秦皇島A油田CO2對帶凝析氣頂油環(huán)特征的影響

楊東東，劉英憲，段 宇，王美楠，李 功

帶油環(huán)的凝析氣藏是一種凝析氣與油環(huán)共存的油藏，在漫長的地質(zhì)演化、運移及存儲過程中，凝析氣與油環(huán)處于水動力學(xué)平衡、熱力學(xué)平衡及多組分相態(tài)平衡狀態(tài)。一般情況下認為，其原油處于飽和相平衡[1–9]。由于此類油藏的特殊性，近年來關(guān)于相不平衡的未飽和氣頂油氣藏在國內(nèi)外有少量的報道，但含有 CO2的相不平衡凝析氣藏未見報道。本次研究中大量運用了秦皇島29–2帶油環(huán)的凝析氣藏的實測資料，驗證了相不平衡未飽和油藏存在的可能性，并從油氣組分入手研究了形成該相不平衡未飽和油藏的原因。

1 帶油環(huán)凝析氣藏地質(zhì)油藏特征

秦皇島A油田鉆井揭示的地層自上而下依次為第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組和古近系東營組和沙河街組，主要含油層系發(fā)育于新近系館陶組和古近系東營組，東營組東三段帶凝析氣頂為本次研究的目標層位。東營組整體表現(xiàn)為受構(gòu)造、巖性雙重因素控制的帶油環(huán)的凝析氣藏和帶邊底水的凝析氣藏，油氣藏埋深3 050～3 318 m，壓力系數(shù)0.99～1.01，壓力梯度0.45～0.97 MPa/100 m，溫度梯度2.6℃/100 m，屬正常壓力和溫度系統(tǒng)。東營組東三段油環(huán)地面性質(zhì)表現(xiàn)為輕質(zhì)油，密度低、黏度低、含硫量低、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量少–中等、含蠟量高；凝析氣頂富含凝析油，與地面凝析油性質(zhì)相近，具有密度低、黏度低、含硫量低、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量低、含蠟量高等特點。

2 帶油環(huán)凝析氣藏的相平衡判斷

秦皇島A油田帶油環(huán)的凝析氣頂油藏為一受控于石臼坨凸起東傾末端北側(cè)邊界斷裂的斷鼻構(gòu)造，主要目的層為東營組和館陶組，東營組油層發(fā)育在東三段，為帶油環(huán)的凝析氣藏。秦皇島A油田1井在東三段上部鉆遇富含 CO2的凝析氣，在氣頂下部鉆遇密度為0.835 g/cm3的輕質(zhì)油環(huán)，在1井油環(huán)處進行DST測試，在分離器條件下配樣測試油環(huán)油地層條件下的參數(shù)。秦皇島A油田2井僅鉆遇少量氣頂就進入油環(huán)，在油環(huán)離油水界面較近的層位井下取樣，測試油環(huán)地層流體參數(shù)。1井在凝析氣頂處取樣測試凝析氣頂在地層條件下的流體參數(shù)。根據(jù)相平衡理論，對氣頂和油環(huán)用STANDING方法進行了相平衡判斷，如果回歸關(guān)系呈現(xiàn)線性，兩者為相平衡；如果回歸關(guān)系呈現(xiàn)非線性，兩者為相不平衡。

從1井相平衡判斷結(jié)果來看（圖1），認為該帶油環(huán)的凝析氣藏在油氣界面附近氣頂與油環(huán)處于相平衡狀態(tài)，從1井油環(huán)地層流體的配樣測試結(jié)果來看，飽和壓力與地層壓力相等。因此可以認為，該帶油環(huán)的凝析氣藏在油氣界面附近油環(huán)處于飽和相平衡的狀態(tài)。從2井相平衡判斷結(jié)果來看（圖2），認為該帶油環(huán)的凝析氣藏在非油氣界面附近氣頂與油環(huán)處于相不平衡狀態(tài)；從2井井下取樣的測試結(jié)果來看，該油環(huán)樣品飽和壓力遠小于地層壓力，地飽壓差達到16 MPa?？梢哉J為該油環(huán)在非油氣界面附近處于相不平衡未飽和狀態(tài)，油環(huán)的飽和壓力隨著深度的增加呈現(xiàn)明顯的降低趨勢。

