順北高溫超高壓縫洞型油藏原油相態(tài)性質(zhì)測定及分析

劉學(xué)利, 解慧, 陳勇, 劉煌, 郭平, 杜建芬

(1.中國石化西北油田分公司, 烏魯木齊 830000; 2. 西北油田分公司,中國石化縫洞型油藏提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830000; 3. 西南石油大學(xué), 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610500)

縫洞型油藏普遍具有埋藏深,裂縫、孔洞發(fā)育,非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)[1-3]。中國縫洞型油藏主要分布在塔里木盆地,有代表性的包括塔河油田、輪古油田、哈拉哈塘油田、富滿油田、順北油田,其中順北油田作為中國石化西北局穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)的主要來源地[4],地層壓力為54～88 MPa、地層溫度為120～170 ℃,流動(dòng)通道以裂縫為主,油氣水分布復(fù)雜,原油性質(zhì)差異大,屬于典型的高溫(超)高壓的縫洞型油氣藏[5-7]。這類油藏面臨水驅(qū)注入壓力高、水驅(qū)效率低、開發(fā)效果差的難題;注氣驅(qū)、泡沫驅(qū)在重力分異的作用下,有效擴(kuò)大波及體積、提高采收率,在縫洞型油藏中具備良好的可行性。原油相態(tài)特征很大程度上影響著注氣驅(qū)、泡沫驅(qū)的開發(fā)效果,充分認(rèn)識(shí)原油性質(zhì)及相態(tài)特征,是獲得更好開發(fā)效果和更高采收率的必要前提[8]。

近幾年,中石化西北局對(duì)順北油田已進(jìn)行了系列開發(fā)和研究工作,指出原油儲(chǔ)集空間為斷層附近的洞穴、裂縫[9-11],油藏發(fā)育了7個(gè)裂縫帶,目前主要對(duì)1、5條帶油藏進(jìn)行了開發(fā),其中順北1條帶以高氣油比未飽和揮發(fā)性油藏為主,原油顏色淺、透明度高、密度小;順北5條帶賦存未飽和輕質(zhì)油藏,原油顏色深、透明度差、密度稍大[12-13],整體呈現(xiàn)出由西向東原油密度變小,從東向西成熟度逐漸減小的趨勢[14-21]。但沒有對(duì)油田整體原油相態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行分析和認(rèn)識(shí),原油相態(tài)變化規(guī)律對(duì)于后續(xù)油藏動(dòng)態(tài)分析、提采方案建立具有重要的意義。

現(xiàn)以順北高溫超高壓縫洞型油田為研究對(duì)象,對(duì)1、5號(hào)斷裂帶中油藏原油開展系統(tǒng)相態(tài)實(shí)驗(yàn)研究,分析3 000 m深以內(nèi)取得井下樣品的代表性,整體掌握兩個(gè)斷裂帶中原油相態(tài)性質(zhì)特征及變化規(guī)律。

1 相態(tài)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26981—2020“油氣藏流體物性分析方法”,對(duì)從順北1號(hào)帶、5號(hào)帶取得井下樣品進(jìn)行相態(tài)分析,相態(tài)實(shí)驗(yàn)在法國Sanchez Technologies公司產(chǎn)“油氣藏流體PVT(壓力、體積、溫度)分析裝置”(圖1)中進(jìn)行,該裝置最大工作壓力為150 MPa,最大工作溫度為200 ℃。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

從順北1號(hào)帶、5號(hào)帶上取得的24個(gè)井下樣品,其中1號(hào)帶上樣品13個(gè),對(duì)應(yīng)井深為7 305～8 011 m,取樣深度1 500～4 500 m;5號(hào)帶上樣品11個(gè),對(duì)應(yīng)井深為7 635～8 424 m,取樣深度3 000～4 800 m。

