高含CO2凝析氣藏成藏過程中的流體相行為及油環(huán)體積預(yù)測(cè)

摘要：成藏后期的CO2充注導(dǎo)致里貝拉區(qū)塊高含CO2次生凝析氣藏的流體相行為十分復(fù)雜，油環(huán)體積預(yù)測(cè)難度很大。本文通過流體相平衡模擬、組分梯度分布計(jì)算及CO2充注可視化實(shí)驗(yàn)，刻畫了CO2充注過程中的油氣相行為，揭示了油環(huán)體積的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，建立了基于氣頂氣組分?jǐn)M合的高含CO2次生凝析氣藏油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法。研究結(jié)果表明：1）CO2充注下的油環(huán)體積變化分為4個(gè)階段：充注初期，油環(huán)以溶脹為主；充注前期，CO2不斷置換并萃取油相中的輕質(zhì)組分，油環(huán)體積迅速降低；充注中期，CO2持續(xù)萃取油相的輕、中質(zhì)組分，油環(huán)體積緩慢減?。怀渥⒑笃?，CO2原油組分傳質(zhì)作用明顯減弱，壓縮效應(yīng)導(dǎo)致油環(huán)體積進(jìn)一步減小。2）輕質(zhì)組分的強(qiáng)流動(dòng)性使氣頂氣組成均一，重力分異作用使縱向上油環(huán)組分呈梯度變化。3）油環(huán)體積與氣頂氣組成和氣油比密切相關(guān)。4）基于氣頂氣擬合新方法和不同井深現(xiàn)場(chǎng)勘探預(yù)測(cè)的油環(huán)體積占比分別為19.21%和22.30%，與CO2充注可視化實(shí)驗(yàn)獲得的油環(huán)體積占比（20.60%）較為吻合。

關(guān)鍵詞：氣藏；CO2原油組分傳質(zhì)；流體相行為；油環(huán)體積預(yù)測(cè)；組分梯度分布；可視化實(shí)驗(yàn)

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220232

中圖分類號(hào)：TE19

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

陳浩，左名圣，王紅平，等. 高含CO2凝析氣藏成藏過程中的流體相行為及油環(huán)體積預(yù)測(cè).吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2024，54（5）：15061518. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220232.

Chen Hao， Zuo Mingsheng， Wang Hongping， et al.

Fluid Phase Behavior and Oil Ring Volume Prediction During" Formation of High CO2 Condensate Gas Reservoirs. Journal of Jilin University （Earth Science Edition），2024，54（5）：15061518. doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20220232.

收稿日期：20220817

作者簡(jiǎn)介：陳浩（1985-），男，教授，博士，主要從事CO2資源化利用及地質(zhì)封存方面的研究，E-mail： chenhaomailbox@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52274053）；北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（3232028）

Supported by the National Natural Science Foundation of China （52274053） and the Natural Science Foundation of Beijing （3232028）

Fluid Phase Behavior and Oil Ring Volume Prediction During" Formation of High CO2 Condensate Gas Reservoirs

Chen Hao1，2， Zuo Mingsheng1，2， Wang Hongping3， Wang Chaofeng3， Xu Chenghao1，2， Yang Liu3， Liu Xiliang1，2， Yuan Zhiwen1，2

1. College of Safety and Ocean Engineering， China University of Petroleum（Beijing）， Beijing 102249， China

2. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting （China University of Petroleum （Beijing））， Beijing 102249， China

3. Petroleum China Hangzhou Research Institute of Geology， Hangzhou 310023， China

Abstract：

For the high CO2 condensate gas reservoir in Libra block， the fluid phase behavior in the reservoir is very complex due to the injection of CO2 in the later stage of reservoir formation， which brings great challenges to the prediction of oil ring volume. Through phase equilibrium calculation model， component gradient distribution theory， and visual injection experiment， this paper describes the oil-gas phase behavior of the reservoir during CO2 injection， reveals the dynamic change of oil ring volume， and puts forward a new method for predicting oil ring volume of secondary condensate gas reservoir with high CO2 based on gas cap gas component fitting. The following research results are obtained. 1） The fluid phase behavior and volume change of oil ring under CO2 injection can be divided into four stages. At the beginning of CO2 injection， CO2 dissolves in the oil and the volume of oil ring expands. In the early stage， CO2 dissolves， replaces and extracts the light components in the oil， so that the volume of the oil ring decreases rapidly. In the middle stage， CO2 mainly extracts the light and medium components of oil， so the volume of the oil ring decreases slowly. At the later stage， the mass transfer of CO2-oil almost stops， so the proportion of oil ring volume further decreases due to the compression effect. 2） The strong fluidity of light components makes the gas composition of gas cap uniform， and the gravity differentiation makes the oil ring composition gradient change longitudinally. 3） On this basis， the strong correlation between gas cap gas composition， gas-oil ratio and oil ring volume are revealed. 4） The oil ring volumes ratio predicted by the new gas cap gas fitting method and field exploration at different well depths are 19.21% and 22.30%， respectively， which are in good agreement with the oil ring volume ratio （20.60%） obtained from the CO2 injecting visualization experiment.

