凝析氣藏相態(tài)恢復(fù)規(guī)律認識及樣品代表性判斷

汪來潮 彭小東 殷修杏 陳建華周小涪

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南 ?？?570312）

0 引言

凝析氣藏樣品高壓物性數(shù)據(jù)是油氣藏開發(fā)評價的重要參數(shù)，然而由于凝析氣藏固有特性致使在取樣過程中樣品失真情況時有發(fā)生，因此對于凝析氣藏樣品高壓物性數(shù)據(jù)分析首先需確認樣品是否失真。目前判斷樣品是否失真主要采用相態(tài)恢復(fù)方法，常用方法有：①原始氣油比恢復(fù)法，即采用分離器油氣樣按原始生產(chǎn)氣油比進行配樣或計算［1-2］；②原始露點壓力恢復(fù)法，即采用流體和對應(yīng)的平衡油按原始露點壓力等于原始地層壓力配樣或計算［3-6］，其常用于帶油環(huán)的凝析氣藏，在該條件下原始露點壓力等于原始地層壓力；③直接相態(tài)恢復(fù)法，即將各組分組成隨壓力的變化關(guān)系曲線回歸公式然后計算各組分組成的直接相態(tài)恢復(fù)法［7］。以上3種方法分析均需要前提條件，如第一種方法需要已知原始生產(chǎn)氣油比或試氣時的測試氣油比，后兩種方法需要已知原始露點壓力。然而一些油氣田尤其是海上油氣田在勘探作業(yè)中從降本角度考慮，取PVT樣品常采用MDT（注：英文Modular Formation Dynamics Tester的縮寫，是一種測壓取樣作業(yè)）替代DST測試（注：英文Drill Stem Test的縮寫，是一種鉆具測試作業(yè)）作業(yè)，泵抽壓差較大情況下存在失真的可能性，但又無法像DST測試一樣獲取樣品的原始生產(chǎn)氣油比或者測試氣油比的值，對于不帶油環(huán)的凝析氣藏原始露點壓力也是未知，給研究帶來困難，因此凝析氣藏采用目前方法在一些情況下無法判斷樣品是否失真。筆者研究了凝析氣藏在原始氣油比和原始露點壓力均未知的前提下的相態(tài)恢復(fù)規(guī)律認識，并綜合考慮取樣和轉(zhuǎn)樣兩個過程來分析判斷樣品是否失真的方法，該方法解決了凝析氣藏樣品由于缺少相關(guān)參數(shù)而難以判斷樣品是否失真的問題，具有一定推廣應(yīng)用價值。

1 凝析氣藏樣品代表性問題

以我國南海西部瓊東南盆地X-1井為例，該井是一口海上高溫高壓凝析氣井，原始地層壓力為68.61 MPa，地層溫度為149.7℃，壓力系數(shù)為1.96，屬于異常高壓凝析氣藏。MDT測壓流度為0.03～0.06 mD／cp，具有低滲透儲層特征。

在3 607.8 m深度地層泵抽取得1號和2號共兩個MDT樣品，最低取樣流壓為50.50 MPa。其中，1號樣品進行了現(xiàn)場放樣，放樣結(jié)果為油、氣、水的混合物，現(xiàn)場放樣氣油比為1 410 m3／m3。2號樣品在50～60℃溫度、50～55 MPa壓力下轉(zhuǎn)樣后進行PVT實驗分析，測得氣油比為2 150 m3／m3。另外，在MDT泵抽取樣的同時，采用斯倫貝謝公司取樣儀器內(nèi)置的井下流體識別IFA模塊即時分析供參考的流體氣油比為4 576 m3／m3。同一條件下取得的樣品有3個不同的氣油比值，且相差較大。這是測試方法差異引起的，還是本身樣品失真造成的？帶著該問題，筆者以樣品是否失真為基本點進行探討分析，以求獲取準確認識。

2 相態(tài)恢復(fù)理論基礎(chǔ)

相態(tài)恢復(fù)研究主要包括兩大方面：相平衡理論和組分恢復(fù)計算。

2.1 相平衡理論

相平衡理論包括物料平衡和熱力學(xué)逸度平衡兩方面［8］。

物料平衡方程組：

熱力學(xué)逸度平衡方程組：

其中，物料平衡決定組分總守恒，逸度平衡決定油氣分配。各組分i在油氣中的分配比例Xi、Yi與逸度f有關(guān)，而逸度f與熱力學(xué)性質(zhì)、溫壓有關(guān)，即與PVT參數(shù)場有關(guān)。

式中，zik、xik和yik分別是k狀態(tài)下組分i在混合物、液體和氣體中的摩爾分數(shù)，無因次；Lk為k狀態(tài)下平衡油相的摩爾分數(shù)，無因次；Vk、VL、VV分別為k狀態(tài)下、液體中、氣體中平衡氣相的摩爾分數(shù)，無因次；Ki為平衡組成的分配比，定義為組分i在氣相中的摩爾分數(shù)yik與在液相中的摩爾分數(shù)xik的比，無因次；fiLk、fiVk分別為氣、液相混合物中組分i的逸度，無因次；P為烴類體系所處的壓力，MPa；R為摩爾氣體常數(shù)；T為烴類體系所處的溫度，K；ZiL、ZiV分別為組分i在液體和氣體中的摩爾分數(shù)，無因次。