圖1 ST相態(tài)裝置Fig.1 ST phase device

2 相態(tài)結(jié)果分析

順北油田1號(hào)帶為北東向主干斷裂,具有直線平移、壓隆與拉分的特征,延伸長度為28 km,西南延伸至與5號(hào)帶相交;5號(hào)帶以走滑或擠壓破碎斷裂形式為主,活動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)、規(guī)模大,延伸長度250 m。針對(duì)1、5號(hào)帶上取得的24口井下樣品開展PVT相態(tài)分析,選擇部分代表性樣品結(jié)果進(jìn)行展示說明。

2.1 原油樣品單脫實(shí)驗(yàn)及井流物分析

在實(shí)驗(yàn)室首先將取得的樣品恢復(fù)到儲(chǔ)層條件,再開展單次脫氣實(shí)驗(yàn),并對(duì)獲得脫氣油和單脫氣進(jìn)行色譜分析,獲得原油部分基礎(chǔ)相態(tài)性質(zhì)及井流物組成,表1給出了2個(gè)條帶上12個(gè)樣品的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)順北1號(hào)帶上取得原油樣品的脫氣油顏色為淺黃色、透明度好,而5號(hào)帶樣品脫氣油的顏色多為暗褐色-黑色、透明度低;1號(hào)帶上原油氣油比均值為379 m3/m3,高于5條帶上均值225 m3/m3;1號(hào)帶樣品脫氣原油密度分布區(qū)間0.795 4～0.800 4 g/cm3,5號(hào)帶樣品脫氣原油密度分布區(qū)間0.798 7～0.806 2 g/cm3,兩個(gè)條帶脫氣原油密度均0.8 g/cm3左右,表現(xiàn)出具有很好的一致性,初步說明兩條帶上油藏原油可能來自同一油源。

從原油井流物組成來看,5號(hào)帶上油藏原油中C1含量明顯低于1號(hào)帶上油藏原油,這與1號(hào)帶上原油氣-油比相對(duì)更高是匹配的。由于氣油比更高,使得1號(hào)帶上油藏原油的體積系數(shù)相對(duì)于5號(hào)帶更高而黏度更低。圖2進(jìn)一步展示了兩個(gè)條帶上12個(gè)代表性原油中C7+含量,對(duì)于1號(hào)帶從西南往東北方向走(SHB1-15—SHB1-3)原油中C7+含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))從26.39%降低至18.72%,5號(hào)帶從南往北走(SHB501—SHB5-7),原油中C7+含量從29.88%降低至23%,原油逐漸變輕。整體來看1號(hào)帶上原油中C7+平均含量為19.34%,遠(yuǎn)小于5號(hào)帶中的25.83%。

表1 順北1、5條帶原油物性參數(shù)及井流物組成Table 1 Crude oil physical parameters and well flow composition in Shunbei Belt 1 and 5

圖2 順北1、5號(hào)斷裂帶中代表性油藏原油C7+含量Fig.2 C7+ content of crude oil in representative reservoirs in Shunbei 1 and 5 fault bel

2.2 原油代表性分析

雖然獲得了1、5號(hào)裂縫帶上12個(gè)油藏原油的基礎(chǔ)相態(tài)性質(zhì),但由于順北油田埋藏深、儲(chǔ)層溫度壓力高,給流體取樣造成了很大的麻煩,目前所開展的井下取樣基本在3 000 m以內(nèi)完成,因此這些樣品的相態(tài)結(jié)果在應(yīng)用前需要確定其是否具有代表性。這里綜合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26981—2020“油氣藏流體物性分析方法”和SY/T 5154—2014“油氣藏流體取樣方法”,總結(jié)出了油藏井下樣品代表性的幾個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則:①取樣條件檢查:取樣點(diǎn)壓力≥取樣點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的原油飽和壓力,確保取得的樣品是單一油相;②在實(shí)驗(yàn)室將取樣器加熱至取樣溫度,取樣器打開壓力與取樣點(diǎn)壓力偏差小于3%,確保樣品運(yùn)輸過程沒發(fā)生泄露;③取樣時(shí)油藏生產(chǎn)穩(wěn)定,生產(chǎn)氣油比不隨產(chǎn)量變化而明顯波動(dòng),確保取樣時(shí)儲(chǔ)層中沒有發(fā)現(xiàn)相變現(xiàn)象,且從儲(chǔ)層進(jìn)入井底的流體和從井中取得的流體一直,同時(shí)要確保取得樣品中含水率小于5%;④條件允許情況下應(yīng)取3支樣品,至少有兩支樣品泡點(diǎn)壓力相對(duì)偏差小于3%,確保樣品的重復(fù)性。