Key words：

gas reservoir; mass transfer between CO2 and oil; fluid phase behavior; oil ring volume prediction; component gradient distribution; visual extraction experiment

0" 引言

巴西里貝拉區(qū)塊具有罕見的高含CO2次生凝析氣藏［12］。在烴源巖氧化生烴作用下，早期生成的烷烴氣和原油聚集形成了最初的油藏［3］，后期深幔源生成的CO2通過斷裂帶運(yùn)移，在蒸發(fā)分餾作用下將油藏不斷改造，形成了帶油環(huán)的高含CO2次生凝析氣藏［46］。

CO2與原油的相互作用極其復(fù)雜［7］，溶解、置換、萃取和傳質(zhì)等機(jī)制協(xié)同作用［8］，導(dǎo)致常規(guī)的氣藏類型和油環(huán)大小判別方法不再適用。因此，有必要在模擬油氣成藏過程的基礎(chǔ)上，刻畫CO2充注過程中的流體相行為，明確影響油環(huán)體積大小的主控因素和作用規(guī)律，建立適合高含CO2凝析氣藏的油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法。

基于CO2原油體系相互作用實(shí)驗(yàn)，前人［913］研究發(fā)現(xiàn)：CO2溶解量增加，原油體積增大，CO2萃取作用發(fā)生，原油體積減小，CO2對(duì)原油體積的影響程度與油氣組分和溫度壓力密切相關(guān)。通過可視化實(shí)驗(yàn)，Yassin等［14］和Orr等［15］直觀刻畫了不同溫壓條件下CO2對(duì)烴類流體的溶解和萃取現(xiàn)象。Wei等［16］和Rezk等［17］提出了壓力閾值概念，壓力大于閾值壓力p1時(shí)CO2萃取油相中的輕烴組分，壓力大于閾值壓力p2時(shí)CO2萃取油相中的重質(zhì)組分。Ghafri等［18］通過修正狀態(tài)方程（EOS）中CO2和CH4之間的二元交互系數(shù)，較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)注入CO2后凝析氣藏的露點(diǎn)壓力和凝析液量。Guo等［19］基于Substitution-Newton-Trust-Region方法構(gòu)建了兩相平衡的計(jì)算框架，提高了吉布斯自由能計(jì)算的穩(wěn)定性和兩相閃蒸計(jì)算的精度。前人從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面揭示了CO2與原油相互作用的復(fù)雜機(jī)制。但是，對(duì)于帶油環(huán)的高含CO2次生凝析氣藏，其儲(chǔ)層具有垂向油氣組分差異大的特征，目前的研究尚不能解釋CO2充注對(duì)油氣組分梯度變化和分布的影響，缺少準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油環(huán)體積的方法。

本文基于目標(biāo)凝析氣藏成藏過程，考慮組分傳質(zhì)及重力分異作用，通過狀態(tài)方程優(yōu)選、流體相平衡模擬、組分梯度分布計(jì)算及CO2充注可視化實(shí)驗(yàn)，刻畫CO2充注過程中的油氣相行為，以期揭示油環(huán)體積的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，建立基于氣頂氣組分?jǐn)M合的高含CO2次生凝析氣藏油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法，為氣藏潛力評(píng)價(jià)及探井部署提供依據(jù)。

