移動式油氣藏流體PVT實(shí)驗(yàn)室研制及應(yīng)用

方 洋, 李冰環(huán), 王國政, 王軍委, 王兆遠(yuǎn), 孫玉炳

(中國石油長城鉆探測試公司)

伊拉克境內(nèi)沒有能滿足外資公司數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的PVT實(shí)驗(yàn)室，各油公司油氣藏流體高溫高壓物性分析樣品需要運(yùn)輸?shù)降习莸鹊?，由于高壓含硫樣瓶需要連續(xù)的清關(guān)和入關(guān)手續(xù)，運(yùn)輸檢驗(yàn)等，往往3～5個月才能得到分析結(jié)果，無法滿足各油公司快速評價油層和勘探快速決策的要求，同時運(yùn)輸期間會產(chǎn)生昂貴的樣瓶租金和清入關(guān)費(fèi)用，且含硫樣瓶長時間存放不及時分析，部分樣瓶的組分發(fā)生變化，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[1-3]。

把實(shí)驗(yàn)室搬到油田現(xiàn)場，是伊拉克境內(nèi)油公司的強(qiáng)烈需求，但實(shí)現(xiàn)起來困難重重，國外服務(wù)公司也在不斷嘗試。主要受制于PVT實(shí)驗(yàn)室占地面積大，且海外現(xiàn)場環(huán)境惡劣。為此長城鉆探測試公司和法國ST合作，將大型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，通過合理設(shè)計(jì)，達(dá)到了現(xiàn)場移動實(shí)驗(yàn)室的要求，解決了空間布局，適合現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)集裝箱要求，設(shè)計(jì)有多處亮點(diǎn)。通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)，在伊拉克多個油田進(jìn)行了現(xiàn)場服務(wù)，取得了良好的效果和評價。

一、模塊化的移動式設(shè)計(jì)

斯倫貝謝公司在十多年前在北美就將移動式實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于現(xiàn)場，其設(shè)計(jì)核心是一體化設(shè)計(jì)，利用設(shè)備高集成度來節(jié)省空間和減輕重量，整個實(shí)驗(yàn)室能夠集成于一個6 m集裝箱，其缺點(diǎn)是所有設(shè)備都是微型化和特制化，微型化就是把設(shè)備縮小至30%～50%，是以犧牲數(shù)據(jù)質(zhì)量為代價，特制化就是要重新研發(fā)和生產(chǎn)一批微型化設(shè)備，需要大量的研發(fā)和制造費(fèi)用[4]。

為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量并減少購置成本，且達(dá)到移動式實(shí)驗(yàn)室要求，經(jīng)對比研究后決定采用模塊化設(shè)計(jì)，每個模塊是一個獨(dú)立的功能單元，為合理利用空間，部分模塊設(shè)備帶有腳輪，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)階段選擇模塊之間的連接，保證能在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)完成全部實(shí)驗(yàn)過程，為保證數(shù)據(jù)精度，主體設(shè)備選擇仍采用大型實(shí)驗(yàn)室相同設(shè)備，通過合理設(shè)計(jì)、空間布局和模塊編制，最優(yōu)化滿足現(xiàn)場空間條件，設(shè)備共劃分為八個功能模塊: ①全可視平衡釜；②氣量計(jì)；③毛細(xì)管黏度計(jì)；④安東帕高壓密度計(jì)；⑤油氣氣相色譜儀；⑥混樣系統(tǒng)；⑦配樣系統(tǒng)；⑧計(jì)量泵。

八個功能模塊當(dāng)中，全可視平衡釜和氣量計(jì)采用固定式串聯(lián)，其它六個模塊全部采用移動式設(shè)計(jì)，其中混樣系統(tǒng)和配樣系統(tǒng)設(shè)置為開放式，即進(jìn)行長距離細(xì)管線連接，管線貼壁走線，不用時可拆除另外放置。計(jì)量泵、毛細(xì)管黏度計(jì)和安東帕高壓密度計(jì)等采用近距離連接，并考慮到實(shí)驗(yàn)順序預(yù)留高壓管線，而油氣氣相色譜儀則在氣量計(jì)預(yù)留惰性管線接入口。

設(shè)備整體集成于兩個6 m標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。并根據(jù)海外沙漠條件進(jìn)行固定處理，可根據(jù)伊拉克境內(nèi)油公司需要運(yùn)輸?shù)饺我挥吞铿F(xiàn)場快速提供PVT流體分析服務(wù),設(shè)備可以直接運(yùn)到勘探井井場，將新鮮的井下樣品直接分析，幫助油公司進(jìn)行快速勘探?jīng)Q策。

二、系統(tǒng)功能和優(yōu)勢

核心平衡釜(法國ST公司)容積為240 mL，最高工作壓力200 MPa,溫度150℃，超越多數(shù)相態(tài)實(shí)驗(yàn)室。能夠完成普通黑油、稠油、凝析油氣、干氣等的恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)、定容衰竭實(shí)驗(yàn)和差異分離實(shí)驗(yàn)等，能夠取得飽和壓力、單級和多級氣油比、體積系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、Y函數(shù)、高溫高壓密度和黏度等參數(shù)，設(shè)備主要參數(shù)包括釜體容積等，和大型實(shí)驗(yàn)室一致[5-6]，遠(yuǎn)大于斯倫貝謝現(xiàn)場移動實(shí)驗(yàn)室釜體容積25 mL，其受限于釜體容積只能完成部分實(shí)驗(yàn)，然后結(jié)合相態(tài)軟件去模擬其余參數(shù)，只適合現(xiàn)場快速分析而對結(jié)果精度要求不高的情況。

