凝析氣藏流體相態(tài)特征及影響因素

肖勝東,任帥鋒

(1.大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西北大學(xué))，陜西 西安 710069；2.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

凝析氣藏是一種介于油藏和氣藏之間的特殊烴類礦藏，它的特殊之處在于：烴類流體在地層溫度、壓力條件下以氣態(tài)存在；當(dāng)壓力降到某一界限以下時，氣態(tài)混合物中會析出液態(tài)烴。這種現(xiàn)象和一般情況相反，一般氣態(tài)物質(zhì)( 如水蒸氣) 只有在壓力升高或溫度降低時才能凝聚成液體，因此，把這種現(xiàn)象稱為"反凝析現(xiàn)象"，這種氣藏稱為凝析氣藏[1-3]。

近年來，國內(nèi)在塔里木、四川和渤海灣等盆地的深層勘探領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了一批凝析氣藏[4-5]。凝析氣藏在世界氣田開發(fā)中占有重要的地位，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，地質(zhì)儲量超過1×1012m3的巨型氣田中凝析氣田占68%，在儲量超過1000×108m3的大型氣田中則占56%，因此凝析氣藏具有巨大的勘探前景和重要的經(jīng)濟(jì)價值[6-7]。但是在開發(fā)過程中，隨著壓力的降低，烴類流體會發(fā)生復(fù)雜的相態(tài)變化，呈現(xiàn)出油、氣兩相。數(shù)十年來，人們積累了大量凝析氣藏相態(tài)特征知識，在油氣藏類型判別、儲量計(jì)算和開發(fā)方式優(yōu)化等方面都有較大進(jìn)展。因此對凝析氣藏?zé)N類相態(tài)的研究，不僅能認(rèn)清凝析氣藏的形成及分布規(guī)律，還可以為開發(fā)方式和資源量預(yù)測提供可靠的理論基礎(chǔ)。

1 凝析氣藏流體相態(tài)特征

1.1 凝析氣藏流體組分特征

以TZ凝析氣藏為例[8]，將地層流體組成按C1+N2、C2～C6+CO2、C7+劃分為三個擬組分，繪制地層流體三元組成三角圖(圖1)，其烴類組成分布特征表現(xiàn)為：①輕組分摩爾含量高；中間組分摩爾含量一般為20%～30%；重組分C7+含量低，一般小于10%。②流體性質(zhì)呈現(xiàn)出凝析油密度和粘度低，氣油比、體積系數(shù)和飽和壓力高的“兩低三高”特點(diǎn)。

圖1 TZ油田凝析氣三元組成示意圖

1.2 凝析氣藏流體相圖特征

綜合前人研究，認(rèn)為形成凝析氣藏必須具備兩個條件[9-10]：(1)地層溫度介于烴類流體的臨界溫度和臨界凝析溫度(CT)之間，且地層壓力大于該溫度時的露點(diǎn)壓力；(2)烴類中的氣相含量超過液相，為液相反凝析于氣相創(chuàng)造條件，這是次生凝析氣藏形成的主要方式。

圖2 凝析氣藏P-T相圖

如凝析氣藏P-T相圖(圖2)所示，凝析氣藏原始狀態(tài)(A)的溫度介于臨界溫度與臨界凝析溫度之間，壓力位于相包絡(luò)線之外，原始狀態(tài)下烴類體系以單相氣態(tài)存在。隨著凝析氣藏的開采，氣藏壓力由A降低到露點(diǎn)壓力B時，無相態(tài)變化；從B到D，壓力降低體系中液相量逐漸增加；從D到E點(diǎn)，壓力繼續(xù)降低，由于蒸發(fā)作用體系中液相量又逐漸降低；當(dāng)壓力低于E點(diǎn)時，凝析液全部蒸發(fā)為氣相。

2 凝析氣藏流體相態(tài)影響因素

2.1 溫、壓系統(tǒng)對凝析氣藏流體相態(tài)的影響

由上述凝析氣藏相態(tài)特征不難看出，溫度和壓力是控制流體相態(tài)的重要因素。溫、壓系統(tǒng)的變化，會使烴類體系的相平衡發(fā)生改變，使其既可能變?yōu)橛筒赜挚勺優(yōu)榧儦獠豙11]。

