油氣藏流體相態(tài)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方法研究

王軍委

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探測(cè)試公司，北京 100101)

油氣藏流體高壓物性實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯磕M開(kāi)采條件下油氣藏流體的相態(tài)和性質(zhì)變化[1]。對(duì)于衰竭式開(kāi)采油氣藏，隨著油氣藏流體的采出，地層壓力逐漸下降。而開(kāi)采過(guò)程中地層溫度保持不變，因此在衰竭式開(kāi)采期間，決定地層中流體性質(zhì)的主要變量是地層壓力。因此可通過(guò)改變壓力來(lái)實(shí)驗(yàn)?zāi)M開(kāi)采過(guò)程。首先針對(duì)不同類型的油氣藏，以合適的方法取得能代表地層流體的樣品，然后在實(shí)驗(yàn)室模擬各種開(kāi)采過(guò)程，以得到準(zhǔn)確可靠的高壓物性數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是合理開(kāi)發(fā)油氣藏的基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)油氣藏、計(jì)算油氣藏儲(chǔ)量、制訂開(kāi)發(fā)方案和采油工藝均需要這些數(shù)據(jù)。

長(zhǎng)城鉆探測(cè)試公司于2014年從法國(guó)ST公司引進(jìn)全套油氣藏流體相態(tài)(PVT)分析設(shè)備，已在伊拉克成立PVT分析專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，主要用于分析地面分離器和井下取樣(含DST、MDT和PDS)的流體樣品，能夠?qū)崿F(xiàn)等組分膨脹，等體積膨脹，差異分離，露泡點(diǎn)測(cè)定和全組分分析等全套流體相態(tài)分析項(xiàng)目,就設(shè)備而言，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，國(guó)際上也是一流設(shè)備。但伊拉克是高端技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)，目前PVT分析主要被SLB、SGS和 Corelab等國(guó)際化公司占據(jù),與我們的PVT實(shí)驗(yàn)室形成直接競(jìng)爭(zhēng)。由于PVT分析技術(shù)含量高，如何解決我們的伊拉克PVT實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制難題,提高各參數(shù)測(cè)量精度，是建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)PVT實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

1 問(wèn)題的提出

油氣藏流體高壓物性實(shí)驗(yàn)主要是等組分膨脹實(shí)驗(yàn)、差異分離實(shí)驗(yàn)和閃蒸分離實(shí)驗(yàn)，目的是獲取地層流體飽和壓力、相對(duì)體積和Y函數(shù)、壓縮系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、單次氣油比、溶解氣體系數(shù)、體積系數(shù)、體積收縮率、各級(jí)壓力下氣油比、脫出氣的偏差系數(shù)以及油氣雙相體積系數(shù)等。這些高壓物性實(shí)驗(yàn)參數(shù)通過(guò)相態(tài)軟件處理，生成大型數(shù)值模擬軟件所需的參數(shù)格式，進(jìn)行開(kāi)發(fā)方案的編制。但現(xiàn)場(chǎng)卻無(wú)法將這些參數(shù)直接用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)[2]。原因是閃蒸分離得到的高壓物性參數(shù)是從油藏條件直接放空到大氣條件，為一次接觸，許多輕組分并未從油中分離，與實(shí)際油藏開(kāi)發(fā)情況不符。差異分離實(shí)驗(yàn)是6到8次接觸，每級(jí)平衡后將平衡釜保持恒定壓力，排出產(chǎn)生的氣體，輕組分充分從原油中脫出，獲得殘余油組分最重，但同樣和實(shí)際生產(chǎn)情況有差異。

