水溶氣影響氣田開采的實(shí)驗(yàn)研究

沈羞月 郭平

(西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500)

水溶氣是指在一定條件下地下水中溶解的天然氣。通常天然氣以被溶解的方式富集于地下儲水層中，當(dāng)?shù)叵滤徊杉降乇砗?，溶解在水中的天然氣將會因水溶氣飽和度的降低而從水中析出，與常規(guī)天然氣一樣成為可利用的工業(yè)燃料或原料。

全世界水溶氣資源豐富，美國、意大利、匈牙利、菲律賓、伊朗和日本等國家都發(fā)現(xiàn)有水溶氣藏［1］。科爾欽施坦金H B的研究認(rèn)為，含油氣盆地中地層水溶解的天然氣資源量為33837×1012m3。據(jù)洛瓦西湟姆基估算，世界水溶性天然氣資源量比常規(guī)天然氣的總儲量高出十至上百倍［1－3］。

影響水溶氣溶解度的因素主要有礦化度、溫度、壓力和天然氣組成［4－5］。礦化度越低，溶解氣量越多［6］。海洋水礦化度相對于陸上低，水溶溶解氣量也相對較高，為8～10 m3m3。荔灣3－1氣田位于中國南海，地層水礦化度相對較低，地層水中含有大量水溶氣。研究水溶氣對氣田開采的影響，具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

衰竭實(shí)驗(yàn)是在長巖心驅(qū)替裝置上完成，分為兩組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組合方式如表1所示，實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。此套流程主要由水體、注入泵系統(tǒng)、長巖心夾持器、回壓調(diào)節(jié)器、壓差表、控溫系統(tǒng)、液體餾分收集器、氣量計(jì)和氣相色譜儀組成。其中1 m的三軸長巖心夾持器是長巖心驅(qū)替裝置中的關(guān)鍵部分，主要由長巖心外筒、膠皮套和軸向連接器組成。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

表1 實(shí)驗(yàn)組合方式

1.2 凝析氣樣品準(zhǔn)備

凝析氣根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SYT5543—2002“凝析氣藏流體物性分析方法”，采用現(xiàn)場取得流體樣品，在地層溫度下，按露點(diǎn)壓力配制凝析氣樣品，樣品基本參數(shù)見表2。

表2 凝析氣樣品基本參數(shù)

SAND1、SAND2和SAND3層流體性質(zhì)相差不大，采用樣品A進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。SAND4層采用樣品B進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1.3 水樣準(zhǔn)備

LW3－1地區(qū)的地層水為氯化鈣型，由于各層地層水性質(zhì)差異不大，4層巖心采用相同的地層水，實(shí)驗(yàn)中按LW3－1－1井所鉆的SAND3層所取的地層水進(jìn)行配制。具體地層水?dāng)?shù)據(jù)如表3所示。

表3 地層水性質(zhì)分析

本次實(shí)驗(yàn)考慮水體中飽和凝析氣，按照表1中的水體數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備相同體積的中間容器待用，先在實(shí)驗(yàn)溫度和壓力下將中間容器飽和水樣，再向中間容器中加入凝析氣樣品，充分?jǐn)嚢韬螅鰵馊芙庠谒畼又?，至此水樣?zhǔn)備完畢，將飽和凝析氣的水樣保持實(shí)驗(yàn)所需的溫度和壓力待用。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)準(zhǔn)備凝析氣樣和儀器。安裝好長巖心夾持器，對儀器進(jìn)行校正，清洗和吹干，試溫和試壓，然后抽空待用，并將其恒溫到實(shí)驗(yàn)所要求的值。SAND1、SAND2和SAND3層的實(shí)驗(yàn)溫度為106.6℃，SAND4層的實(shí)驗(yàn)溫度為108.9℃。

(2)建立束縛水。在低壓下飽和定量的地層水，然后靜止24 h，使地層水在長巖心中蒸發(fā)，均勻分布于長巖心中。

(3)建立系統(tǒng)壓力。先在實(shí)驗(yàn)溫度和壓力條件下飽和分離氣，建立起系統(tǒng)壓力。其中 SAND1、SAND2和SAND3層的實(shí)驗(yàn)溫度為106.6℃，系統(tǒng)壓力為32.97MPa，SAND4層的實(shí)驗(yàn)溫度為108.9 ℃，系統(tǒng)壓力為35.818 MPa。