從表1的氣油體積比、壓力系數(shù)與壓縮性等參數(shù)來看，該油環(huán)的性質(zhì)從氣油界面處到油水界面過渡的過程中存在較大的差異。而實際上，1井與2井在平面上的距離不足1 500 m，縱向上相距不到40 m，本次研究認為這主要是由于凝析氣頂富含CO2所致。

圖1 1井油環(huán)與氣頂?shù)南嗥胶馀袛?/p>

圖2 2井油環(huán)與氣頂?shù)南嗥胶馀袛?/p>

表1 秦皇島A油田油環(huán)油高壓物性分析數(shù)據(jù)

3 帶油環(huán)凝析氣藏相平衡變化原因

3.1 CO2物理化學(xué)特性及相態(tài)特征

基于CO2臨界溫度和臨界壓力低，CO2應(yīng)用于采油有類似于丙烷的物理性質(zhì)，易于壓縮、可超臨界態(tài)或液態(tài)輸送。從CO2的P-T相圖可知（圖3），CO2的蒸汽壓曲線始于氣–液–固三相點，終于臨界點。三相點上，溫度為-56.42 ℃，壓力為0.519 MPa，氣–液–固三相呈平衡狀態(tài)。臨界點對應(yīng)的溫度為304.70 K，壓力為7.07 MPa；在臨界點附近，氣液兩相形成連續(xù)的流體相區(qū)，既不同于一般的液相，也不同于一般的氣相。CO2易溶于原油中，其溶解性隨壓力的增加而增強，當壓力降低時，又會從原油中脫出。CO2溶于原油中，會引起原油膨脹、黏度降低、密度改變，同時降低界面張力。當油藏溫度和壓力均高于 CO2的臨界溫度和壓力時，會在油藏形成超臨界狀態(tài)，對原油產(chǎn)生超臨界萃取作用。

3.2 帶油環(huán)凝析氣藏相不平衡原因分析

從表2可以看出，秦皇島A油田的地層壓力與地層溫度均高于甲烷、已烷、丙烷及二氧化碳的臨界壓力及臨界溫度，足可以使該四種物質(zhì)處于超臨界狀態(tài)，超臨界狀態(tài)就是當溫度高于臨界溫度（Tc）、壓力高于臨界壓力（Pc）的狀態(tài)下，一些組分的性質(zhì)會發(fā)生變化，其密度近于液體，黏度近于氣體，擴散系數(shù)可為液體的100倍（特別是CO2），因而具有驚人的溶解能力。該凝析氣的二氧化碳含量達到了42%~90%，研究認為，正是凝析氣中富含達到了超臨界狀態(tài)的 CO2，通過超臨界萃取作用使得窄油環(huán)的油品性質(zhì)在縱向上發(fā)生了巨大的變化。油環(huán)上部主要由一些分子量或碳數(shù)較少的輕烴類組成，氣頂氣在其中容易溶解并達到相平衡；反之在油環(huán)底部，油中的高碳數(shù)的組分較多，氣頂氣在其中的溶解受到了限制，沒有達到相平衡。

圖3 二氧化碳的P–T相

表2 凝析氣中各組分的臨界溫度及壓力

4 結(jié)論

（1）相平衡理論可用于測試氣頂與油環(huán)并存的這類油藏，驗證地層原油流體飽和壓力測試的準確性，當處于相平衡時，其油環(huán)飽和，反之則不飽和。

（2）秦皇島A油田帶油環(huán)的凝析氣藏其油環(huán)之所以上部相平衡下部相不平衡，主要是其氣頂富含處于超臨界狀態(tài)的 CO2，使得油環(huán)油在接近氣頂處的油品性質(zhì)變輕、遠離氣頂處的油品性質(zhì)變重，進而影響氣組分在原油中的溶解性。

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