油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，地層原油從井筒流入地面分離器或者儲(chǔ)罐，在這些地面分離設(shè)施中充分平衡，通常會(huì)有1到3級(jí)分離設(shè)施，壓力范圍0.5～2 MPa，和實(shí)驗(yàn)條件差異很大，即使在相態(tài)實(shí)驗(yàn)中增加模擬多級(jí)分離器實(shí)驗(yàn)，也因?yàn)橛筒亻_(kāi)發(fā)是壓力逐漸下降過(guò)程，而模擬實(shí)驗(yàn)是從油藏初始?jí)毫χ苯咏抵练蛛x器壓力，無(wú)法表達(dá)儲(chǔ)層下降后的生產(chǎn)過(guò)程，導(dǎo)致高壓物性實(shí)驗(yàn)獲得的參數(shù)不能直接應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，給現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指導(dǎo)帶來(lái)不便[3]。

2 解釋方法

如何將PVT高壓物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)地面分離設(shè)施結(jié)合起來(lái)，使高壓物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能直接應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，從外文文獻(xiàn)[4]可得到下述公式：

2.1 生產(chǎn)氣油比折算

Rsi=Rsbs(Rsbd·Rsdi)(Bobs/Bobd),i=1……n

(1)

式中，Rsi為各級(jí)壓力下，根據(jù)地面設(shè)施條件，差異分離實(shí)驗(yàn)折算的氣油比；Rsbs為泡點(diǎn)壓力下，模擬地面分離設(shè)施實(shí)驗(yàn)的氣油比；Rsbd為泡點(diǎn)壓力下，差異分離實(shí)驗(yàn)氣油比；Rsdi為各級(jí)壓力下，差異分離氣油比；Bobs為泡點(diǎn)壓力下，模擬地面分離設(shè)施實(shí)驗(yàn)的油相體積系數(shù)；Bobd為泡點(diǎn)壓力下，差異分離實(shí)驗(yàn)的油相體積系數(shù)；為差異分離的實(shí)驗(yàn)步數(shù)。

2.2 油相體積系數(shù)折算

Boi=Bodi(Bobs/Bobd)

(2)

式中，Boi為各級(jí)壓力下，根據(jù)地面設(shè)施條件，差異分離實(shí)驗(yàn)折算的油相體積系數(shù)；Bodi為各級(jí)壓力下，差異分離油相體積系數(shù)。

文獻(xiàn)中并未有該公式的適用范圍，而該公式計(jì)算結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)低壓下存在氣油比為負(fù)值，油相體積系數(shù)小于1，也即低于死油的情況，說(shuō)明該公式并不嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)合上百口井的高壓物性數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)[5]又給出了下述公式：

Rsi=Rsdi(Rsbs/Rsbd)

(3)

Boi=Bobs+[(Bobd-Bodi)/(Bobd-Bodd)]×(Bodd-Bobs)

(4)

式中，Bobs為泡點(diǎn)壓力下，模擬地面分離設(shè)施實(shí)驗(yàn)的油相體積系數(shù)；Bobd為泡點(diǎn)壓力下，差異分離實(shí)驗(yàn)的油相體積系數(shù)；Bodi為各級(jí)壓力下，差異分離的油相體積系數(shù)；：Bodd為最后一級(jí)分離壓力下的油相體積系數(shù)。

文獻(xiàn)[6]也結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行歸納總結(jié)，給出的公式如下：

Rsi=Rsdi(Rsbs/Rsbd)Boi=Bodi(Bobs/Bobd)

上述文獻(xiàn)公式都是在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)回歸得到，未進(jìn)行理論證明或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證，公式不統(tǒng)一；而對(duì)上述情況進(jìn)行驗(yàn)證，未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道，目前各海外油公司在選擇時(shí)3篇文獻(xiàn)方法都有應(yīng)用，而究竟如何選擇并無(wú)理論和實(shí)際依據(jù)。為解決此問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，目的是獲取有實(shí)驗(yàn)支撐的油藏流體PVT數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方法。