2.2 組分恢復(fù)計算方法

組分恢復(fù)包括向下恢復(fù)（更低露點壓力）和向上恢復(fù)（更高露點壓力）兩種情況。

電阻率值為7.01～21.44 Ωm，聲波時差為331.03～571.10 μs/m。從電性曲線來看，在1152.90 m以淺電阻率值由高阻逐漸變?yōu)榈椭怠?/p>

對于第一種情況，采用取平衡相法進行恢復(fù)，即采用目前樣品的流體模擬定容衰竭過程，在已知原始露點壓力的情況下，可以模擬計算此壓力下的平衡氣組成，由于自地層壓力下降到原始露點壓力時凝析氣組成都不會發(fā)生變化，所以原始露點壓力下的平衡氣組成即為恢復(fù)得到的原始流體組成。第一種情況較為簡單，在此不作贅述。

對于第二種情況，目前的相態(tài)恢復(fù)方法主要有前面提到的三種方法。

第一種方法——按原始氣油比恢復(fù)法通過閃蒸油、閃蒸氣組分加權(quán)計算，見式（7）［9-10］：

第二種方法——按原始露點壓力恢復(fù)法一般通過添加平衡油的手段使其達到原始露點壓力，其組分恢復(fù)計算見式（8）［11］：

式（7）和式（8）中，Zi、Xi和Yi分別是組分i在混合物、液體和氣體中的摩爾分數(shù)，無因次；----Mo為凝析油平均摩爾質(zhì)量，g／mol；ρ0為凝析油密度，g／cm3；GOR為閃蒸實驗的氣油比，m3／m3；Lt為平衡油的添加比例，無因次。

第三種方法——直接相態(tài)恢復(fù)法將各組分組成隨定容衰竭壓力的變化關(guān)系曲線回歸公式，然后將已知的原始露點壓力代入回歸公式中計算各組分組成，即近似得到原始流體的組成。

以上3種方法中，第一種方法在揮發(fā)油的相態(tài)恢復(fù)中適用效果較好，但應(yīng)用到凝析氣藏適用性較差，原因在于目前失真流體在標況下的閃蒸油和閃蒸氣與原始流體的閃蒸油和閃蒸氣存在一定差異，因此閃蒸油和閃蒸氣配樣或計算時的配伍性較差；第二種方法應(yīng)用到凝析氣藏適用性較好，原因在于目前失真流體在較高壓力下的平衡油和平衡氣與原始流體在這一壓力下的平衡油和平衡氣是一致的，二者配伍性很好；第三種方法是一種近似計算，在目前失真流體的露點壓力與原始流體的露點壓力相差較遠時，誤差極大甚至計算結(jié)果有誤。筆者針對凝析氣藏推薦第二種方法。

3 樣品失真性分析

3.1 相態(tài)恢復(fù)規(guī)律認識

研究思路：首先假設(shè)X-1井目前樣品發(fā)生了失真，選用一種相態(tài)恢復(fù)方法對目前流體進行恢復(fù)，然后全面系統(tǒng)地分析恢復(fù)后的新流體（即假設(shè)的原始地層流體）在取樣、轉(zhuǎn)樣時的流體相態(tài)，從而判斷在哪個環(huán)節(jié)可能發(fā)生失真。如果不具備失真條件，則判斷目前樣品具有代表性。

首先采用Eclipse軟件的PVTi模塊對目前流體進行了實驗擬合，得到了PVT參數(shù)場。在此基礎(chǔ)上，模擬計算出41.04 MPa（低于露點壓力0.01 MPa）的平衡油組成。然后按露點壓力恢復(fù)法對樣品進行恢復(fù)。通過添加一定比例平衡油的方式進行流體恢復(fù)，考慮到X-1樣品無法確定流體原始露點壓力值，因此設(shè)定一系列0～100%之間的平衡油比例，按式（8）計算恢復(fù)后的新流體組成，替換已擬合好PVT參數(shù)場的流體模型中的目前流體組成，然后模擬計算，即可觀察恢復(fù)后新流體的相圖臨界點、露點壓力、氣油比隨平衡油添加比例的變化規(guī)律（圖1～圖4）。

圖1 相圖臨界點變化曲線圖

圖4 恢復(fù)后氣油比隨添加平衡油比例變化曲線圖

圖3 恢復(fù)后飽和壓力和氣油比關(guān)系曲線圖

以上圖中紅色表示凝析氣，綠色表示揮發(fā)油或者過渡帶。為了和相圖的左右順序吻合，部分曲線的坐標采用逆序。在設(shè)定一系列平衡油比例的相態(tài)恢復(fù)過程中，有以下幾點認識：

1）隨著添加平衡油比例的增多，相圖臨界點溫度逐漸增大，臨界點壓力先增大，在流體轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)油和凝析氣過渡帶流體后，臨界點壓力逐漸降低（圖2）；

