异常高压气藏天然气偏差系数的确定.pdf

第 3 4卷第 6期 2 0 1 2年 1 1月 石 油 褒 驺沾 届 P ETROLEUM GEOLoGY EXPERI MENT V0 1 ． 3 4． No ． 6 NO V ． ． 2 0 1 2 文章编号 1 0 0 1 6 1 1 2 2 0 1 2 0 6 - 0 6 5 6 0 3 异常高压气藏天然气偏差 系数的确定 李 定 军 中国石油化工股份有限公司 西南油气分公司 勘探开发研究院， 成都6 1 0 0 8 1 摘要 地层条件下 的天然气偏差系数是用来计算气藏储量 的关键数据 。据文 献调研 ， 针对异常 高压气 藏天然气偏 差系数求取 问 题 ， 目前可通过实验测定法 、 图版法 、 解析模 型法来确定 。对现有的各种 方法 的适用范 围进行研究 ， 通过 多种方法的对 比， 结合 新 场气田须四下亚段异常高压气藏偏差系数求取的实例分析， 得出可以采用实验测定法 P V T法 、 高压条件下的图版法、 L X F 解析 模型法求取异常高压气藏 的天然气偏差系数。 关键词 偏差系数 ； 异 常高压 ； 解析模型 ； P V T法 ； 图版法 中图分类号 T E l 3 3 ． 1 文献标识码 A De t e r mi n a t i o n o f g a s d e v i a t i o n f a c t o r f o r a bn o r ma l o v e r p r e s s u r e g a s r e s e r v o i r L i D i n g j u n E x p l o r a t i o nP r o d u c t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e o fS I N O P E C S o u t h w e s t B r a n c h C o m p a n y ， C h e n g d u ， S i c h nan 6 1 0 0 8 1 ， C h i n a Abs t r a c tGa s d e v i a t i o n f a c t o r s i n f o r ma t i o n c o n d i t i o ns a r e t h e c r i t i c a l d a t a t o c a l c u l a t e g a s r e s e r v e s ．As t o a b n o r ma l o v e r p r e s s u r e g a s r e s e rvo i r s ，s e v e r a l me t h o d s s u c h a s e x p e ri me n t a l d e t e r mi n a t i o n，c h a r t a n d a n a l y t i c mo d e l c a n b e u s e d t o d e t e rm i n e g a s d e v i a t i o n f a c t o r s ．A c a s e s t u d y h a s b e e n c a r rie d o u t i n a b n o r ma l o v e r p r e s s u r e g a s r e s e r v o i r i n t h e l o w e r s e c t i o n o f t h e f o u r t h m e m b e r o f t h e X u j i a h e F o r ma t i o n ，t h e X i n c h a n g G a s F i e l d ．I t h a s b e e n c o n c l u de d t h a t i n a b n o rm a l o v e r p r e s s u r e r e s e r v o i r s，g a s de v i a t i o n f a c t o r s c a n b e d e t e r mi n e d b y me a ns o f e x - p e r i me n t a l d e t e r m i n a t i o n P V T ， c h a r t u n d e r h i g h p r e s s u r e a n d L X F a n a l y t i c m o d e 1 ． Ke y wo r d s d e v i a t i o n f a c t o r ；a b n o r ma l o v e r p r e s s u r e ；a n a l y t i c mo d e l ；P VT me t h o d；c h a a 天然气偏差系数又称压缩因子 ， 是指在相同温 度、 压力条件下， 真实气体所占体积与相同量理想 气体所占体积的比值， 反映了实际气体偏离理想气 体状态的程度。天然气的偏差系数随气体组分的 不同及压力和温度的变化而变化 。在低压下 ， 天然 气也密切遵循理想气体定律。但是， 当气体压力上 升， 尤其当气体接近临界温度时， 其真实体积和理 想气体之间就产生很大的偏离， 称之为偏差系数 ， 用符号 z表 示。