楊德彬等，根據(jù)凝析氣藏不同的成因機(jī)理，提出了原生凝析氣藏和次生凝析氣藏形成的概念模式。原生凝析氣藏是指有機(jī)質(zhì)熱演化直接生成凝析油氣，并且以凝析氣相運(yùn)移進(jìn)入圈閉中聚集成藏。此時，圈閉地層溫度介于臨界凝析溫度區(qū)間，地層壓力大于烴類體系在該溫度下的露點(diǎn)壓力(圖3a)。隨著凝析氣向上部圈閉運(yùn)移，地層的溫度和壓力逐漸降低，當(dāng)壓力低于烴類體系的露點(diǎn)壓力時，開始析出凝析油，此時形成帶油環(huán)的凝析氣藏(a2)；凝析氣繼續(xù)向上運(yùn)移，進(jìn)入兩相區(qū)，地層壓力小于該烴體系的露點(diǎn)壓力，凝析氣分離為氣、液兩相進(jìn)入上部圈閉，聚集成為帶凝析氣頂?shù)挠筒?a3)；隨著凝析氣向更淺的圈閉運(yùn)移，當(dāng)?shù)貙訅毫Α囟刃∮诼饵c(diǎn)壓力和臨界溫度時，則形成帶氣頂?shù)恼Ｓ筒?a4)。由于烴類向淺部圈閉運(yùn)移或者圈閉構(gòu)造抬升，就形成了一個從深部至淺部，在一個連續(xù)圈閉中由凝析氣藏 油藏的相態(tài)分布模式[7]。

a-原生凝析氣藏形成模式；b-次生凝析氣藏形成模式。Tm-臨界凝析溫度；TC-臨界溫度；Pm-露點(diǎn)壓力；Pf-地層壓力；Tf-地層溫度；a1-凝析氣藏；a2-帶油環(huán)的凝析氣藏；a3-帶凝析氣頂?shù)挠筒?；a4-帶氣頂?shù)挠筒?；b1-油藏；b2-帶凝析氣頂?shù)挠筒?；b3-帶油環(huán)的凝析氣藏；b4-凝析氣藏。

圖3 凝析氣藏形成概念模式圖[7]

次生凝析氣藏是指油藏經(jīng)過后期改造而形成的凝析氣藏。早期形成的油藏，隨著埋深的不斷增加，地層溫度、壓力也相應(yīng)增大，烴源巖達(dá)到高成熟階段，進(jìn)入生氣門限，開始大量生成天然氣。天然氣進(jìn)入油藏會在該圈閉中形成氣頂(圖3b)，隨著埋深的增大，當(dāng)?shù)貙訙囟却笥谂R界溫度時，壓力繼續(xù)增大，原油中的一些輕質(zhì)組分會反溶于天然氣中，形成帶凝析氣頂?shù)挠筒?b2)；埋深繼續(xù)增加，地溫升高使原油發(fā)生裂解生成原油裂解氣，與烴源巖生成的天然氣共同供給油藏。隨著供給量的增大和地層壓力大于該烴類體系的露點(diǎn)壓力，更多的原油會反溶于天然氣中，形成底部帶有油環(huán)的凝析氣藏(b3)；隨著地層溫度、壓力的繼續(xù)增大，當(dāng)天然氣供給量繼續(xù)增大至足以溶解所有原油，或圈閉幅度不具備保留油環(huán)的條件，則形成純凝析氣藏(b4)[7]。

