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    物質(zhì)平衡方程在含硫異常高壓有水氣藏的應(yīng)用*

    2013-01-10 05:52:00孫恩慧李曉平
    天然氣勘探與開發(fā) 2013年1期
    關(guān)鍵詞:水氣含硫氣藏

    孫恩慧 李曉平

    (1. 西南石油大學(xué)研究生學(xué)院 2.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué))

    0 前言

    我國(guó)探明的含硫化氫氣藏分布十分廣泛,已經(jīng)在四川、渤海灣、鄂爾多斯、塔里木和準(zhǔn)噶爾等含油氣盆地中相繼發(fā)現(xiàn)了含硫化氫天然氣[1-4],硫化氫的存在容易形成硫沉積堵塞地層。國(guó)內(nèi)外異常高壓氣藏[5-6]測(cè)試資料顯示,氣藏周圍都不同程度地存在水體,且很多異常高壓氣井開發(fā)初期就大量產(chǎn)水,使得氣藏壓力動(dòng)態(tài)特征曲線十分復(fù)雜,不易準(zhǔn)確預(yù)測(cè)氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量[7]。在氣藏的開發(fā)中,準(zhǔn)確計(jì)算出氣藏的儲(chǔ)量是開發(fā)好氣藏的關(guān)鍵之一。許多學(xué)者研究物質(zhì)平衡方程在異常高壓氣藏和含硫氣藏的應(yīng)用,計(jì)算出氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量[8-14]。本文在考慮元素硫沉積的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出含硫異常高壓有水氣藏的物質(zhì)平衡方程,進(jìn)而應(yīng)用新的物質(zhì)平衡方程計(jì)算含硫異常高壓水驅(qū)氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量,并與其他方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算的結(jié)果偏小,更接近實(shí)際情況。

    1 含硫異常高壓有水氣藏物質(zhì)平衡方程的推導(dǎo)

    假定氣藏溫度恒定,高含硫天然氣在原始地層條件下飽和溶解元素硫,初始含硫飽和度為0,析出的的硫?yàn)楣虘B(tài)且密度不發(fā)生變化,不隨氣流運(yùn)移,即析出就沉積在孔隙中。

    一個(gè)異常壓力系統(tǒng)下的有水含硫氣藏,假設(shè)氣藏的原始地層壓力為pi,天然氣的原始體積系數(shù)為Bgi。當(dāng)氣田投入開發(fā)時(shí)間時(shí),地層壓力下降到p,相應(yīng)的天然氣的體積系數(shù)變?yōu)锽g,氣藏在地面條件的累計(jì)產(chǎn)出量為(GpBg+WpBw),此時(shí)析出硫體積為ΔVsulfur,束縛水飽和度為Swi。將含硫有水氣藏進(jìn)行簡(jiǎn)化,簡(jiǎn)化后的氣藏前后地層物質(zhì)平衡圖(見圖1)。

    圖1 含硫異常高壓有水氣藏硫沉積前后地層物質(zhì)平衡圖

    根據(jù)體積守恒定律可知:

    Vci=Vi+ΔVp+ΔVw+ΔVsulfur+We-WpBw

    (1)

    原始含氣孔隙體積量

    Vci=GBgi

    (2)

    剩余氣所占得氣藏孔隙體積量

    Vi=(G-Gp)Bg

    (3)

    巖石骨架體積膨脹量

    (4)

    束縛水體積的膨脹量

    (5)

    沉積的固態(tài)元素硫的體積量

    (6)

    硫沉積模型:Roberts根據(jù)Chrastil提出的熱力學(xué)模型,并結(jié)合Brunner和Woll的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立的硫在酸氣中的溶解度關(guān)系式[15]:

    ρg=pMg/RT

    水侵所占的氣藏孔隙體積量

    We-WpBw=B∑QD(tD,rD)Δpe-BwWp

    (7)

    其中

    QD(tD,rD)和Δpe均利用文獻(xiàn)[16]中給出的公式計(jì)算。

    將公式(2)(3)(4)(5)(6)(7)代入(1)得到公式(8)

    (8)

    天然氣在原始條件下的體積系數(shù)為

    (9)

    天然氣在開采過程中的體積系數(shù)為

    (10)

    將公式(9)(10)代入(8)得到公式(11)

    (11)

    式(11)就是含硫異常高壓有水氣藏的物質(zhì)平衡方程。

    式(11)可改寫為:

    (12)

    (13)

    (14)

    (15)

    利用式(15)的直線形式做圖,直線斜率的倒數(shù)就等于氣藏的原始地質(zhì)儲(chǔ)量,可求得氣藏原始地質(zhì)儲(chǔ)量。

    2 實(shí)例分析

    某含硫異常高壓有水氣藏原始地層壓力為74.35MPa,氣藏中部深度為3750m,地質(zhì)資料顯示氣藏周圍存在供水區(qū),該氣藏屬于典型的含硫異常高壓有水氣藏。原始地層溫度為400K,氣藏基本數(shù)據(jù)見表1,氣藏生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及利用式(13)及(14)計(jì)算的X、Y數(shù)據(jù)見表2。

    表1 某高含硫異常高壓有水氣藏基本數(shù)據(jù)