换 言 之， 某 压力 P和温度 时， n m o l 气体的实际体积除以在相同压力 P和温度 时 n m o l 理想气体的体积之商 ， 即为该天然气 的偏 差系数 1 偏差系数确定方法 天然气偏差系数的确定方法可分为 3 大类， 即 实验 室 直 接 测 定 法 、 查 图 版 法 [ 斯 坦 丁一卡 兹 S t a n d i n g - K a t z 偏差系数图版] 和解析模型法。 1 ． 1 实验 测定 法 [ 1 - 2 ] 实验室内用天然气样测定偏差系数 ， 一般是先 在气藏平均温度下 ． 将取得 的天然气样 品稳定在地 层平均压力下 ， 使其呈单相 的气态 ， 测量该样 品的 体积； 然后 释放 到 标 准 状 态 2 0 ℃ ， 0 ． 1 0 1 3 2 5 M P a ， 使所有组分为气相， 再测量其体积。在标准 状态下， 气体的状态可用理想气体定律表示， 即忽 略偏差系数的影响。由此 ， 根据气体状态方程可推 导出求解气体偏差系数的关系式 一 T s c Pi V 2 8 9 3 ． 2 硒 P J KZ i 5 9 3 ． 一 硒 式中 7 1i 、 P i 、 分别为待测状态下气藏流体的温 度 、 压力和体积 ； z i 为在 和 P i 下气 藏流体 的偏 差系数； T s 、 P 、 分别为标准状态下气藏流体 的温度 、 压力和体积。 该方法是获取凝析气藏 尤其在高压区 气体 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 5 1 7 修订 日期 2 0 1 2 - 0 9 - 2 8 。 作者简介 李 定军 1 9 7 6 一 ， 男 ， 工程师 ， 从事储量研究 和测井评价 。E - ma i l l i d i n g j u n ． x n y q s i n o p e c ． e o m。 基金项 目 国家科技重大专项 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 2 0 0 4 资助。 第 6期 李定军．异常高压气藏天然气偏差系数的确定 6 5 7 偏差系数最为可靠 的方法。但是 目前 国内仅有几 台实验仪器最高工作压力达到 1 5 0 MP a ， 尚不能广 泛进行高压气藏气体偏差系数 的测定 。实验测定 法由于周期长、 成本高 ， 不可能随时随地经常做。 1 ． 2图版法 气体 通 用偏 差 系数 图版 _ 3 是 在 1 9 4 1年 由 S t a n d i n g 和 K a t z 基 于 5 6 0 0个 数据点作 出 的图版 图1 ， 2 ， 这些数据点是采用实验测定法求取的。 拟j t 比； 函 度 乡 ； 至手 ，／ 二l 一 ， 一 ， 袭 一 ， 一 一 一 一 一 一 一 一 ，／ ，／ ， 一 ／ ～ 一 一 ， ／ r／ r - J ／ ／ ／ 1 l ＼ ＼ 1 7 ， 一 r ／ 、 ～ ／ ／ | | h ＼ l 五 ， - - ～ I I．J ／ ／ ／ ／ 1．4 5 ， l | I | 、 人 l ／ ，／ r ／ 7 。 、 | | ＼ 、 l_3 5 一 一 ／ ／ _ ’一 J E| ＼ 、 、 ～ ／ ，／／ ／ ／ ／ ／ ．＼ 、 ＼ ／ ／ ／ ，／／ ／ ／ ／ ／ I | ＼ ／ ／ ，／ ／ ／ ／ ／ ， ／ ～ l -l ／ 。 ／ ／ ／， ／ l l ／ ， ／ ， ／ ／ L ／ ／ 。 ／ ， 2 ，／ ／ ■ r ＼ r 28 3 D 一一 ， 、 1 2 l 3 拟对 比压力 图 1 常用的天然气偏差系数 F i g ． 1 Co mmo n n a t u r a l g a s d e v i a t i o n f a c t o r ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ 。 ／ ／ 瓠 I 对H 温 l 4 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ， l R ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／2 ， 一 一 ， ／ ， ／ ／ ／ ／ ／ ／。 ／ 一 一 ／ ／ ， ／ ／ 一 r ／ ， ／ 一 一 一 ／ ／ ／ ／ 一 一 ／ ／ ／ ， ／ ／ ／ ／ 一 r 一 一 ／ ／ ／ 一 一 ／ 一 ／ r／ 三 三 l／ 多 ； ／ 6 l 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 拟对比压力 图2 高压下的天然气偏差系数 F i g ． 2 Na t u r a l g a s d e v i a t i o n f a c t o r u n d e r o v e r p r e s s u r e 图版法较简单 ， 且能满足大多数工程要求 ， 目前 国 内外 的天然气工程手册 和教材 l 4 都 录用该 方法 计算天然气偏差系数 ， 可 以说是全球通用的方法 。 但其不足之处是用 图版法求取偏差系数 ， 不便 于计 算机应用 ． 