結(jié)合井下樣代表性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,分析明確順北1、5號(hào)帶上取得的27個(gè)井下樣品均具備代表性,所測得相態(tài)性質(zhì)可由于后續(xù)應(yīng)用。以SHB1-9井和SHB5-7井樣品為例(相關(guān)取樣條件及參數(shù)見表2),SHB1-9井樣品取樣深度為3 000 m,取樣壓力(57.34 MPa)遠(yuǎn)高于儲(chǔ)層溫度下飽和壓力(35.6 MPa),并且飽和壓力低于地層壓力(86.24 MPa),地飽壓差為50.64 MPa,說明取得SHB1-9井下樣品為單一油相。SHB5-7井取樣深度為3 000 m,取樣壓力(54.24 MPa)同樣遠(yuǎn)高于飽和壓力(30.14 MPa),低于地層壓力(82.26 MPa),因此從SHB5-7井下取得的樣品同樣為單一油相,具備代表性。

表2 順北1、5號(hào)帶上SHB1-9井和SHB5-7 井原油取樣條件Table 2 Crude oil sampling conditions of SHB1-9 and SHB5-7 Wells in Shunbei belt 1

2.3 相態(tài)變化規(guī)律

掌握了單個(gè)原油樣品的相態(tài)性質(zhì)同時(shí)確保了樣品代表性后,接下來從油田整體角度對(duì)這些油藏原油之間的共性和特性進(jìn)行分析,主要考察氣-油體積比、飽和壓力、黏度和密度這幾個(gè)重要的相態(tài)參數(shù)。

2.3.1 氣油比和飽和壓力變化規(guī)律

1、5號(hào)帶上12個(gè)油藏原油氣油比、飽和壓力與生產(chǎn)井段關(guān)系見圖3和圖4,可以看出,隨著生產(chǎn)井段變深,兩個(gè)條帶上原油的飽和壓力和氣-油比均呈現(xiàn)近線性減小,這歸因于流體組分的重力差異作用,隨著生產(chǎn)井底變深,原油中重質(zhì)組分含量升高(見表1)。同時(shí),1號(hào)帶原油氣油比、飽和壓力明顯高于5號(hào)帶,如從SHB1-8H井到SHB52A井,氣油比由457 m3/m3逐漸降低至146 m3/m3,原油的飽和壓力從36.03 MPa降至22.48 MPa。

進(jìn)一步將1、5號(hào)帶上12個(gè)油藏原油的氣-油比、飽和壓力繪制到同一圖上(見圖5),可以明顯看出所有原油的氣-油比和飽和壓力表現(xiàn)出了很高的線性相關(guān)性,如將所連直線向左下方延申到飽和壓力為0的點(diǎn)(脫氣狀態(tài)),可進(jìn)一步說明這些原油是基于相同的脫氣油在不同的儲(chǔ)層溫度和壓力下溶解了不同量的伴生氣的結(jié)果。進(jìn)一步證實(shí)了1、5號(hào)帶上油藏原油來自相同油源這一認(rèn)識(shí),這與文獻(xiàn)報(bào)道基于地化認(rèn)識(shí)分析相一致[18]。

圖3 順北1、5號(hào)帶原油氣油比與生產(chǎn)井段關(guān)系Fig.3 Relationship between original oil/gas ratio and producing well section in Shunbei belt 1 and 5

圖4 順北1、5號(hào)帶原油飽和壓力與生產(chǎn)井段關(guān)系Fig.4 Relationship between oil saturation pressure and producing well section in Shunbei belt 1 and 5

圖5 順北1、5號(hào)帶上油藏原油氣油比和飽和壓力關(guān)系圖Fig.5 Diagram of the original oil-oil ratio and saturation pressure of the reservoir in belt 1 and 5