2.2 烴類組分對凝析氣藏流體相態(tài)的影響

諸多研究表明，烴類組分從根本上控制著凝析氣藏的相態(tài)特征，烴類組分的變化會使該流體的臨界溫度和臨界壓力發(fā)生改變[12-13]。凝析氣藏?zé)N類組成主要包括氣態(tài)烴、液態(tài)烴和非烴，由于液態(tài)烴的組分十分復(fù)雜，難以完全鑒別分離，因此為了簡化相態(tài)模擬計(jì)算往往將這一部分視作一個整體擬組分(C7+)。氣態(tài)烴的組分包含有甲烷和重?zé)N氣(C2-C6)兩部分；非烴組分較為復(fù)雜，主要包括水、CO2、N2、H2S等，但是普遍認(rèn)為對流體相態(tài)影響最為重要的是CO2。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M表明，隨著流體組分中甲烷含量的增大，凝析氣包絡(luò)線逐漸上移，飽和壓力稍有增大，但臨界溫度降低。隨著流體組分中濕氣含量的增多，凝析氣流體飽和壓力隨之降低，同時最大凝析溫度也在逐漸降低，臨界點(diǎn)位置變化不大，總體也表現(xiàn)為隨濕氣含量增多臨界溫度升高而臨界壓力降低的趨勢。隨著流體組成中液態(tài)烴(C7+)含量的逐漸增多，飽和壓力逐漸降低，而臨界凝析溫度增大。臨界點(diǎn)受C7+組分變化的影響特別明顯，隨著液態(tài)烴含量的增多，臨界溫度明顯上升[14]。

2.3 多孔介質(zhì)對凝析氣藏流體相態(tài)的影響

多孔介質(zhì)中凝析氣藏流體的滲流特性，與一般的氣-液兩相滲流有所不同。國內(nèi)外學(xué)者在多孔介質(zhì)對烴類體系相平衡規(guī)律的影響方面，做了大量的探索，得出多孔介質(zhì)將使流體露點(diǎn)壓力升高等結(jié)論[15]。與此同時，也研究了多孔介質(zhì)的潤濕性、毛管力等對相平衡的影響。Lee建立了描述多孔介質(zhì)中毛管力對儲層流體PVT特性和相平衡特性影響的理論通用公式(1991)，經(jīng)分析得出結(jié)論：對儲層多孔介質(zhì)而言，由于界面曲率較大，毛管力的影響不容忽略，它使得露點(diǎn)升高、氣-液平衡組成發(fā)生變化等。

國內(nèi)，郭平在常規(guī)相態(tài)分析的基礎(chǔ)上,提出了考慮多孔介質(zhì)毛管力對相態(tài)影響的理論模型[16]。通過分析得出：親油巖石使烴類上露點(diǎn)上升，下露點(diǎn)下降，泡點(diǎn)也下降。而憎油巖石則剛好相反，且影響程度隨靠近臨界點(diǎn)和孔徑增大而減小。

總之，在實(shí)驗(yàn)測試方面，國內(nèi)需要發(fā)展能測試真實(shí)巖心中凝析油氣混合物相態(tài)的精密儀器，用于確定多孔介質(zhì)是否對烴類體系相平衡規(guī)律存在影響；需要研發(fā)測試凝析油和多孔介質(zhì)界面吸附的液-固吸附儀，測定凝析油和多孔介質(zhì)的吸附作用。在理論研究方面，多孔介質(zhì)中烴類流體相平衡規(guī)律的研究，直接關(guān)系到凝析油氣的滲流規(guī)律和相態(tài)測試?yán)碚撆c方法，故對它的研究具有重要意義。

3 研究發(fā)展趨勢

(1)凝析氣藏相態(tài)研究的進(jìn)一步發(fā)展將主要包括：高溫高壓凝析氣相態(tài)、近臨界凝析氣相態(tài)、氣-液-固三相復(fù)雜相態(tài)、烴-水體系相態(tài)研究等。

(2)凝析氣藏的形成機(jī)理、主控因素和分布規(guī)律的研究，對凝析氣藏的勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

(3)由于各種原因在凝析氣藏開發(fā)初期未能取得代表性PVT樣品等問題，凝析氣藏相態(tài)恢復(fù)理論的研究能較好的解決該問題。

(4)對于凝析氣藏中有機(jī)固相沉積機(jī)理的研究，都沒有考慮多孔介質(zhì)的影響，且很少研究其動態(tài)條件下的沉積機(jī)理。同時，有機(jī)固相沉積對開發(fā)動態(tài)的影響，以及如何防止有機(jī)固相沉積都需要進(jìn)一步研究。