1" 常規(guī)凝析氣藏類型判別方法的局限性

根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《凝析氣藏相態(tài)特征確定技術(shù)要求》（SY/T 61012012）［20］，分別采用四組合參數(shù)法、C2經(jīng)驗(yàn)值法、特征值等級(jí)分類法、φ參數(shù)判別法和Z因子判別法判別里貝拉凝析氣藏類型［21］。里貝拉區(qū)塊4 931 m的現(xiàn)場(chǎng)鉆探井原油組分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示；凝析氣藏類型判別參數(shù)如表2和表3所示。結(jié)果表明：C2（經(jīng)驗(yàn)值）、C2+和φ判定里貝拉區(qū)塊為無油環(huán)凝析氣藏（凝析氣頂油藏）； C2/C3、100C2/（C3+C4）、100C2+/C1和特征值參數(shù)判定其為帶油環(huán)凝析氣藏； Z1、Z2判定其為帶大油環(huán)的凝析氣藏?？梢姡趥鹘y(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法判定的高含CO2凝析氣藏類型存在明顯差異。

分析認(rèn)為，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要以烴類氣體組分為判別標(biāo)準(zhǔn)，忽略了CO2等非烴類氣體對(duì)油環(huán)體積的影響；此外，傳統(tǒng)判別方法僅對(duì)凝析氣藏類型做出定性分析，卻無法預(yù)測(cè)油環(huán)體積大小。因此，有必要開展CO2充注過程模擬，明確不同條件下CO2注入對(duì)流體相行為及油環(huán)體積的影響規(guī)律，建立高含CO2凝析氣藏油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法。

2" 狀態(tài)方程優(yōu)選及參數(shù)擬合

CO2充注過程中流體相行為及油環(huán)體積變化規(guī)律研究首先需要優(yōu)選狀態(tài)方程。立方形狀態(tài)方程被廣泛應(yīng)用于油氣及混合物壓力體積溫度的關(guān)系計(jì)算中，其中Redlich-Kwong（RK）［22］、Soave-Redlich-Kwong（SRK）［23］、Peng-Robinson（PR）［24］、SRK-Peneloux（SKR-P）［25］、PR-Peneloux（PR-P）［26］等是現(xiàn)階段普遍使用的經(jīng)典立方形狀態(tài)方程。

Soave［23］將RK方程中的溫度項(xiàng)替換為溫度函數(shù)項(xiàng)a（T），提出了SRK狀態(tài)方程，提高了純組分飽和蒸汽壓預(yù)測(cè)的精度，但SRK方程在液相密度預(yù)測(cè)方面精度依然較低。Peng等［27］將其原因歸結(jié)為臨界狀態(tài)的壓縮因子計(jì)算值偏高，因此，他們修正了引力項(xiàng)，獲得了修正的PR狀態(tài)方程：

p=RTV－b－a（T）V（V+b）+b（V－b）" ； （1）

a（T）=acα（T） ；（2）

b=0.07780RTcpc；（3）

ac=0.45724R2T2cpc；（4）

α（T）=1+m（1－TTc）2；（5）

m=0.37464+1.154226ω－0.26992ω2。（6）

式中：

ac為引力項(xiàng)參數(shù)，MPa·cm6/mol2；α（T）為溫度函數(shù)；b為斥力項(xiàng)參數(shù)，MPa·cm3/mol;

p為壓力，MPa；pc為臨界壓力，MPa；T為溫度，℃；Tc為臨界溫度，℃；V為體積，cm3；R為氣體常數(shù)，為8.314 J/（kg·K）；ω為偏心因子。

在此基礎(chǔ)上，為了準(zhǔn)確表征重質(zhì)組分，Pedersen等［28］修正了m函數(shù)表達(dá)式，得到了PR78狀態(tài)方程，進(jìn)一步提高了液相密度的預(yù)測(cè)精度：

m=0.37464+1.154226ω-0.26992ω2，ω≤0.491;

m=0.379642+1.487503ω-0.164423ω2

+""" 0.016666ω3，ω＞0.491。

（7）

Pneloux等［29］提出了體積平衡參數(shù)“c”進(jìn)行狀態(tài)方程的修正，得到PR78P狀態(tài)方程：

p=RTV－b－a（T）（V+c）（V+2c+b）+（b+c）（V－b） 。 （8）

其中，c=0.50033RTcpc（0.25969－ZRA） ； （9）

ZRA=0.29056－0.08775ω" 。（10）

式中：c為體積平衡參數(shù)，cm3/mol；ZRA為Rackett壓縮因子。

Jhaveri等［30］和Daubert等［31］通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，引入體積修正后的狀態(tài)方程在液相體積計(jì)算方面更加準(zhǔn)確。因此，本文在模擬里貝拉區(qū)塊CO2充注過程中的油環(huán)體積變化規(guī)律方面，選用PR78P狀態(tài)方程（式（8））。

