jié) 論

1) 當(dāng)注入CO2的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到60%以上時(shí)， CO2-原油多組分體系一般可達(dá)到一次接觸混相的狀態(tài)。

2) 對(duì)特定油田的不同油樣，注入不同摩爾分?jǐn)?shù)CO2所對(duì)應(yīng)的相對(duì)飽和壓力曲線是一致的，可用回歸曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3) 改進(jìn)的PREOS用于計(jì)算 CO2-原油多組分體系的飽和壓力，結(jié)果與試驗(yàn)值非常吻合，證明其為一種比較理想的飽和壓力計(jì)算方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Danesh A.油藏流體的PVT與相態(tài)[M].沈平平，韓冬，譯.北京：石油工業(yè)出版社，2000：20-256.

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[3] 王利生,郭天民.江漢油藏油及其注二氧化碳體系高壓粘度的實(shí)驗(yàn)測(cè)定[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,1994,18(4):125-130.

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[6] Coats K H,Smart G T.Application of a regression-based EOS PVT program to laboratory data[J].SPE Reservoir Engineering,1986,1(3):277-299.