西湖凹陷氣田凝析水含量實驗研究及影響因素分析

徐 波 胡碧瑤 王 寧

(1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司中海油實驗中心(上海)， 上海 200941；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司中海油實驗中心(深圳)， 廣東 惠州 516000)

東海盆地西湖凹陷氣藏基本上屬于典型的中、低孔滲邊底水氣藏，也有部分新出現(xiàn)的含水低滲氣藏。不同構(gòu)造帶的氣藏地質(zhì)特征存在差異，尤其是地層的溫度、壓力、流體性質(zhì)等參數(shù)差異較大。目前，西湖凹陷已開發(fā)的低滲氣藏具有以下典型特征：(1) 以水驅(qū)氣藏為主[1-2]；(2) 氣藏?zé)o水期短，大部分氣井在投產(chǎn)過后的兩三年內(nèi)開始出水，且產(chǎn)水量長時間內(nèi)保持穩(wěn)定；(3) 產(chǎn)出水來源廣，出水規(guī)律復(fù)雜。其中，產(chǎn)出水有多種存在狀態(tài)，如凝析水、可動水、不可動水、邊底水及其他水源[3-5]。當油氣田產(chǎn)水量過大時，不僅影響產(chǎn)能，而且會對氣田后期的開發(fā)產(chǎn)生不利影響。天然氣與水長期接觸，也會對氣藏相態(tài)造成影響。同時，隨著天然氣進入生產(chǎn)流程，氣體中的水會腐蝕生產(chǎn)設(shè)備，影響其正常生產(chǎn)。此外，隨著溫度、壓力的變化，氣體中的水會形成天然氣水合物堵塞生產(chǎn)通道[6-11]，從而影響氣井的正常生產(chǎn)。

目前，關(guān)于西湖凹陷天然氣中凝析水含量測定的研究仍未見報道?！短烊粴庵兴康臏y定》(SY/T 7507 — 2016)是現(xiàn)行的天然氣中水含量測試標準，其中只給出了管線中天然氣水含量的分析方法，但其分析結(jié)果無法還原和代表地層條件下的天然氣中凝析水含量的特征。本次研究將參考高溫高壓含水凝析氣相態(tài)研究方法[12-18]，首次利用高溫高壓流體相態(tài)技術(shù)和低溫冷凝分離裝置對西湖凹陷天然氣中凝析水含量進行測定，獲取西湖凹陷不同構(gòu)造帶三口井天然氣中的凝析水含量，探討溫度、壓力、礦化度及流體組成對凝析水含量測定結(jié)果的影響。本次研究針對東海西湖凹陷富含凝析水氣藏探索性地開展凝析水含量的測定，可為后續(xù)判斷氣井產(chǎn)水來源提供數(shù)據(jù)支持。

1 凝析水含量測定實驗

1.1 實驗?zāi)康?/h3>

在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上[12-18]，利用不同流體組成的沸點差異，采用冷凝分離器和高溫高壓配樣器精確測定樣品中的凝析水含量，研究凝析水含量的變化規(guī)律。同時，針對溫度、壓力、礦化度及流體組成等因素開展比對研究，探討不同因素對凝析水含量測定結(jié)果的影響。

1.2 樣品選取

為了明確測定西湖凹陷氣田凝析水含量，在西湖斜坡帶、中央背斜帶中北部、中央背斜帶中南部共3個構(gòu)造帶上選取代表樣品。選取了其中的TJT-A3井、HY2-2-A1井、TWT-C2井，進行凝析水含量測定實驗。

1.3 實驗設(shè)備

測定系統(tǒng)的實驗設(shè)備主要由高壓自動泵、配樣器、油氣分離冷凝裝置、氣量計、氣相色譜儀、離子色譜儀、電子天平、中間容器和氣體增壓泵等部分組成。圖1所示為凝析水測定實驗流程圖。

1、2 — 自動泵；3 — 凝析油容器；4 — 地層水容器；5 — 天然氣容器；6 — 配樣器；7 — 空氣壓縮機；8 — 冷凝管；9 — 干冰冷凝油氣分離箱；10 — 燒杯；11 — 電子天平；12 — 氣體流量計；13 — 氣相色譜儀；14至22 — 閥門