需要注意的是，相平衡模擬過程中，原油重質(zhì)組分的合并也會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，需要對(duì)EOS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)擬合，進(jìn)一步提高模擬精度。基于目標(biāo)區(qū)塊的pVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用PVT-sim軟件，選用PR78P狀態(tài)方程，分別對(duì)閃蒸分離、恒質(zhì)膨脹、差異分離、黏度測(cè)試等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)擬合，結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的擬合結(jié)果，構(gòu)建了數(shù)值模擬使用的油相各擬合組分的摩爾分?jǐn)?shù)和密度，如表4所示。

3" 實(shí)驗(yàn)方法

3.1" 實(shí)驗(yàn)樣品

通過定容衰竭實(shí)驗(yàn)得到儲(chǔ)層原油飽和壓力為50.20 MPa，氣油比為365；在地面條件閃蒸分離原油，使用色譜儀分析油氣組分，得到儲(chǔ)層條件下的原油組分，如表5所示。按照表5的氣相組分，配置溶解氣，并使用現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)的脫氣原油，在儲(chǔ)層溫度、壓力

條件下，按照油氣組分和氣油比復(fù)配得到實(shí)驗(yàn)用模

擬活油。經(jīng)檢驗(yàn)，復(fù)配得到的模擬油的氣油比為362，飽和壓力為51.0 MPa，與原始油藏流體性質(zhì)相同，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

3.2" 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)使用法國(guó)ST公司的高溫、高壓可視化測(cè)試系統(tǒng)（PVT240），如圖2所示。該設(shè)備的主體容積為240 cm3，通過PVT筒中的活塞控制實(shí)驗(yàn)體積，精度為0.01 cm3；實(shí)驗(yàn)壓力范圍為1～150 MPa，測(cè)試精度為0.1 MPa；實(shí)驗(yàn)溫度范圍0～200 oC，通過溫度模塊控制實(shí)驗(yàn)溫度，精度為0.1 oC。該設(shè)備配備了高清攝像頭，能夠觀測(cè)和記錄實(shí)驗(yàn)過程中的油氣反應(yīng)。

3.3" 實(shí)驗(yàn)流程

針對(duì)里貝拉區(qū)塊帶油環(huán)高含CO2次生凝析氣藏成藏過程，開展了CO2全過程充注的可視化實(shí)驗(yàn)，直觀觀測(cè)高含CO2次生凝析氣藏的成藏過程、油氣相行為及油環(huán)體積的動(dòng)態(tài)變化特征，得到模擬的里貝拉區(qū)塊的油環(huán)體積。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段：1）使用丙酮和甲苯清洗PVT筒，并用CO2沖洗。2）使用自動(dòng)泵將活塞推至PVT筒最頂端，保證PVT筒體積為0。3）按照目標(biāo)區(qū)塊的溫度為74.1 oC、壓力為60.0 MPa，設(shè)置PVT筒、裝有活油和CO2中間容器的實(shí)驗(yàn)溫度和壓力。

實(shí)驗(yàn)階段：1）將復(fù)配的活油從取樣器中緩慢導(dǎo)入PVT筒，將PVT筒靜置12 h，模擬初期階段的油藏。2）分階段向PVT筒中分別注入摩爾分?jǐn)?shù)為20%、35%、55%、75%的CO2，記錄各階段PVT筒內(nèi)油氣相行為。3）完全充注后，將PVT筒靜置12 h，使CO2與PVT筒中流體充分反應(yīng)，得到模擬的帶油環(huán)高含CO2次生凝析氣藏。4）按照PVT筒內(nèi)置體積測(cè)量軟件，測(cè)量油環(huán)體積。

4" 結(jié)果分析與討論

4.1" CO2充注過程中油環(huán)相行為及體積變化規(guī)律

4.1.1" CO2充注過程中油環(huán)組分變化規(guī)律

通過改變CO2注入量，獲得了CO2充注過程中油相的組分變化規(guī)律。如圖3所示，CO2充注過程中，油相輕質(zhì)組分C113的摩爾分?jǐn)?shù)逐漸減小，中質(zhì)及重質(zhì)組分C1980的摩爾分?jǐn)?shù)逐漸增加，組分變化是導(dǎo)致原油體積不斷減小，油相密度、黏度持續(xù)增加的主要原因［14，32］。

