川东北高含硫气田天然气偏差系数变化规律.pdf

第 3 1 卷 第 2期 2 0 0 9年 4月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LL I NG PR0DUCTI ON TECHNOLOGY V0 1 ． 31 No ． 2 Ap r ．2 00 9 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 0 9 0 2 0 0 6 1 ～0 4 川 东北 高含硫 气 田天然气 偏差 系数变化规律 邓大伟 卢立泽 刘 华 彭鑫岭 中国石油大学 ， 北京1 0 2 2 4 9 摘要 为解决高合硫气田气体偏差系数计算公式所需基础数据较多、 计算过程复杂、 可靠性差等问题 ， 对川东北地区高含 硫气田具有代表性的5口气井共9个层段的实际气样进行 了高压物性测试， 得到了不同温度和压力下的偏差系数， 并对实验结 果进行了分析； 选用常用的偏差 系数经验公式进行 了对比计算， 评价了经验公式对川东北高含硫气田的适应程度。结果表明 川 东北高含硫 气田原 始条件 下的气体偏 差 系数与气井深度正相 关；当压力大于 3 0 MP a时， 高含硫 气田偏差 系数 与压 力成 线性 关系； 与实验结果对比， DA K计算模型平均相对误差最小， HY计算模型平均相对误差最大。 关键词 酸性气体 ； 压缩系数； 临界温度； 临界压力； 川东北地区气田 中图分类号 T E 3 2 文献标识码 A The c h a n ge l a w o f g a s de v i a t i o n f a c t o r s o f hi g h s ul f ur g a s fie l ds i n No r t he a s t e r n S i c h ua n D E N G Da w e i ， L U L i z e ， L I U H u a ， P E N G X i n l i n g C h i n aUn i v e r s i t yo fP e t r o l e u m， B e ij i n g1 0 2 2 4 9 ， C h ／ na Ab s t r a c t At p r e s e n t ， t h e r e a r e t o o mu c h b a s i c d a t a f o r t h e c a l c u l a t i o n f o r mu l a o f g a s d e v i a t i o n f a c t o r s o f h i g h s u l f u r g a s fie l d s ， a l s o the c a l c u l a t i n g p r o c e s s i s t o o c o mp l i c a t e d wi th l o w r e l i a b i l i t y ． T h r o u g h the h i g h -p r e s s u r e p r o p e r t y t e s t o f a c t u a l g a s s a mp l e o f n i n e me m- - b e r s o f fi v e r e p r e s e n tat i v e g a s we l l s i n the h i g h s u l f u r g a s fie l d s i n n o r t h e a s t e r n S i c h u a n ， d e v i a t i o n f a c t o r s u n d e r d i ffe r e n t t e mp e r a t u r e a n d p r e s s ur e a r e o b tai n e d ． Ex p e r i me n tal r e s u l t s a r e a n a l y z e d ． Co mp a r a t i v e c a l c u l a t i o n i s c o n d u c t e d b y u s i n g the c o mm o n l y u s e d e mp i ric a l f o rm u l a o f d e v i ati o n f a c t o r s ． T h e a d a p t d e g r e e o f t h e e mp i ric a l f o rm u l a t o the h i g h s u ff u r g a s fie l d s i n n o r t h e a s t e r n S i c h u a n i s e v a l u a t e d ． Re s u l t s s h o w t h a t t h e t h