1.4 實驗流程

(1) 向高溫高壓配樣器中注入待測氣樣，若為凝析氣，則基于氣油比進行配制。

(2) 待溫度、壓力穩(wěn)定之后，在恒壓條件下注入地層水，攪拌配樣器3 h使氣、水充分互溶；然后，靜置3 h使氣、水分層，將配樣器倒轉(zhuǎn)，緩慢打開閥門，觀察是否有地層水流出。若有液體，則證明地層水充分飽和于氣中；若無液體，則證明未完全飽和，需繼續(xù)注入地層水直至完全飽和。

(3) 待氣、水的平衡狀態(tài)穩(wěn)定之后，再從配樣器頂部接出管線將其與低溫分離玻璃管(其冷凝溫度為-58 ℃)連接起來，打開配樣器閥門，使氣體以100 mL/min的流速通過冷凝管。

(4) 待放出一定氣量后，關(guān)閉配樣器出口閥門，取出冷凝管；然后，將冷凝管浸泡于90 ℃熱水中保持30 min，使冷凝的輕烴全部揮發(fā)；最后，擦干凈冷凝管外部，稱量冷凝管質(zhì)量，減去干燥的冷凝管質(zhì)量即可計算出冷凝管中析出地層水的質(zhì)量，結(jié)合放出氣量計算對應(yīng)溫度、壓力條件下氣樣中的凝析水含量。

2 凝析水含量測定及影響因素分析

2.1 凝析水含量的測定

存在于天然氣中的地層水，在地層條件下呈氣相。隨著天然氣的采出，溫度、壓力逐漸下降，溶解的地層水就會由氣相逐漸變成液態(tài)，被稱為凝析水。在測定凝析水含量前，首先應(yīng)明確天然氣的氣體組成和地層水的礦化度等基本參數(shù)。TWT-C2井、HY2-2-A1井、TJT-A3井的氣油體積比分別為8 500、2 000、5 000，其地層水礦化度等參數(shù)和摩爾組成如表1、表2、表3所示。

表1 西湖凹陷樣品地層水組成參數(shù)

表2 西湖凹陷樣品摩爾組成(一)

表3 西湖凹陷樣品摩爾組成(二)

實驗中采用干冰制冷，冷卻溫度約為-58 ℃，壓力為0.1 MPa?；贛cketta-Wehe圖版，計算出實驗過程中冷凝管外排氣所含凝析水的體積分數(shù)，結(jié)果僅約0.000 2×10-4。此數(shù)值遠低于天然氣樣品中的凝析水含量，因此可以對外排氣中殘余的水蒸氣忽略不計。

2.2 凝析水含量的影響因素分析

2.2.1 礦化度和壓力的影響

取TWT-C2井天然氣樣品，在地層溫度恒定的條件下，分別測定礦化度為7 000、15 000 mg/L，地層壓力從40 MPa逐漸下降到5 MPa時的凝析水含量(見圖2)。可以看出：

(1) 在壓力和溫度恒定的條件下，低礦化度(7 000 mg/L)樣品的凝析水體積分數(shù)普遍高于高礦化度(15 000 mg/L)樣品，這是由于天然氣溶解作用所致[19-21]。一般而言，隨著礦化度的增大，氣體的溶解度降低，溶解地層水的含量也隨之下降。

(2) 在礦化度和溫度恒定的條件下，壓力降低，凝析水的體積分數(shù)隨之增大。這是因為，隨著壓力降低，地層水在地層高溫的作用下由液體狀態(tài)蒸發(fā)形成氣體狀態(tài)，從而導(dǎo)致凝析水含量升高[19-21]。在礦化度為7 000 mg/L時，壓力從40 MPa下降到20 MPa，則凝析水的體積分數(shù)從0.349×10-4增至0.440×10-4，僅增大了0.091×10-4；而當壓力從20 MPa下降到5 MPa時，凝析水的體積分數(shù)則從0.440×10-4增至0.831×10-4，增大了0.391×10-4。對比發(fā)現(xiàn)，低壓區(qū)間凝析水的增量是高壓區(qū)間的4.3倍，占整個階段凝析水總上升量的81.1%。

研究結(jié)果表明，在低壓條件下凝析水含量的升高速度明顯比在高壓條件下更快，這與現(xiàn)有研究結(jié)果一致[19-23]。壓力的變化直接影響生產(chǎn)井的生產(chǎn)狀況，因此，針對西湖凹陷各油氣田各在生產(chǎn)氣井，需要實時監(jiān)測其壓力變化趨勢。