    將表2中X、Y的數(shù)據(jù)繪制在直角坐標(biāo)系內(nèi)(圖2),直線回歸方程為Y=1-0.370x,得到氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量為2.7025×1011m3。利用文獻(xiàn)[11][17] 和容積法計(jì)算該氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量分別為2.7339×1011m3、2.799×1011m3、2.833×1011m3,本文同時(shí)考慮了硫沉積析出和氣藏外部水侵的影響,所以計(jì)算的結(jié)果更接近實(shí)際情況。

    表2 某異常高壓有水氣藏氣田生產(chǎn)數(shù)據(jù)[17]及儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果

    圖2 某含硫異常高壓有水氣藏一元線性回歸曲線

    3 結(jié)論

    (1) 在考慮含硫氣藏硫沉積的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出含硫異常高壓有水氣藏的物質(zhì)平衡方法,使得計(jì)算過程能考慮到硫沉積析出體積的變化特征。

    (2) 綜合考慮硫沉積析出和氣藏外部水侵的影響,將含硫異常高壓有水氣藏的物質(zhì)平衡方程進(jìn)行線性回歸,計(jì)算出氣藏的原始地質(zhì)儲(chǔ)量,并與其他方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算更接近實(shí)際情況。

    符號(hào)說明

    式中:

    Vci—為原始條件下的含氣孔隙體積量,m3;

    Vi—剩余氣所占得氣藏孔隙體積量,m3;

    ΔVp—巖石骨架膨脹體積量,m3;

    ΔVw—束縛水體積膨脹量,m3;

    ΔVsulfur—沉積的固態(tài)元素硫的體積量,m3;

    We—累積天然水侵量,m3;

    Wp—累積產(chǎn)水量,m3;

    Bw—地層水的體積系數(shù);

    G—?dú)獠卦诘孛鏄?biāo)準(zhǔn)條件下的原始地質(zhì)儲(chǔ)量,m3;

    Gp—?dú)獠卦诘孛鏃l件的累積產(chǎn)氣量,m3;

    Bg—?dú)獠赝度腴_發(fā)一定時(shí)間時(shí)天然氣的體積系數(shù),f;

    Cf—地層巖石的有效壓縮系數(shù),MPa-1;

    Swi—地層束縛水飽和度;%;

    Pi—原始地層壓力,MPa;

    p—采出G時(shí)對(duì)應(yīng)的地層壓力,MPa;

    Rs—壓力為p下硫在氣體中的溶解度,g/m3;

    Rsi—原始條件下硫在氣體中的溶解度,g/m3;

    ρs—固態(tài)硫的密度,g/m3;

    Cw—地層水的壓縮系數(shù),MPa-1;

    Swi—地層束縛水飽和度;%;

    ρg—?dú)怏w密度,g/m3;

    T—溫度,K;

    Mg—?dú)怏w分子量,f;

    We—?dú)獠赝獠克w水侵量,m3;

    Wp—?dú)獠乩鄯e產(chǎn)水量,m3;

    Bw—地層水體積系數(shù),f;

    B—水侵系數(shù),m3/MPa;

    QD—?dú)獠剡吔鐔挝粔航禑o因次水侵量;

    tD—無因次生產(chǎn)時(shí)間,f;

    re—供水區(qū)等效半徑,m;

    rg—等效氣藏半徑,m;

    rD—無因次供水半徑,rD=re/rg;

    ΔPe—?dú)獠剡吔鐗航?,MPa;

    hw—供水區(qū)厚度,m;

    Φw—供水區(qū)孔隙度;

    Ce—供水區(qū)總壓縮系數(shù)、地層水壓縮系數(shù)與供水區(qū)平均孔隙度壓縮系數(shù)之和,MPa-1;

    θ—?dú)獠嘏c供水區(qū)接觸角,(°);

    K—供水區(qū)滲透率,mD;

    μw—地層水的黏度,mP·s;

    t—生產(chǎn)時(shí)間,d;

    λ—系數(shù);

    Tsc—標(biāo)準(zhǔn)狀況下溫度,K;

    Zi—原始條件下氣體偏差因子,f;

    PSC—標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體壓力,MPa;

    ZSC—標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體偏差因子,f;

    TSC—標(biāo)準(zhǔn)狀況下溫度,K;

    Z—壓力P下氣體偏差因子,f;

    Ti—原始條件下氣體溫度,K。

    1 戴金星.中國(guó)含硫化氫的天然氣分布特征分類及其成因探討[J].沉積學(xué)報(bào),1985,(4):109-120.

    2 徐國(guó)盛,劉樹根,徐國(guó)強(qiáng),等.四川盆地天然氣成藏動(dòng)力學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2004.171-232.

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    11 劉道杰,劉志斌,田中敬.改進(jìn)的異常高壓有水氣藏物質(zhì)平衡方程[J] .石油學(xué)報(bào),2011,32(3):474-478.

    12 付德奎,郭肖,杜志敏,等.高含硫氣藏物質(zhì)平衡方程[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(3):115-117.

    13 岑芳,賴楓鵬,姜輝,等.改進(jìn)定容含硫氣藏儲(chǔ)量計(jì)算方法[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(3):115-117.

    14 馬時(shí)剛,馮志華.計(jì)算異常高壓氣藏水侵量的方法[J].天然氣勘探與開發(fā),2006,29(4):36-38.

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    16 廖運(yùn)濤.計(jì)算天然水侵量的回歸公式[J].石油勘探與開發(fā),1990,17(1):71-75.

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