2.3.2 原油密度及黏度變化規(guī)律

進(jìn)一步分析1、5號(hào)帶上原油密度、黏度與生產(chǎn)井段的關(guān)系。如圖6和圖7所示,同樣由于原油組分重力分異作用,隨著生產(chǎn)井底變深,兩個(gè)條帶上原油的密度和黏度均逐漸升高,且表現(xiàn)出了較好的線性關(guān)系。如1號(hào)帶上從SHB1-8H井(生產(chǎn)井段7 315 m)到SHB1-15井(生產(chǎn)井段8 011.13 m),地層原油密度從0.549 3 g/cm3升高到0.587 6 g/cm3、黏度從0.3 mPa·s升高到0.33 mPa·s。再結(jié)合兩個(gè)條帶上原油飽和壓力、氣油比隨生產(chǎn)井段的關(guān)系,可以認(rèn)為兩個(gè)條帶上的油藏分別具有一定的連通性。

進(jìn)一步結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6169—2021“油藏分類”和實(shí)驗(yàn)測得的原油相態(tài)性質(zhì),對(duì)兩個(gè)條帶上油藏類型進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)1號(hào)帶上油藏原油屬于揮發(fā)性原油、5號(hào)帶上油藏原油屬于弱揮發(fā)性原油。

2.3.3 相圖變化規(guī)律

最后將優(yōu)選的12個(gè)原油P-T(壓力-溫度)相圖數(shù)據(jù)繪制于一個(gè)圖形(圖8)?？梢钥闯鲈蛢?chǔ)層條件較臨界點(diǎn)較遠(yuǎn);隨著原油變輕,從5號(hào)帶上的黑油逐漸變?yōu)?號(hào)帶上的弱揮發(fā)油,相圖整體呈現(xiàn)出臨界點(diǎn)左移、臨界壓力逐漸升高和臨界溫度降低的趨勢(見表3),同時(shí)相圖兩相區(qū)寬度變窄、高度變高,相圖變化規(guī)律符合常規(guī)認(rèn)識(shí)。

圖6 1、5號(hào)帶上油藏原油密度與生產(chǎn)井段關(guān)系Fig.6 Relationship between crude oil density and producing well section in belt 1 and 5

圖7 1、5號(hào)帶上油藏原油黏度與生產(chǎn)井段關(guān)系Fig.7 Relationship between crude oil viscosity and producing well segments in belt 1 and 5

圖8 順北1、5條帶流體相圖Fig.8 Fluid phase diagram of Shunbei belt 1 and 5

表3 1、5號(hào)帶上代表性原油臨界壓力、臨界溫度值Table 3 Critical pressure and temperature values of representative crude oil on belt 1 and 5

3 結(jié)論

(1)測定了順北高溫超高壓縫洞型油田1、5號(hào)裂縫帶上24個(gè)油藏原油的基礎(chǔ)相態(tài)相態(tài)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)5號(hào)帶上油藏原油中重質(zhì)組分含量明顯高于1號(hào)帶上油藏原油,原油顏色更深,但采出脫氣油的密度均在0.8 g/cm3左右。

(2)結(jié)合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn),篩選出了4條判定油藏原油井下樣代表性的準(zhǔn)測,判定1、5號(hào)裂縫帶上24個(gè)井下原油樣均具備代表性,所測得相態(tài)性質(zhì)可由于后續(xù)應(yīng)用。

(3)從單條帶和油田整體兩方面對(duì)取得的24個(gè)樣品重要相態(tài)性質(zhì)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)隨著生產(chǎn)井段變深,單一條帶上原油飽和壓力、氣-油比呈近線性減小,密度和黏度呈近線性增加,1、5號(hào)裂縫帶原油和飽和壓力和氣-油比表現(xiàn)出了很好的線性變化特征,首次從相態(tài)角度明確1、5號(hào)帶上油藏原油來自同一油源。并進(jìn)一步明確了1號(hào)帶上油藏原油屬于揮發(fā)性原油,5號(hào)帶上油藏原油屬于弱揮發(fā)原油。