富含凝析油的凝析氣藏注CO2相態(tài)特征研究

阮 洪 江

(中海石油(中國)有限公司湛江分公司, 廣東 湛江 524000)

0 前 言

在富含凝析油的凝析氣藏開發(fā)過程中，當?shù)貙訅毫档椭恋谝宦饵c壓力時，地層中會出現(xiàn)嚴重的反凝析現(xiàn)象[1]，這將導致液鎖和多相流，從而造成氣井產(chǎn)能的下降，嚴重時會造成氣井停噴。循環(huán)注氣是提高凝析氣藏采收率的方法之一，而 CO2是常用的氣體注入劑之一[2]。在油氣藏條件下，CO2處于超臨界狀態(tài)，具有密度大、黏度小、擴散和溶解能力強等特征[3-4]，且CO2在油氣藏儲層條件下的最小混相壓力(MMP)相對較低，更容易達到混相。同時，CO2可以有效降低油氣界面張力，微觀驅(qū)油效率理論上可以達到100%[5-6]。

1 注CO2相態(tài)特征實驗

H氣藏的凝析油含量為206 g/m3，屬于典型的富含凝析油型凝析氣藏。該氣藏原始地層溫度為132.4 ℃，原始地層壓力為25.5 MPa，目前地層壓力為15.0 MPa，露點壓力為24.5 MPa，生產(chǎn)氣油體積比為505.8。

按照行業(yè)標準對地層流體樣品進行復配，模擬地層條件下流體的真實狀態(tài)，分析凝析氣體系的相態(tài)特征及注CO2對凝析氣體系相態(tài)特征的影響，相態(tài)實驗流程圖如圖1所示。

圖1 相態(tài)實驗流程圖

1.1 富含凝析油的凝析氣體系組成測試

對地層條件下的凝析氣體系進行單次閃蒸測試以及油、氣相色譜分析，凝析氣體系組成如表1所示。

表1 凝析氣體系組成

目前地層條件下，重質(zhì)組分摩爾質(zhì)量為217.82，相對密度為0.856 0，流體重質(zhì)組分(C7+)含量大，氣油體積比為505.8。在其開發(fā)過程中極易發(fā)生反凝析現(xiàn)象，壓力持續(xù)降低，大量的凝析油聚集，甚至會出現(xiàn)揮發(fā)油的特征。這是由于隨著地層壓力的降低，大量的反凝析油滯留在儲層中，在近井地帶形成凝析油環(huán)，從而導致氣井產(chǎn)能降低。

1.2 富含凝析油的凝析氣體系注CO2膨脹實驗

對H2-1井開展注CO2膨脹實驗，分析注CO2對富含凝析油的凝析氣體系相態(tài)特征的影響，其實驗結果如表2所示。

表2 富含凝析油的凝析氣體系注CO2膨脹實驗結果

由表2可知，隨著CO2注入量的增加，富含凝析油的凝析氣體系飽和壓力不斷增大，且增大幅度逐漸增大，這說明隨著CO2注入量的增加，流體體系越來越輕。隨著CO2注入量的增加，流體體系膨脹系數(shù)不斷增大，說明注CO2后，流體體系的膨脹性能及彈性驅(qū)動能不斷增大。隨著CO2注入量的增加，流體體系中剩余油相的黏度和密度逐漸降低，這是由于大量CO2溶解在油相中，使得油相越來越輕，這說明注CO2有助于地層中剩余油相流體的流動。隨著CO2注入量的增加，體系中溶解氣油體積比不斷增大，這是由于地層反凝析油中溶解了大量CO2，流體體系膨脹。隨著CO2注入量的增加，剩余流體體系中液相飽和度逐漸減小，這是由于CO2的抽提作用使地層中大量的凝析油蒸發(fā)到氣相中，改善了氣相滲透率，從而使凝析油的采收率得以提高。

2 氣液兩相平衡理論

基于氣液兩相平衡理論和PR3狀態(tài)方程，對流體體系的相態(tài)特征進行研究[7]。假設烴類流體體系由n個組分構成，該體系摩爾數(shù)為1，當該體系處于氣液兩相平衡時，應滿足物質(zhì)平衡方程：

V+L=1

(1)

Vxi+Lyi=Zi

(2)

∑xi=∑yi=∑Zi=1

(3)

氣液兩相平衡時，其逸度相等，可得到：

fg=fl

(4)

氣液兩相平衡時，定義平衡常數(shù)為：

(5)

整理式(1) — 式(5)后，可得氣液兩相閃蒸方程：

(6)