因此在实时性要求较强的领域得不到应 用。该方法是根据 天然气 的组分或相对密度求取 临界温度 、 临界压力 ， 再依据温度和压力 ， 得到拟对 比温度 T ． 和拟对 比D p s e u d o r e d u c e d t e m p e r a t u r e 压力 P p s e u d o r e d u c e d p r e s s u r e ， 最后查 图版得 出气体偏差系数 。 1 ． 3 解 析 模型 法 解析模型法适用于计算机编程计算 ， 简单 、 易 求 ， 因而也得到广泛应用。现有的天然气偏差系数 解析模型有很多， 但各模型的适用条件与计算精度 并不特别明确。现对各计算模 型在大气压力 与温 度范围内的计算精度进行 比较 ， 确定其适用条件。 目前常用的气体偏差系数解析模型有 1 ． 3 ． 1 H a l l Y a r b o r o u g h H Y 解析模型l 1 1 9 7 4年 ， 霍尔一雅布洛 H a l l Y a r b o r o u g h 应用 斯塔林一卡尔纳汉 S t a r l i n g C a r n a h a n 状态方程拟 合 S t a n d i n g K a t z 图版得到 H Y解析模型。该模型在 求解 时 需要 应 用 牛顿 迭 代 法 ， 适用于 1 ． 2 ≤ ≤ 3 ． 0， 0．1≤ 尸。 ≤2 4． 0。 1 ． 3 ． 2 D r a n c h u k A b u K a s s e m D A K 解析模型 I _ 1 9 7 5年 由 D r a n c h u k 、 A b u和 K a s s e m应用 S t a r l i n g C a r n a h a n状态方程拟合 S t a n d i n g K a t z图版得 到 D A K解析模型， 适用于 1 ． 0 ≤ ≤3 ． 0 ， 0 ． 2 ≤P ≤ 2 0 ． 0的情况 。该模型在常压条件下的计算结果与 实际情况符合较好 ； 在高压条件下 ， 尤其是超高压 、 中低温条件下 P 。 ≥2 0 ， ≤1 ． 4 ， 计算结果存在 较大误差 1 ． 3 ． 3 D r a n c h u k P u r v i s R o b i n s o n解析 模 型l 1 2 ] 德兰丘克一布尔维斯一罗宾逊 D r a n c h u k P u r v i s R o b i n s o n 方法简称 D P R方法 ， 是 目前使用较普遍 的方法。该模 型是 1 9 7 4年 由 D r a n c h u k 、 P u r v i s和 R o b i n s o n应用 S t a r l i n g H a n修正的 B WR状态方程 拟合 S t a n d i n g K a t z气体偏差系数图版得到． 适用 于 1 ． 0 5 ≤T p ≤3 ． 0 ， 0 ． 2 ≤P 。 ≤3的情况。 1 ． 3 ． 4 L X F解析 模 型l 1 L X F解析模型是 由中国石油大学李相方教授 基于 S t a n d i n g K a t z 气体偏差系数 图版拟合的解析 模型。适 用 于 1 ． 0 5≤T ≤3 ． ， 且拟 对 比压力在o 0 8 ≤P 。 ≤1 5和 1 5 ≤P ≤3 0分为 2套模型 ， 由于模 型中涉及 到的只是 多项式计算 ． 不必进行迭代计 算， 整个偏差系数计算过程简单， 使用方便。 ” “ “ 裁 蜊 蛞 6 5 8 石 油 寥 铭 弛 届 第 3 4卷 在大范围温度压力条件下对上述解析模型进 行对比研究得 出 在不同压力下偏差系数的计算误 差的对 比分析． H Y模 型在任何压力下误差相对较 大， 在高压情况下 ， L X F模型误差最小 。 但在中低压 力下 L X F的误差最大 ． 而其他模 型相对 而言误差 较小 ； 在不同拟对 比压力 、 拟对 比温度下偏差系数 的计算 误差 比较 ， 当拟 对 比压力 P 8时， 采 用 L X F模型的误差最小 ， 当 P 8时， D A K模型 的误 差最小 ， 但 当 1 ． 4时 ， D A K模型的计算误差较 大 ， 此时在 中等压力 3≤P 8 条件下采用 L X F 模型计算精度相对较高， 在低压 P 。 3 条件下采 用 D P R模型计算精度相对较高。 综合上述分析， 异常高压气藏天然气偏差系数 可以采用实验测定法、 高压下气体偏差系数图版和 L X F解析模型来求取。 2 实例分析 新场 气 田须 四气 藏 原 始 地 层压力为 1 ． 7 2 ． 1 6 MP a ， 说明须四气藏也属异常高压气藏。 须四下 亚段气藏中部压力为 7 4 ． 9 7 1 MP a ． 气藏中部温度为 1 0 9 ． 9 c 【 。采用实验测定法、 高压下气体偏差系数 图版和 L X F解析模型分别求取天然气偏差系数。 实验测定法 新场气 田 X C 2 8井的 P V T实验数 据是采用法国制造的s T相态分析仪 额定最高工 作压力 1 5 0 MP a 、 温度 2 5 0℃ 在高温高压条件下 进行的测定。实验室分别测定 了温度在 4 0 ， 6 0 ， 8 0 ， 9 8 ， 1 0 7 ． 3℃ 对应的拟对比温度分别为 1 ． 6 ， 1 ． 