為滿足集裝箱的操作條件，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對部分實(shí)驗(yàn)流程和測量方法做了相應(yīng)變化，以適應(yīng)現(xiàn)場條件。常規(guī)樣品分析時間為3～5 d[7]，而移動式現(xiàn)場流體分析服務(wù)可將分析時間縮減至1～2 d，主要是新鮮樣品的前處理時間短，移動式現(xiàn)場分析單次實(shí)驗(yàn)時間：①濕氣：16～24 h；②凝析氣：12～18 h；③揮發(fā)油：8～16 h；④黑油:8～16 h；⑤重油：24～48 h,可大大減少結(jié)果等待時間，說明移動式實(shí)驗(yàn)室具有明顯的現(xiàn)場快速分析優(yōu)勢。

三、系統(tǒng)驗(yàn)證

為驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，伊拉克北部Ismail-1井取樣共三層，每次取2個平行樣，其中一個樣送往瑞士SGS標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(主體平衡釜都來自ST公司)，另外一個樣用來現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室分析，其分析結(jié)果比對情況見表1～表4。通過三層樣品分析驗(yàn)證，可確認(rèn)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室能夠滿足西方公司對數(shù)據(jù)的要求。

通過數(shù)據(jù)對比可見，飽和壓力、氣油比和高壓黏度等數(shù)據(jù)與SGS大型實(shí)驗(yàn)室相符較好，結(jié)果精確度高。

表1 Ismail-1井各層泡點(diǎn)壓力

表2 Ismail-1井各層閃蒸氣油比

表3 Ismail-1井各層多級脫氣氣油比

表4 Ismail-1井各層飽和壓力時黏度

四、現(xiàn)場應(yīng)用

目前，現(xiàn)場流體快速分析實(shí)驗(yàn)室已在伊拉克多個油田得到應(yīng)用，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，分析速度快，逐漸為各油公司所接受，為勘探開發(fā)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

1. 黑油樣品現(xiàn)場分析實(shí)例

伊拉克南部AD油田某井為明確油藏流體參數(shù)和構(gòu)造儲量情況，在2 814.44 m處用PDS取樣器井下取樣，取樣前控制油嘴，地面壓力和產(chǎn)量穩(wěn)定?，F(xiàn)場分析的粗側(cè)泡點(diǎn)壓力為19.7 MPa，低于該樣品的開啟壓力25.2 MPa和井底取樣壓力22.3 MPa，說明該樣品取樣期間為單相存在，未發(fā)生組分逸失，為合格樣品，可進(jìn)行相態(tài)實(shí)驗(yàn)。通過混樣和轉(zhuǎn)樣等前處理操作，嚴(yán)格控制進(jìn)樣條件，確保整個過程組分保持一致，最后測得該樣品在油藏條件下(23.2 MPa和81.44℃)泡點(diǎn)壓力為19.9 MPa；單級脫氣氣油比131.35 m3/m3，多級脫氣氣油比143.36 m3/m3，多級分離器氣油比為136.52 m3/m3，油相體積系數(shù)1.354，油藏條件下的密度和黏度分別為0.748 4 g/cm3和1.448 mPa·s。實(shí)驗(yàn)共耗時2.5 d，為儲層評價提供參數(shù)依據(jù)見表5。

2. 凝析氣井現(xiàn)場分析實(shí)例

K435井為伊拉克北部電廠供氣井，日產(chǎn)凝析氣287 161 m3、凝析油62.3 m3，為明確儲層目前開發(fā)狀況和進(jìn)一步核實(shí)儲量，在地面同時取穩(wěn)定的凝析油氣樣，通過復(fù)配得到井下樣品。復(fù)配后折算的閃蒸氣油比和生產(chǎn)氣油比誤差低于2%，達(dá)到復(fù)配井下樣品目的，同時對分離器油氣樣品進(jìn)行色譜分析，結(jié)果見圖1，說明樣品合格，可以進(jìn)一步混樣和轉(zhuǎn)樣等操作，然后進(jìn)入高壓平衡釜進(jìn)行相態(tài)實(shí)驗(yàn)，最終該樣品的結(jié)果見圖2、圖3，實(shí)驗(yàn)共耗時4 d。

表5 AD油田某井差異分離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖1 分離器油氣樣品組分平衡比

圖2 等組分膨脹實(shí)驗(yàn)

五、結(jié)論

(1)通過模塊化設(shè)計(jì)，合理布局標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，將大型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備引入海外現(xiàn)場，建立了具有移動式特點(diǎn)的現(xiàn)場PVT分析實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了將油藏流體樣品現(xiàn)場快速分析的能力，幫助伊拉克各油公司進(jìn)行快速勘探開發(fā)方案決策。

圖3 定容衰竭實(shí)驗(yàn)

(2)為驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，通過和瑞士SGS標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)比對，經(jīng)過三層樣品數(shù)據(jù)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，飽和壓力、氣油比和高壓黏度等數(shù)據(jù)與SGS大型實(shí)驗(yàn)室相符較好，結(jié)果精確度高，確認(rèn)移動式現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室能夠滿足西方公司對數(shù)據(jù)的要求。

(3)該系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的提供油藏流體高壓物性數(shù)據(jù)，在勘探開發(fā)快速評價儲層和方案決策方面有重要作用。目前現(xiàn)場流體快速分析系統(tǒng)已在伊拉克多個油田得到應(yīng)用，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，分析速度快，逐漸為各伊拉克油公司所認(rèn)可和青睞。