(7)

式中：f為逸度；Ki為平衡常數(shù)；L為液相摩爾分數(shù)；V為氣相摩爾分數(shù)；xi為i組分在液相中的摩爾數(shù)；yi為i組分在氣相中的摩爾數(shù)；Zi為i組分在體系中總摩爾分數(shù)。

3 CO2-凝析氣體系相態(tài)特征

通過氣液兩相閃蒸方程，計算分析H2-1井注CO2后的相態(tài)特征，結果如圖2 — 圖5所示。

由圖2(a)可知，隨著CO2注入量的增加，地層壓力不斷增大，流體體系逐漸變輕；油氣體系的飽和壓力不斷增大，等溫壓降曲線從臨界點的左側過渡到其右側，體系的臨界溫度逐漸降低，臨界點先向左上方偏移，臨界壓力和臨界溫度向左上方不斷移動，臨界凝析壓力不斷增大，臨界凝析溫度逐漸減小。

由圖2(b)可知，在地層溫度條件下，當注入CO2摩爾分數(shù)達到43.5%時，一次接觸混相壓力為24.2 MPa，遠高于目前地層壓力15.0 MPa，但低于原始地層壓力25.5 MPa，這表明增大CO2注入量有利于一次接觸混相的實現(xiàn)。

圖2 CO2-富含凝析油的凝析氣體系的p-T和p-X相圖

多次接觸擬三元相圖可以用于確定注入氣對地層流體中反凝析油多次接觸溶解、抽提過程和達到多次接觸混相所需要的最小混相壓力[8-9]。模擬結果表明(見圖3)，在目前地層壓力條件下，CO2與平衡液相相包絡線相隔很遠，并不發(fā)生混相，大量的凝析油滯留在地層中無法被采出。當?shù)貙訅毫ι咧?8.0 MPa時，平衡油相與平衡氣相相包絡線十分接近，但并未完全接觸，此時的注氣開發(fā)為CO2近混相驅(qū)。地層壓力繼續(xù)升高至21.6 MPa時，平衡油相和平衡氣相相包絡線已經(jīng)完全接觸并相交，剩余流體與CO2達到混相，因此目前剩余流體注CO2的理論最小混相壓力為21.6 MPa。由于實際氣藏流體儲存于多孔介質(zhì)中，因此，理論最小混相壓力一般低于實際氣藏條件下的最小混相壓力[10]。

圖3 CO2-富含凝析油的凝析氣體系的擬三元相圖

通過模擬富含凝析油的凝析氣體系注CO2反凝析液量的變化(見圖4)，研究其蒸發(fā)凝析油后的流體體系特征。反凝析液相在注入CO2后，會發(fā)生蒸發(fā)作用，CO2注入量越大，蒸發(fā)作用強度越大。隨著CO2注入量的增加，地層中的反凝析油被大量蒸發(fā)至氣相中。當注入CO2摩爾分數(shù)超過50%時，體系發(fā)生相態(tài)反轉，轉變?yōu)楦p的凝析氣體系，反凝析油全部被蒸發(fā)，地層中為單一氣相，改善了氣相滲透率，從而提高凝析油的采收率。

圖4 富含凝析油的凝析氣體系注CO2后反凝析液量的變化曲線

4 結 語

隨著CO2注入比例的不斷增大，流體體系飽和壓力和膨脹系數(shù)不斷增大，剩余油相的黏度和密度不斷減小，溶解氣油體積比逐漸增大，剩余油相反凝析液飽和度不斷減小，流體體系逐步變輕。目前地層條件注入不同比例CO2后，其流體體系從揮發(fā)油體系過渡到近臨界的揮發(fā)油體系，繼續(xù)加大CO2的注入量，流體體系又過渡到近臨界態(tài)的凝析氣體系，當注入CO2摩爾分數(shù)達到50%時，流體體系過渡到常規(guī)凝析氣體系。

富含凝析油的凝析氣體系注CO2后，地層中的反凝析液相在注入CO2后將會發(fā)生蒸發(fā)作用，注入CO2量越大，其蒸發(fā)作用強度越大。剩余凝析油氣體系注CO2的一次接觸混相壓力為23.8 MPa，在目前壓力(15MPa)條件下注CO2開發(fā)本氣藏不能實現(xiàn)一次接觸混相。注CO2最小混相壓力為21.6 MPa，需要保持或高于最小混相壓力進行注氣開發(fā)，使目前流體向氣相流體轉換，從而增大氣井產(chǎn)能。