e r e i s p o s i t i v e c o r r e l a t i o n b e t we e n the g a s d e v i a ti o n f a c t o r an d t h e g a s we l l d e p th u n d e r o ri g i n a l c o n d i t i o n s o f the h i gh s u l f u r g a s fi e l d s ． Wh e n th e p r e s s ure i s h i g h e r than 3 0 MP a ． t h e r e i s l i n e a r r e l a t i o n s h i p b e twe e n the d e v i a t i o n f a c t o r and the p r e s s u r e ． Co mp are d Wj t b t h e e x p e r i me n tal r e s u l t ， t h e a v e r a g e r e l a t i v e e rro r o f DAK mo d e l i s r e l a t i v e l y s ma l l ， wh i l e t h a t o f HY mo d e l i s b i g ． Ke y wo r d s a c i d i c g a s ； c o mp r e s s i b i l i t y c o e ffi c i e n t ； c r i t i c a l t e mp e r a t u r e ； c rit i c a l p r e s s u r e ； g a s fi e l d s i n n o r t h e a s t e rn S i c h u a n 天然气高压物性参数是计算储量的重要依据， 而气体偏差系数是高压物性 中最关键的参数之一 ， 目前主要通过图版法 、 经验公式法、 状态方程法和实 验法等 4 种方法求取。在上述方法中， 基于状态方程 的气体偏差系数计算公式所需基础数据较多， 计算 过程复杂 ， 可靠性差。经验公式法和图版法在一定 的 地区可能有较好的适用性， 但对某些体系和异常压 力系统存在较大误差， 且现有的天然气偏差系数计 算模型的适用条件与计算精度并不特别明确 。由于 天然气成分异常复杂， 对真实的天然气体系， 实验测 试方法无疑是最可靠的方法。川东北高含硫气田天 然气属于高含 s 、 中含 C O ， 过成熟干气。对高含硫 气 田天然气偏差系数的确定， 目前文献报道较少。笔 者对地层条件下 的气体偏差 系数进行 了实验测定， 结合常用的偏差系数经验公式进行了对比计算， 评 价了模型对川东北高含硫气 田的适应程度。 作者简介 邓大伟， 1 9 7 4 年 生。 中国石 油大学 北京 石油与天然气开发专业2 0 0 6 级在读博士生。电话 1 3 3 0 7 1 8 7 0 2 6 ， E m a i l l l z s o h u ．t o m， wh b l y 1 6 3 ． t o m。 6 2 石 油钻采工艺2 0 0 9年 4月 第 3 1 卷 第 2期 l 天然气偏差 系数实验测定 Ex p e r i me n t a l me n s u r a tio n o f g a s de v i a t i o n f a c t o r s 1 ． 1 实验测试标准 T e s t i ng c r i t e r i o n 按照中华人 民共和国石油天然气行业标准 天然气藏流体物性分析方法 ， 对川东北地 区高含硫 气 田实际气样进行了偏差系数测试。针对川东北地 区高含硫气 田具有代表性的 P气藏 、 D气藏、 M 气藏 5口气井 的 7个层段 ， 对 9 6 ～ 1 3 7 o C温度范 围、 8 - - 6 5 MP a 压力范围进行了偏差系数实验测试。气井的基 本参数见表 1 。气井的组分分析见表 2 。 表 1 川东北高含硫气田有代表性的 5口气井基本参数 T a b l e 1 Ba s i c p a r a me t e r s o f fi v e r e p r e s e n t a t i v e g a s we l l i n t h e h i g h s u l f u r g a s fi e l d s i n n o r t h e a s t e rn S i c h u a n 表 2 川东北高含硫气田有代表性的 3口气井天然气组分分析 T a b l e 2 Na mr a l g a s c o mp o n e n t s a n a l y s i s o f t h r e e r e p r e s e n t a t i v e g a s we l l i n t h e h i g h s u l f u r g a s fi e l d s i n n o r t h e a s t e r n S i c h u a n 1 ． 