(4)凝析氣的飽和驅(qū)替。用配制好的凝析氣樣品，數(shù)倍于孔隙體積的量進(jìn)行驅(qū)替，置換出分離氣。當(dāng)出口端的氣體組成與驅(qū)替氣的組成一致，且出口端氣油比與凝析氣樣品基本一致時，凝析氣樣品飽和成功，則停止飽和凝析氣驅(qū)替過程。

(5)連通水體與長巖心。打開水體與長巖心連通的閥門，連通水體與長巖心，待二者壓力穩(wěn)定后進(jìn)行衰竭實(shí)驗(yàn)。

(6)衰竭實(shí)驗(yàn)。在長巖心內(nèi)從地層壓力開始進(jìn)行衰竭實(shí)驗(yàn)研究，采出流體在冰水混合物條件下分離為氣樣、水樣和凝析油樣，用玻璃瓶收集凝析油和水并稱重，采出氣量用全自動氣量計(jì)計(jì)量，油樣和水樣在油水界面分離后分別計(jì)量。衰竭到廢棄壓力8MPa后，再將巖心中的壓力逐步降至0，以驗(yàn)證儲量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了與常規(guī)分析計(jì)算的凝析油和氣采收率(未考慮水中溶解氣量的影響)進(jìn)行對比，在考慮水中溶解氣量影響時，天然氣總儲量是巖心中實(shí)際儲量和水中溶解氣量之和，而凝析油總儲量是天然氣總儲量按儲量氣油比推算而得，水中溶解氣為烴類干氣不含凝析油，因此，計(jì)算出的氣和凝析油采收率分母均變大。相對于巖心中油氣儲量而言，計(jì)算出的氣和凝析油采收率將減小，減小幅度將隨水體的增加(水體中溶解的氣量將變大)而增大。

2.1 SAND1、SAND2、SAND3 層三層合采衰竭實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

SAND1、SAND2、SAND3凝析油采收率和氣采收率對比如圖2和圖3所示。圖中“不考慮水體中氣”是指天然氣中去除了水體中的氣而得到相對于巖心天然氣儲量下的采收率，油采收率則只考慮了相對巖心凝析油儲量?！翱紤]水體中氣”是指油氣儲量中均含有溶解氣。

由于水體中飽和了氣體，對采收率有一定影響。SAND3層的水體倍數(shù)為17倍，水體較大，水中溶解總氣量較大。因此，計(jì)算未考慮水體影響的氣采收率和凝析油采收率明顯大于其他兩層。

2.2 SAND4層單層衰竭實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

SAND4層凝析油采收率和氣采收率對比如圖4和圖5所示。

圖2 三層合采凝析油采收率對比

圖3 三層合采氣采收率對比

由圖4和圖5可知，由于SAND4層水體體積較大，達(dá)到2575 mL，因此，水體中含有的氣量較多，在總氣量中所占比例較大，造成理論上氣的采收率較大。即“不考慮水體中氣”的氣采收率較大，已超過100%，達(dá)到180%左右，而實(shí)際上氣的采收率不能大于100%，因此在計(jì)算氣的采收率時應(yīng)該考慮水體中氣的影響。

圖5 單層氣采收率對比

3 結(jié)語

(1)與氣田相連的地層水中含有大量的水溶氣，特別是水體倍數(shù)較大時，水溶氣的儲量就會很大。

(2)在氣藏開采過程中，水中溶解氣會釋放出來，大大提高氣體采收率。

［1］張子樞.水溶氣淺談［J］.天然氣地球科學(xué)，1995，6(6):29－34.

［2］Batino R.The Ostwald Coefficient of Gas Solubility［J］.Fluid Phase Equilibria，1984，15(3):231 －240.

［3］周文，陳文玲，鄧虎成，等.世界水溶氣資源分布、現(xiàn)狀及問題［J］.礦物巖石，2011，31(2):73－78.

［4］王雪吾，劉濟(jì)民.我國水溶性天然氣資源分析與預(yù)測［J］.天然氣工業(yè)，1994，14(4):18 －215.

［5］Dhima A，De Hemptinne J C，Moracchini G.Solubility of Light Hydrocarbons and their Mixtures in Pure Water under High Pressure［J］.Fluid Phase Equilibria，1998，145(1):129－150.

［6］Tang X L，Jiang Z X，LI F G，et al.Solubility Measurement of Natural Gas in Reservoir Formation Water under(333.2 to 392.2)K and(15.0 to 43.6)MPa［J］.Journal of Chemical and Engineering Data，2011，56(4):1025－1029.