圖2 恢復(fù)后飽和壓力隨添加平衡油比例變化曲線圖

2）隨著添加平衡油比例的增多，恢復(fù)后流體的露點壓力增大，并且呈先快速增大而后逐漸變緩的趨勢，露點壓力達到一個峰值后，然后繼續(xù)添加平衡油，流體由凝析氣狀態(tài)先轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)油與凝析氣過渡帶狀態(tài)，最終徹底轉(zhuǎn)變?yōu)閾]發(fā)油狀態(tài)，而此時的飽和壓力不再是露點而是泡點，泡點呈先緩慢降低而后逐漸加快的趨勢。最終添加平衡油比例為100%時，氣油比為407 m3／m3，泡點壓力為41.04 MPa，和微小壓差下分離得到平衡油的設(shè)定壓力完全一致，也和目前凝析氣（相當于平衡氣相）的露點壓力41.05 MPa幾乎完全相等。平衡油與平衡氣在這一共同的飽和壓力下達到相平衡。

3）當添加平衡油比例約為35%（不同樣品該比例不同），與此同時，氣油比約900 m3／m3左右時（此氣油比值為凝析氣藏與凝析氣揮發(fā)油過渡帶兩者之間的大致界限——注：來源于我國石油天然氣行業(yè)標準SY／T 6101-94），恢復(fù)露點壓力達到最高，為47.43 MPa，低于取樣時井底流壓49.9 MPa，也低于轉(zhuǎn)樣壓力50～55 MPa。

3.2 樣品代表性判斷實例分析

上節(jié)通過假設(shè)一系列平衡油添加比例，采用上述方法對目前流體進行了恢復(fù)。下面結(jié)合取樣、和轉(zhuǎn)樣時的具體溫壓條件，分析流體在當時溫壓條件下的狀態(tài)，從而判斷當時是否會發(fā)生失真。

首先分析轉(zhuǎn)樣條件下（溫度50～60℃，壓力50～55 MPa）流體狀態(tài)，當添加平衡油比例少于約15%時，恢復(fù)后流體在50～60℃溫度（323.15～333.15 K）下（圖5），轉(zhuǎn)樣壓力高于此溫度下露點壓力，流體呈單相凝析氣狀態(tài)，不存在析出凝析油并且凝析油未完全轉(zhuǎn)移到PVT釜而造成失真的可能性；當添加平衡油比例大于15%時，恢復(fù)后流體在50～60℃溫度下（圖6），轉(zhuǎn)樣壓力高于此溫度下飽和壓力，流體呈過渡帶或者揮發(fā)油狀態(tài)，仍然是單相的，轉(zhuǎn)樣過程中也不可能發(fā)生失真。

圖5 轉(zhuǎn)樣條件（單相氣）下流體狀態(tài)圖

取樣條件下流體狀態(tài)如圖6所示，在地層溫度下，取樣時井底流壓最低為50.5 MPa，高于恢復(fù)后流體的最高露點壓力47.26 MPa，流體在地層中不會發(fā)生反凝析，據(jù)此可以判斷取樣能取到代表性樣品。

圖6 轉(zhuǎn)樣條件（單相油）和取樣條件下流體狀態(tài)圖

綜合以上分析，該樣品不存在失真的可能，樣品分析結(jié)果可靠?，F(xiàn)場放樣氣油比和IFA分析氣油比和PVT分析結(jié)果差異很大，主要是由于獲取的方法造成的，一是現(xiàn)場放樣氣油比準確度不高，二是IFA分析氣油比準確度不夠。事實上，通過試湊扣除平衡油的比例去模擬閃蒸計算氣油比等于IFA分析氣油比4 576 m3／m3恢復(fù)得到新流體的露點壓力為33.4 MPa，比目前流體的露點壓力更低，更不可能發(fā)生失真。綜合判斷該樣品具有代表性。

表1 取樣和轉(zhuǎn)樣條件下溫度壓力對比表

4 結(jié)論

1）研究了凝析氣藏在原始氣油比和原始露點壓力均未知的前提下的相態(tài)恢復(fù)規(guī)律認識，總結(jié)了恢復(fù)過程中流體狀態(tài)及飽和壓力、氣油比等相態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，恢復(fù)后露點壓力最高的狀態(tài)下，其油氣藏類型屬于一種氣油比900 m3／m3左右的近臨界態(tài)油氣藏。

2）提出了一種綜合考慮取樣和轉(zhuǎn)樣兩個過程來分析判斷樣品是否失真的方法。以X-1井流體為例，結(jié)合取樣和轉(zhuǎn)樣時的具體溫壓條件，分析發(fā)現(xiàn)X-1井流體在當時取樣和轉(zhuǎn)樣時的溫壓條件下都處于單相狀態(tài)，從而判斷認為兩種條件下流體都不會發(fā)生失真，判斷該樣品具有代表性。

3）提出的凝析氣藏流體樣品代表性綜合判斷法解決了一些凝析氣藏樣品由于缺少相關(guān)參數(shù)而難以判斷樣品是否失真的問題，具有一定推廣應(yīng)用價值。