2 实验测试 结 果 Test i ngr e s ul t 选 取 了川 东北高 含硫气 田 P气藏 P 7和 P 9气 井不 同层段的气样 ， 进行 了偏差系数实验测试。P 7 井偏 差系数 的实验 温度 为地层温度 1 2 8 ． 9 o C， 压力 测 试 范 围为 6 ～ 5 6 ． 1 5 MP a ； P 9井 包 含飞 仙关 段 压 裂前后 的气样 以及长兴组的气样 ， 长兴组 的实验温 度 为地 层温度 1 3 8 o C， 压力 6 ～ 5 8 ． 0 7 MP a ；飞仙关 组压裂前后的温度都为地层温度 1 3 7℃， 压力范围 8 ～ 5 6 ． 7 7 MP a 。偏差系数随实验压力 的变化 曲线见 图 1 。由图 1 可以看出， P气藏偏差系数随压力降低 呈现先降低后升高的趋势， 在 1 8 MP a 左右时偏差 系数最小。 选取川东北 D气藏 D1 和 D 2 气井不 同层段 气样进行 了偏差系数实验测试 。D1 井偏差系数实 验温度 为 1 1 6 ． 6℃， 压力测试范围为 8 ～ 6 1 ．0 4 MP a ； D2井 实 验 温度 为 1 0 6℃， 压 力 测 试 范 围 8 ～ 5 2 ．4 6 压 力／ MP a 图 1 P气藏不 同气井在 不同温度压 力下的偏差 系数测试结果 F i g ． 1 T e s t i n g r e s u l t o f P g a s r e s e r v o i r d e v i a t i o n f a c t o r s a t d i ffe r e n t t e mp e r a t u r e i n d i ffe r e n t g a s we l l MP a 。偏差系数随实验压力的变化曲线见 图 2 。由 图 2可以看出 D1 、 D 2两 口气井 的偏差系数非常接 近； D气藏偏差系数随压力降低呈现先降低后升高 的趋势， 在 2 0 MP a 左右时偏差系数最小。 选取了 M 气藏 M6井不同层段 的气样进行偏差 系数实验测试。M6 井偏差系数实验温度为 9 6℃， 邓大伟等 川东北高含硫气田天然气偏差系数 变化规律 6 3 图 2 D 气藏不 同气井在不 同温度压力 下的偏差 系数 测试结果 F i g ． 2 T e s t i n g r e s u l t o f D g a s r e s e r v o i r d e v i a t i o n f a c t o r s a t d i ffe r e n t t e mp e r a t u r e i n d i ffe r e n t g a s we l l 测试压力范 围为 8 ～ 4 9 ． 4 3 MP a 。偏差 系数 随实验压 力的变化 曲线见 图 3 。由图 3可 以看 出 P气藏偏 差系数随压力降低呈现先降低后升高的趋势 ， 在 1 8 MP a 左右时偏 差系数最小 ； M6井飞仙关组一 、 二段 气体偏差系数小于飞仙关组三 、 四段气体偏差系数 ； 飞仙关一 、 二段第 1 次试气 和第 2 次试气 时的偏差 系数基本一致。 垛 堡 图 3 M6井偏 差 系数 测 试 结 果 F i g ． 3 T e s t i n g r e s u l t o f d e v i a t i o n f a c t o r s i n M 6 we l l 1 ． 3实验结果分析 Re s u l t a n a l y s i s 1 偏差系数与酸性气体含量的关系。由偏差系 数实验曲线可 以看 出 高含硫酸性气藏天然气偏差 系数随温度压力变化 的趋势与常规天然气类似。但 由于酸性气 体的存在 ， 相 同温度压力下的偏差系数 比常规天然气小 。从 图 2可 以看 出由于 D1 井酸 性气体 的含量要高于 D2井 ， 实验测试得到 D1 井的 偏差系数大于 D 2井 。同时从其他井的实验数据也 验证 了此规律。 进一步分析可 以发现 由于硫化氢的临界温度 为 1 0 1 ． 5℃， 临界压力为 8 ． 8 9 MP a ； 二氧化碳的临界 温度为 3 1 ． 1℃， 临界压力为 7 - 3 1 MP a ； 而 甲烷 的临 界温度为 一8 2 ． 6 5 o C； 临界压力为 4 ． 5 8 MP a ； 乙烷的 临界温度为 3 2 ． 0 5℃， 临界压力为 4 ． 8 2 MP a 。由于酸 性气体的临界温度和临界压力较高， 因此根据天然 气组分计算得到的拟 临界压力和温度也较高 ， 则 酸 性气体的拟对 比压力和拟对 比温度较低 ， 从 而使得 偏差系数偏小。 酸I生气体组分越多 ， 偏差系数就越小。 2 偏差 系数与深度的关系。图 4为川东北高含 硫气 田 P气藏 、 D气藏 、 M 气藏气井深度与原始条件 气体偏差系数关系。