2.2.2 溫度、壓力的影響

取HY2-2-A1井天然氣樣品，在礦化度恒定(7 466.1 mg/L)的條件下，測定不同溫度(130、150、170 ℃)下地層壓力從60 MPa逐漸下降到5 MPa時的凝析水含量(見圖3)?？梢钥闯觯?/p>

圖2 TWT-C2井不同壓力、礦化度條件下的凝析水含量

圖3 HY2-2-A1井不同溫度、壓力條件下的凝析水含量

(1) 在礦化度和溫度恒定的條件下，凝析水含量隨壓力的下降而升高，壓力越低，凝析水含量升高越快。這與前面的研究結(jié)果一致。

(2) 在礦化度和壓力恒定的條件下，地層溫度升高時，凝析水含量也會升高。這是由于地層溫度升高，地層水從液體逐漸蒸發(fā)成氣態(tài)并形成凝析水，溶解到天然氣中，從而使天然氣中的凝析水含量升高。

(3) 在低壓區(qū)間(5～20 MPa)：當?shù)貙訙囟壬叩?30 ℃時，凝析水的體積分數(shù)由0.132×10-4增至0.272×10-4，增大了0.140×10-4；當?shù)貙訙囟壬叩?50 ℃時，凝析水的體積分數(shù)由0.252×10-4增至0.459×10-4，增大了0.207×10-4；當?shù)貙訙囟壬叩?70 ℃時，凝析水的體積分數(shù)由0.384×10-4增至1.025×10-4，增大了0.641×10-4。指示溫度越高，凝析水的含量升高越快。此外，在地層壓力為10 MPa的條件下：當溫度由150 ℃升高到170 ℃時，凝析水的體積分數(shù)增大了0.259×10-4；而當溫度由130 ℃升高到150 ℃時，凝析水的體積分數(shù)增大了0.123×10-4。在相同溫度間隔內(nèi)，前者增量是后者增量的2.1倍，且增速隨壓力降低而加快。

研究表明，若溫度越高、壓力越低，則凝析水含量就越高，且其增速也越大。地層溫度的升高也是導(dǎo)致凝析水含量快速增大的重要原因，需時刻關(guān)注地層溫度的變化。

2.2.3 流體組成的影響

取TJT-A3井天然氣樣品，在礦化度恒定(7 158.3 mg/L)的條件下，測定不同溫度(120、140 ℃)、不同氣油比(2 000、5 000及注入8%CO2)下，地層壓力從50 MPa逐漸下降到5 MPa時的凝析水含量(見圖4)?？梢钥闯觯?/p>

(1) 壓力和溫度對該井凝析水含量的影響趨勢與前述分析一致。

(2) 在礦化度、溫度、壓力恒定的條件下，氣油比越低，凝析水含量越高；但凝析水含量增加速率變化較小，相對于壓力和溫度等影響因素而言，氣油比對凝析水含量的影響較小。

(3) 在礦化度、溫度、氣油比恒定條件下，注入8%CO2樣品的凝析水含量明顯高于原始樣品，凝析水含量隨著壓力的下降而增加，且在低壓條件下的增速明顯加快。這是由于CO2含量升高增強了天然氣的溶解作用，使其溶解度增大。與此同時，隨著壓力的下降，高壓條件下溶解于地層水中的CO2逐漸釋放，CO2含量升高，從而加速了凝析水含量的升高。在生產(chǎn)過程中，需要實時監(jiān)測天然氣中的CO2含量，以便及時判斷出水量。

圖4 TJT-A3井不同溫度、壓力、流體組成的凝析水含量

3 結(jié) 語

本次研究中，采用高溫高壓流體相態(tài)技術(shù)及低溫冷凝分離裝置精確測定天然氣中凝析水含量。相對于其他方法，本次測定的結(jié)果更加準確。研究發(fā)現(xiàn)：天然氣溶解作用會導(dǎo)致低礦化度樣品的凝析水含量高于高礦化度樣品；溫度和壓力是影響天然氣中凝析水含量的重要因素，溫度越高、壓力越低，則凝析水含量就越高，其增速也越快。此外，CO2含量升高，可增強天然氣的溶解作用，促使凝析水含量進一步升高，因此，CO2含量也是影響天然氣中凝析水含量的重要因素。同時，氣油體積比越低，凝析水含量就越高。但與壓力和溫度因素相比，氣油體積比對凝析水含量的影響較小。