3 實(shí)驗(yàn)分析

伊拉克南部油田某井為明確井下流體情況下，在2 796 m用PDS取樣器取樣。初步分析泡點(diǎn)壓力19.4 MPa，樣瓶開(kāi)啟壓力22.6 MPa,樣瓶取樣壓力27.3 MPa，說(shuō)明樣品合格,可進(jìn)行PVT實(shí)驗(yàn)。進(jìn)樣時(shí)確保組分不變，測(cè)得樣品泡點(diǎn)壓力19.7 MPa,氣油比131.9 m3/ m3，油相體積系數(shù)1.363(見(jiàn)表1)。實(shí)驗(yàn)共耗時(shí)2 d，得到了儲(chǔ)層評(píng)價(jià)所需參數(shù)。

對(duì)差異分離數(shù)據(jù)和地面分離器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按照公式(1)～(4)處理，見(jiàn)圖1和圖2。

圖中公式(1)計(jì)算的曲線后半段出現(xiàn)氣油比為負(fù)值，公式(2)計(jì)算的油相體積系數(shù)低于死油，說(shuō)明公式(1)和(2)在低壓下不適合，但還無(wú)法判斷其計(jì)算曲線中段及后半段以及公式(3)和(4)是否準(zhǔn)確？為繼續(xù)評(píng)價(jià)，在11.7，9.0，6.2 MPa壓力點(diǎn)分別進(jìn)行分離器實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法和常規(guī)分離器實(shí)驗(yàn)有所區(qū)別。

表1 差異分離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 氣油比對(duì)比

圖2 油相體積系數(shù)對(duì)比

首先對(duì)井下高壓樣品進(jìn)行前處理和有效性分析，混樣到單相狀態(tài)，然后保持恒溫轉(zhuǎn)樣，減小壓差，保持組分不變，進(jìn)樣后反復(fù)攪拌，保持混樣均勻后實(shí)驗(yàn)，共平行進(jìn)三次樣，分別降壓至11.7，9.0，6.2 MPa，然后進(jìn)行分離器測(cè)試，得到的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，公式(3)預(yù)測(cè)誤差低于5%，公式(4)誤差低于2%，相同情況下公式(1)誤差甚至接近30%，公式(2)誤差超過(guò)3%。所以公式(3)和(4)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為吻合，可作為數(shù)據(jù)處理的方法。高壓相態(tài)實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高，通常在勘探期間評(píng)價(jià)儲(chǔ)層流體時(shí)進(jìn)行，對(duì)油藏流體相態(tài)數(shù)據(jù)方法的研究可延續(xù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，使得儲(chǔ)層壓力下降后的開(kāi)發(fā)階段也能使用勘探期間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，節(jié)約了大量的實(shí)驗(yàn)成本，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的重要性不言而喻。

表2 Ismail-1井分離器實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

(1)閃蒸分離和差異分離實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生產(chǎn)情況有差異，通常地層原油經(jīng)過(guò)井筒流入地面分離器或者儲(chǔ)罐，在這些地面分離設(shè)施中充分平衡，且油藏開(kāi)發(fā)是地層壓力不斷下降的過(guò)程，使得高壓物性實(shí)驗(yàn)難以描述實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，獲得的高壓相態(tài)參數(shù)不能直接應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。

(2)國(guó)外文獻(xiàn)對(duì)高壓相態(tài)實(shí)驗(yàn)直接應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了探討，但公式都是在大量數(shù)據(jù)回歸分析基礎(chǔ)上得到，沒(méi)有理論證明或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證，公式不統(tǒng)一。為此，針對(duì)上述情況進(jìn)行探索和研究，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了飽和壓力以下三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行地面分離器實(shí)驗(yàn)?zāi)M，驗(yàn)證了國(guó)外文獻(xiàn)公式的準(zhǔn)確性和差異性。

(3)公式(3)和(4)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較吻合，可作為數(shù)據(jù)處理的方法。通過(guò)本文研究，選擇正確解釋高壓相態(tài)數(shù)據(jù)方法，在油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)和方案決

策方面起著重要作用。