易揮發(fā)性原油定容衰竭非平衡相態(tài)研究

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)工程國家重點實驗室，成都 610500;2.塔里木油田公司天然氣事業(yè)部，新疆 庫爾勒 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)油藏的儲層流體組成和熱動力學(xué)特性介于黑油和凝析氣之間。揮發(fā)油藏的開采動態(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)的定義是對某一個系統(tǒng)而言，當外部條件發(fā)生改變時，系統(tǒng)的平衡狀態(tài)將會被打破，然而系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)到下一個平衡狀態(tài)并非瞬時完成，完成相態(tài)的轉(zhuǎn)變需要一定時間，在平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變這段時間內(nèi)系統(tǒng)就會處于非平衡狀態(tài)。目前已有文獻對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)會導(dǎo)致反凝析液還來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)計采收率更高。也有學(xué)者對揮發(fā)油的非平衡相態(tài)進行了研究［5］，但此方面研究仍相對較少。

2 易揮發(fā)性原油非平衡相態(tài)

2.1 定容衰竭實驗

定容衰竭實驗的目的是模擬凝析氣藏衰竭式開采過程，了解開采動態(tài)，研究凝析氣藏在衰竭式開采過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。但對于溶解氣油比很高的強揮發(fā)性油藏流體，當油藏壓力降至泡點壓力以下，大量溶解氣逸出。這種情況類似于凝析氣藏的生產(chǎn)動態(tài)［6］，對于溶解氣油比高的揮發(fā)性油藏也可以考慮通過定容衰竭實驗來分析揮發(fā)性油藏開采過程流體的相態(tài)變化。

2.2 非平衡相態(tài)定容衰竭計算

為了研究易揮發(fā)性原油的非平衡相態(tài)，設(shè)計進行易揮發(fā)性原油非平衡相態(tài)定容衰竭實驗。表1所示為實驗油藏流體性質(zhì)，表2所示為非平衡定容衰竭實驗所得到的基本數(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驗折算后的累計采出體積:

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— 實驗產(chǎn)氣體積，cm3;

qo— 實驗產(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)定容衰竭模擬計算

為了對比采出流體和剩余流體在非平衡定容衰竭過程與平衡定容衰竭過程中的差異，運用CMG數(shù)值模擬軟件中的PVTi相態(tài)計算模塊對流體進行平衡定容衰竭過程模擬計算。

表1 實驗油藏流體性質(zhì)

表2 非平衡定容衰竭實驗數(shù)據(jù)

(1)步驟一。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，通過式(2)計算實驗流體物質(zhì)的量n，通過式(3)計算在地層溫度和泡點壓力下1 mol地層流體占有的烴孔隙體積:

式中:n—實驗流體物質(zhì)的量，mol;

V—實驗流體體積，cm3;

ρ—實驗流體密度，g/cm3;

M—實驗流體分子量，g/mol;

Vd—1mol地層流體占有的烴孔隙體積，cm3;

Zd—模擬泡點壓力下計算的壓縮因子;

Tfi—地層溫度，℃;

R— 摩爾常數(shù)，取8.314(Pa·m3)/(k·mol);

Pd— 泡點壓力，MPa。

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

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

Zvk、ZLk—模擬得到第k次衰竭時的平衡氣、液相的壓縮因子;

nvk、nLk— 模擬得到第k次衰竭時的平衡氣、液相的物質(zhì)的量;

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

pk—定容衰竭到第k次時的地層壓力，MPa。

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

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

式中:zk—衰竭到第k級壓力時剩余地層流體的摩爾分數(shù)，%;

z—原始井流物物質(zhì)的量，mol;

(4)步驟四。將各級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，從而計算出各級壓力下采出井流物經(jīng)冷凝后采出油在地面標況下的體積:

式中:VLj—模擬各級壓力下采出井流物冷凝后的采出油地面標況體積，cm3;

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

MLj—各級壓力下采出井流物經(jīng)冷凝后液相分子量，g/mol;

ρLj—各級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況下累計體積，cm3。

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

表3 平衡定容衰竭實驗?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數(shù)小于非平衡條件下的剩余油體積分數(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，當外界壓力變化速度超過相變速度時，揮發(fā)性流體中的中間烴類組分還來不及揮發(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所示為標況下累計產(chǎn)油體積與壓力關(guān)系曲線。圖3所示為累計折算采出體積與壓力關(guān)系曲線。平衡條件下的累計產(chǎn)油體積大于非平衡條件下的累計產(chǎn)油體積，而平衡條件和非平衡條件下累計折算采出體積變化相差不是很大?？梢哉J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，這進一步說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 標況下累計產(chǎn)油體積與壓力關(guān)系曲線

圖3 累計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

揮發(fā)性油藏非平衡定容衰竭實驗證明，在揮發(fā)性油藏中，當外界壓力變化速度超過相變速度時，揮發(fā)性流體中的中間烴類組分有可能來不及揮發(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，這對實際油田生產(chǎn)是有利的。

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