此外，分析了CO2充注過程中，1 mol油相中輕質(zhì)組分（C113）的累積變化規(guī)律。如圖4a所示，輕質(zhì)

組分摩爾分?jǐn)?shù)變化分為3個(gè)階段：充注前期，注入0.45 mol的CO2（充注CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為30.7%），油相中輕質(zhì)組分迅速減??；充注中期，累積注入2 mol的CO2（充注CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為66.7%），輕質(zhì)組分減小緩慢；充注后期，累積注入2.8 mol的CO2（充注CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為73.3%），輕質(zhì)組分累積變化量趨近為0。Habibi等［33］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了該現(xiàn)象。

分析認(rèn)為，CO2充注前期，CO2與原油中的溶解氣存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，CO2溶解并將油相中的輕質(zhì)組分置換到氣相，同時(shí)氣頂氣萃取油相的輕質(zhì)和中間組分；隨著CO2溶解度的減小，CO2溶解置換效應(yīng)逐漸減弱，油相各組分的減小受氣頂萃取程度的影響；充注后期，CO2與原油組分傳質(zhì)減緩，油相中各組分摩爾分?jǐn)?shù)減小量趨于平緩。此外，由圖4a可知，各組分隨著碳鏈數(shù)的增加累積變化量逐漸減小，表明CO2更易置換和萃取油相中的輕質(zhì)組分。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究了CO2充注過程中油相中質(zhì)和重質(zhì)組分（C1480）的變化規(guī)律。如圖4b和圖5所示，充注前期，注入0.22 mol的CO2（充注CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為18.2%），氣頂氣萃取了中間和重質(zhì)組分，C1418、C1923、C6480組分摩爾分?jǐn)?shù)分別減小4.61%、2.33%、5.98%；累積注入0.44 mol的CO2（充注CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為30.7%），油環(huán)中中質(zhì)及重質(zhì)組分的摩爾分?jǐn)?shù)增加，并且沉降速率逐漸增加；充注中期，累積注入2.22 mol的CO2（充注CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為68.9%），油環(huán)重質(zhì)組分的摩爾分?jǐn)?shù)逐漸增加，中質(zhì)組分沉降速率減小，重質(zhì)組分的沉降速率持續(xù)增加；充注后期，中間組分沉積速率趨于0，重質(zhì)組分沉積速率逐漸降低。

Yassin等［14］研究了CO2油非平衡作用的過程，發(fā)現(xiàn)CO2與原油接觸會(huì)形成油氣過渡帶，并觀測(cè)到重質(zhì)組分從過渡帶析出沉降的現(xiàn)象?；谇拔牡臄?shù)值模擬結(jié)果，分析認(rèn)為：充注前期CO2置換和萃取油相中的組分，從而形成了油氣界面過渡帶；隨CO2充注，油氣界面過渡帶中的輕質(zhì)組分揮發(fā)，中間和重質(zhì)組分沉降，使過渡帶逐漸減小；如圖5所示，重質(zhì)組分（C6480）累積沉降量最高、沉降區(qū)間跨度最大，重質(zhì)組分完全析出，標(biāo)志著界面過渡帶消失，油氣組分傳質(zhì)停止。

基于里貝拉區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)鉆探數(shù)據(jù)，分析了油藏縱向深度原油組分變化規(guī)律。如圖6所示，鉆探數(shù)據(jù)表明里貝拉區(qū)塊4 931～5 489 m為氣頂，隨深度增加氣相中CO2和CH4組分摩爾分?jǐn)?shù)分別減小了3.99%、1.10%，輕質(zhì)（C213）和重質(zhì)（C20+）組分摩爾分?jǐn)?shù)分別增長(zhǎng)了4.85%、0.13%。5 489～5 613 m為油環(huán)，隨深度增加油相CO2和CH4組分摩爾分?jǐn)?shù)比分別降低67.25%、16.10%，輕質(zhì)（C213）中質(zhì)（C1420）及重質(zhì)（C20+）組分摩爾分?jǐn)?shù)分別增加32.99%、40.75%、8.74%。

現(xiàn)場(chǎng)勘探數(shù)據(jù)表明，成藏過程中，由于氣相分子強(qiáng)流動(dòng)性，里貝拉區(qū)塊氣頂組成較為均一；重力分異作用對(duì)油環(huán)組分影響明顯，重質(zhì)組分沉積至油藏底部，形成了隨縱向深度增加組分梯度差異的油環(huán)。