7 ， 1 ． 8 ， 1 ． 9 ， 1 ． 9 4 条件下， 压力范围在 1 2 ． 0 1 8～1 0 0 ． 4 3 MP a 之间 对应的拟对 比压力在 2 ． 6 0～ 2 1 ． 7 5之间 的一 系列实验数据。拟对 比压力、 拟对比温度及偏差系数 之间的关系如图 3所示， 对该数据研究表明， 高压条 件下， 偏差系数与压力 拟对 比压力 呈很好的线性关 系[ 1 6 - 1 7 1 ． 可采用中高压力下的实验结果直线外推求出 超高条件下的气体偏差系数。由图 3求得须四下亚 段偏差系数为 1 ． 3 8 5 。 图版法 新场气 田须四下亚段有较多的天然气 组分资料 。 依据天然气组分求得天然气拟对比压力 为 1 6 ． 1 6 ， 拟对 比温度为 1 ． 9 6 。采用图版法 图 2 查得须四下亚段天然气偏差系数为 1 ． 4 3 2 。 L X F法 按照天然气拟对 比压力为 1 6 ． 1 6 ， 拟 对 比温度为 1 ． 9 6 。 采用李相方高压条件下计算偏 差系数的计算公式[ 1 3 - 1 5 ] 进行计算 ， 须 四下亚段 的 偏差系数为 1 ． 4 4 8 。 表 1表明， 实验测定法 、 图版法和 L X F方法得 到须四下亚段气藏天然气偏差系数基本一致 ， 取值 图3 新场气田须四下亚段气藏 P V T实验数据 拟对 比压 力 、 拟对 比温度与偏差因子变化曲线 F i g ． 3 P s e u d o - r e d u c e d p r e s s u r e ，p s e u d o r e d u c e d t e m p e r a t u r e ， d e v i a ti o n f a c t o r c h a n g e c u r v e s o f P V T e x p e r i me n t a l d a t a ． 1 o w e r s e c t i o n o f 4 t h m e m b e r o f X u j i a h e F o r m a t i o n ， X i n c h ang G a s F i e l d 表 1 新场气 田须 四下亚段气藏偏差 系数取值对 比 Ta b l e 1 Co mp a r i s o n o f d e v i a t i o n f a t o r b e t we e n d i f f e r e n t m e t h o d s ， l o we r s e c t i o n o f 4 t h me mb e r 0 f Xu j i a h e F o r ma t i o n 。 X i n c h a n g Ga s F i e l d 在 1 ． 3 9 51 ． 4 4 8之间． 绝对误差在一 0 ． 0 4 7～ 0 ． 0 1 6 之间． 相对误差在 一 3 ． 2 8 ％ ～1 ． 1 2 ％之 间， 误差相 对较小 。其 中实验室测定法取得的偏差 系数相对 最小， 不排除与所取样品气体组分、 临界温度、 临界 压力、 露点压力等因素的随机性有关。图版法与实 验室测定法的结果基本一致 ， 说明图版法在异常高 压气藏是适用 的。L X F是以图版法为基础 的数学 方法 ， 其结果和图版法基本一致 。 间接 由实验测定 法证实其在异常高压气藏求取 天然气偏差 系数 中 是可行的。因该方法适用于计算机编程 ， 建议在油 气 田开发 中广泛推广 。 实现异常高压气藏天然气偏 差系数的实时求取 。 3 结论与建议 1 对 于异 常高压气 藏可 以采用 实验 测试法 P V T 、 高压条件下 的偏 差系数 图版法 以及 L X F 解析模型法。 2 在高压条件下 ， 偏差 系数与压力呈很好 的 线性关系 。 可以采用中高压力的实验数据直线外推 求取高压和超高压条件下的天然气偏差系数。 3 建议 L X F解析模型法在异常高压气藏 中推 广应用 ， 特别是在气藏动态分析中的应用。 参考文献 [ 1 ] 杨通佑， 范尚炯， 陈元千， 等． 石油及天然气储量计算方法[ M ] ． 2版． 北 京 石油工业 出版杜 ， 1 9 9 8 ． 下转第 6 6 3页 第 6期 许锦， 等．数理统计应用于示踪原油运移趋势的探索以塔河油田奥陶系原油为例 6 6 3 [ 8 ] [ 9 ] [ 1 O ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5] 业 出版社 ， 1 9 9 9 1 4 8 -1 5 1 ． 姜林 ， 薄冬梅 ， 柳 少波 ， 等． 天然气二次运 移组分变化 机理研 究 [ J ] ． 石油实验地质 ， 2 0 1 0 ， 3 2 6 5 7 8 5 8 2 ． 闫建钊 ， 罗 晓容 ， 张立宽 ， 等 ． 原油二次运 移过程 中的逾 渗主 脊实验研究[ J ] ． 石油实验地质， 2 0 1 2 ， 3 4 1 9 9 1 0 3 ． 刘洛夫 ． 康永 尚． 运用原油吡咯类含氮化合物研究塔里木盆地 塔中地区石油的二次运移[ J ] ． 地球化学， 1 9 9 8 ， 2 7 5 4 7 5 - 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