4.1.2" CO2充注對(duì)油環(huán)體積的影響

模擬CO2充注過程中油環(huán)體積變化規(guī)律，如圖7a所示，CO2充注過程中油環(huán)體積變化分為4個(gè)階段。CO2充注初期，充注摩爾分?jǐn)?shù)小于14.28%，CO2溶解于原油中，原油體積膨脹了7.73%；CO2充注前期，充注摩爾分?jǐn)?shù)為14.28%～33.33%，油環(huán)體積減小幅度達(dá)46.67%，降低速率高達(dá)9.26 cm3/%；CO2充注中期，充注摩爾分?jǐn)?shù)為33.33%～66.67%，油環(huán)體積緩慢減少，減少幅度為13.63%，平均降低速率為0.97 cm3/%；CO2充注后期，累積充注摩爾分?jǐn)?shù)高于66.67%，油環(huán)體積幾乎不再發(fā)生變化。

從圖7b的油環(huán)體積占比可知，CO2充注后期，雖然油環(huán)體積不再發(fā)生變化，但是注入CO2占據(jù)儲(chǔ)層空間壓縮了油環(huán)體積占比，使油環(huán)體積占比呈線性降低，CO2充注摩爾分?jǐn)?shù)每增加10%，儲(chǔ)層中油環(huán)體積占比減少約4.52%。

結(jié)合CO2充注過程中油環(huán)組分變化規(guī)律綜合分析可知：充注前期，CO2的溶解置換和萃取協(xié)同作用，使油相中輕質(zhì)、中間組分減小，油環(huán)體積迅速降低；充注中期，CO2持續(xù)萃取油相中輕質(zhì)、中間組分，由于缺少了CO2對(duì)輕質(zhì)組分的置換，油環(huán)體積減小緩慢，Lobanov等［34］的實(shí)驗(yàn)印證了該現(xiàn)象；當(dāng)充注過量的CO2時(shí)，油氣組分傳質(zhì)停止，物理壓縮效應(yīng)使油環(huán)體積占比成線性降低。

4.2" 基于組分梯度理論預(yù)測(cè)儲(chǔ)層油氣界面深度

溫度和壓力是凝析氣藏形成最重要的控制條件。如圖8所示，臨界溫度（Tc）和臨界凝析溫度（Tf）之間的溫度區(qū)間為凝析溫度區(qū)間，在該溫度區(qū)間內(nèi)：若地層壓力大于等于露點(diǎn)壓力（pf），則為單相氣（為凝析氣藏A1）；若地層壓力小于露點(diǎn)壓力，則為氣、液兩相［35］（為帶油環(huán)的凝析氣藏A2、A3）。當(dāng)溫度小于臨界溫度時(shí)，則為單相油（為油藏A4）。

針對(duì)里貝拉油藏，分別研究了溫度、壓力對(duì)油環(huán)體積影響。如圖9a所示，當(dāng)單獨(dú)考慮溫度時(shí)，溫度與油環(huán)相對(duì)體積負(fù)相關(guān)。設(shè)置溫度為儲(chǔ)層溫度（74.1 ℃），如圖9b所示，隨壓力的增加，CO2先溶解

于油相中，原油相對(duì)體積逐漸增加；當(dāng)壓力達(dá)到最大

反凝析壓力50.0 MPa時(shí)，CO2萃取油相組分，壓力的增加導(dǎo)致油環(huán)相對(duì)體積減小，持續(xù)增加溫度和壓力則會(huì)使油環(huán)消失。

模擬結(jié)果證明油環(huán)體積與溫度、壓力呈強(qiáng)相關(guān)性，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油環(huán)體積，需確定溫度和壓力?；诩y影成像技術(shù)，Khosrokhavar等［36］和Amarasinghe等［37］發(fā)現(xiàn)油氣相互作用主要發(fā)生在交界面附近，因此需要明確里貝拉油藏油氣交界面深度，獲得油氣相互作用的溫度和壓力。

Fujisawa等［38］提出了組分梯度分布理論，若某一深度的飽和壓力等于油藏壓力，則認(rèn)為此深度為油氣接觸面，即油氣相互作用界面。聯(lián)立組分平衡關(guān)系式（式（11））和化學(xué)勢(shì)與逸度的關(guān)系式（式（12）），得到逸度與參考深度關(guān)系式（式（13））：

μi（h）－μi（ho）=Mig（h－h(huán)o）；（11）

dμi=RTdlnfi=RTdln（φixip）；（12）

lnfhi－lnfoi=Mig（h－h(huán)o）RT。（13）

式中：i為組分序號(hào)；μi為i組分的化學(xué)勢(shì)；xi為i組分的摩爾分?jǐn)?shù)，%；fi為i組分逸度；foi為參考深度的i組分逸度；fhi為計(jì)算深度h的i組分逸度；g為重力加速度，m/s2；h為深度，m；ho為參考深度，m；Mi為分子量，g/mol；φi為逸度系數(shù)。

由于油藏是N組分體系，且各組分的摩爾分?jǐn)?shù)之和等于1，因此將式（13）轉(zhuǎn)換為

ln（φhixhiph）－ln（φhoixhoipho）=Mig（h－h(huán)o）RT。（14）

求解式（14），得到壓力和組分隨儲(chǔ)層深度變化的相關(guān)數(shù)據(jù)。

基于Fujisawa組分梯度分布理論［38］，選取里貝拉油藏5 237.3 m組分?jǐn)?shù)據(jù)，使用PVT-sim軟件計(jì)算得到不同深度處的飽和壓力，如圖10所示。對(duì)比油藏壓力得到里貝拉油藏油氣界面深度為5 478.0 m?，F(xiàn)場(chǎng)在深度5 489.6 m處勘探到原油，鉆探結(jié)果驗(yàn)證Fujisawa組分梯度分布理論計(jì)算油氣界面深度較為準(zhǔn)確。

4.3" 高含CO2凝析氣藏油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探數(shù)據(jù)獲得油氣組成的空間分布，結(jié)合CO2充注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明成藏過程中，重力分異使油環(huán)的組分在縱向深度上有較大差異，這導(dǎo)致油環(huán)體積與油相組分難以匹配，無法建立相關(guān)性；然而，油藏氣頂組成均一，因此應(yīng)進(jìn)一步探究CO2充注過程中氣頂組分、氣頂氣油比（GOR）與油相體積的相關(guān)性。

鉆探數(shù)據(jù)顯示里貝拉區(qū)塊氣頂主要成分為CO2和CH4，氣頂GOR綜合表征CO2注入量和油相中輕質(zhì)組分的蒸發(fā)量，基于PR78P狀態(tài)方程，

使用PVT-sim軟件模擬了CO2充注過程中氣頂

CO2、CH4組分摩爾分?jǐn)?shù)和氣頂GOR與油環(huán)體積

的相關(guān)性。如圖11a所示，充注前期，隨氣頂中CO2

摩爾分?jǐn)?shù)的增加，CO2的萃取效應(yīng)使油環(huán)體積占比減小，蒸發(fā)分餾到氣頂中的輕質(zhì)組分減緩了GOR的增加速率；充注后期，由于油氣組分傳質(zhì)停止，注入到氣頂中的CO2使GOR迅速增加；圖11b表明CO2充注過程中，氣頂CH4摩爾分?jǐn)?shù)的變化與油環(huán)體積占比成正比，說明CO2對(duì)油相組分置換、萃取能力強(qiáng)于CH4，氣頂CH4摩爾分?jǐn)?shù)較高時(shí)抑制CO2與油相互作用，油環(huán)體積占比較大。

數(shù)值模擬證實(shí)氣頂氣相組分、GOR與油環(huán)體積占比有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此提出氣頂組分?jǐn)M合匹配的油環(huán)體積預(yù)測(cè)方法。將原油、CO2和溶解氣按一定比例混合，使用PR78P狀態(tài)方程閃蒸計(jì)算得到氣相組分和GOR，調(diào)整油、氣混合比例，直到計(jì)算的氣相組分、GOR與鉆探氣頂組分相同，此時(shí)認(rèn)為計(jì)算的油相體積比即為油環(huán)體積占比。

針對(duì)里貝拉區(qū)塊，調(diào)整初始原油、CO2和CH4的摩爾分?jǐn)?shù)比為27.5∶67.0∶5.5時(shí)，得到氣相組分、GOR與油藏5 255 m深度處氣頂接近相同，計(jì)算得到油環(huán)體積占比為19.21%；室內(nèi)CO2充注實(shí)驗(yàn)得到油相體積占比為20.60%；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)鉆探數(shù)據(jù)顯示4 931 m為氣頂，5 613 m為油底，5 489 m為油氣交界面，計(jì)算油藏油環(huán)體積占比約為22.30%。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)鉆探數(shù)據(jù)，驗(yàn)證使用氣頂組分?jǐn)M合匹配的方法預(yù)測(cè)高含CO2凝析氣藏油環(huán)體積的準(zhǔn)確可靠性。

在此基礎(chǔ)上，基于氣頂組分?jǐn)M合的油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法，針對(duì)里貝拉區(qū)塊油藏，根據(jù)CO2充注過程中，氣相組分、GOR與油環(huán)體積占比變化規(guī)律，使用氣頂組分?jǐn)M合的油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法，擬合得到油環(huán)體積占比經(jīng)驗(yàn)公式：

Voil=－0.046xCO2+0.852xCH4+2.2310－4yGOR 。（15）

式中：Voil為油環(huán)體積占比，%；xCO2為氣頂中CO2組分的摩爾分?jǐn)?shù)，%；xCH4為氣頂中CH4組分的摩爾分?jǐn)?shù)，%；yGOR為氣頂?shù)臍庥捅取?/p>

4.4" CO2充注過程可視化實(shí)驗(yàn)

按照里貝拉區(qū)塊的成藏過程，基于可視化充注實(shí)驗(yàn)，通過PVT筒高清攝像儀觀察CO2充注過程中油、氣相行為的變化特征。分析了CO2充注量對(duì)油環(huán)相行為及體積變化規(guī)律的影響。

CO2注入初期，CO2溶解在原油中，形成單一油相（圖12a）。隨著CO2注入，油氣界面CO2與原油

組分相互作用，CO2溶解置換油相中溶解氣，油氣界面不再明顯，油環(huán)體積迅速減小（圖12b）。CO2注入量繼續(xù)增加，CO2與原油的相互作用更加劇烈，油氣界面過渡帶增加（圖12c）。CO2充注中期，油氣過渡帶中輕質(zhì)組分蒸發(fā)至氣頂，部分中間和重質(zhì)組分析出至液相，油氣界面過渡帶變窄，油氣界面逐漸清晰（圖12d）。CO2充注后期，油氣組分傳質(zhì)幾乎停止，油氣界面過渡帶中的重質(zhì)組分完全析出，過渡帶幾乎消失，出現(xiàn)較為明顯的油氣界面（圖12e）。CO2充注后期，剛注入的超臨界CO2并未直接參與反應(yīng)，其存在PVT筒頂部壓縮了油環(huán)的體積。充注完成后，將PVT筒靜止12 h，觀察到在氣相和輕質(zhì)組分的強(qiáng)對(duì)流效應(yīng)下，后注入超臨界CO2逐漸與氣頂氣混合，形成組分較均一的深棕色氣頂（圖12f）。

完全充注后，按照操作流程，使用PVT程序計(jì)算油環(huán)體積，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明油相體積約占20.60%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果較吻合，驗(yàn)證了本文提出的氣頂氣組分?jǐn)M合油環(huán)體積預(yù)測(cè)方法的準(zhǔn)確可靠性。

5" 結(jié)論

1）成藏后期的CO2充注導(dǎo)致里貝拉凝析氣藏的流體相行為十分復(fù)雜，采用常規(guī)方法進(jìn)行氣藏類型和油環(huán)體積預(yù)測(cè)誤差很大。CO2原油體系間的溶解、置換、萃取和傳質(zhì)的協(xié)同作用促進(jìn)了油氣過渡帶的形成和演化，是造成油環(huán)體積不斷變化的關(guān)鍵。

2）基于不同井深現(xiàn)場(chǎng)勘探數(shù)據(jù)和流體相平衡模擬，發(fā)現(xiàn)高含CO2凝析氣藏的氣頂氣組成均一。油相組分分布主要受重力分異效應(yīng)影響，隨深度增加呈梯度變化。油環(huán)體積大小與氣頂氣組成和氣油比密切相關(guān)。

3）考慮組分傳質(zhì)及重力分異作用，建立了基于氣頂氣組分?jǐn)M合的高含CO2次生凝析氣藏油環(huán)體積預(yù)測(cè)新方法。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘探數(shù)據(jù)及CO2充注可視化實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)里貝拉凝析氣藏油環(huán)體積占比為19.21%～22.30%。為國(guó)內(nèi)外同類凝析氣藏的類型判別和油環(huán)體積大小預(yù)測(cè)提供了新的方法和經(jīng)驗(yàn)。

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