结果表明 原始条件下的气体 偏差 系数与气井深度正相关 ， 即偏差 系数与构造部 位关系密切， 高部位偏差系数低， 低部位偏差系数高。 井深／ m 图 4 气井深度 与原始条件 气体偏 差 系数 关 系 F i g ． 4 Re l a t i o n b e t we e n t h e g a s d e v i a t i o n f a c t o r a n d t h e ga s we l l de pt h 3 较高压力下偏差系数与压力的线性关系。从 图 1 ． 3可 以看 出 ， 当压力高 于 2 5 MP a 时 ， 偏差 系数 与压力有较好的线性关 系。根据实验结果 ， 取压力 值大于 3 0 MP a以上的实验数据做 图并线性 回归 ， 其 相关系数非常好 ， 见表 3 。 表 3 实测气体偏差系数与压力的回归关系式 3 0 MP a以上 T a b l e 3 Re g r e s s i o n r e l a t i o n b e tw e e n t h e r e a l g a s d e v i a t i o n f a c t o r a n d p r e s s u r e 气藏井号 层位 线性 回归公式 相 关 系数 综合上述认 为 川东北地 区高含硫气 田偏差系 数受气体组分和地层温度、 压力影响， 其中受酸性气 体组分影响最大； 气体偏差系数与构造部位关系密 切， 高部位偏差系数低， 低部位偏差系数高； 当压力 大于 3 0 MP a 时 ， 偏差系数与压力成较好的线性关系。 2 偏差系数模型计算结果对比 Re s u l t c o nt r a s t o f d e v i a t i o n f a c t o r mo de l s 直 接 计算 天然 气 偏差 系数 的经验 公式 很 多， 石油钻采工艺 2 0 0 9年 4月 第 3 1 卷 第 2期 其 中最 常 用 的 方 法 主要 有 Dr a n c h u k A b i r - Ka s s e m 法 DAK 、 H a n k i n s o n ． T h o ma s P h i l l i p s 方 法 HT P 、 Dr a n c h u k - P u r v i s ． Ro b i n s o n方法 D P R 、 Ha l l Y a r b o u g h 方法 HY 模型和 L XF解析模型等。上述方法 中， 大部分方法主要适用于低压条件下的天然气偏差系 数计算。其 中 D AK模型采用牛顿迭代法求解 ， 相对 现有的其他模型 ， 该模型的计算精度较高。同时选 用适合一般高压环境下 的 DP R和 H Y模 型进行 了 对比计算。 选取 川东北 高含 硫气 田 D2井 的实验 数据 与 D AK模型计算值进行对 比， 结果见图 5 。从图 5可 以看出 实验值与 D AK模型计算值基本一致 ， 模型 计算值稍大于实验值。从偏差系数数据看 ， 9 6 ％ 以 上的数据相对误差小于 3 ％， 9 4 ％ 以上的数据相对误 差小于 2 ％， 表明该方法预测精度较高。 垛 糕 堡 图 5 D2井偏 差 系数计算对 比图 Fi g ． 5 Re s u l t c o n t r a s t o f d e v i a t i o n f a c t o r o f D2 we l l 选取川东北高含硫气 田 P 9井长兴组的实验数 据与 D AK模型计算值进行对 比。从计算结果可 以 看 出 实验值与 DA K模型计算值基本一致 ， 模型计 算值小于实验值。 选取川东北高含硫气 田D1 井 ， 用常用 的 D P R、 HY模型与实验值进行对 比， 可 以看 出 DP R和 HY 模型计算的偏差系数值 比较接近 ， 但都小于实验值 ， 且随压力增加 ， 实验值与模型计算值的差值也越大。 计算各模型相对于实验测得偏差系数的平均相 对误差公式 1 l 7 7 I 1 0 0 ％ N L 『z 式 中 为平均相对误差； N为数据点数 ； Z为实 验测定偏差系数； 为模型计算所得偏差系数。 根 据 实 验 数 据 和 模 型 计 算 数 据 可得 D1 井 DP R模 型平均相对误差 为 1 ． 9 3 ， HY模型平均相对 误差为 2 ． 1 1 ； P 9井 D AK模型平均相对误差为 1 ． 6 0 ； D2井 D A K模型平均相对误差为 0 ． 9 3 。 3 结论 Co n c l u s i o n s 1 川东北地区高含硫气藏是研究酸性天然气藏 开发参数的天然场所， 选择具有代表性的高含硫气 藏气样进行偏差系数测试实验， 探讨酸性气体含量、 温度 、 压力等对天然气偏差系数 的影响， 对类似天然 气藏的开发方案设计具有重要意义。 2 通过高含硫气藏气样的高压物性实验， 获取 了一系列实验数据， 明确了酸性气藏偏差系数与构 造部位 、 温度 、 酸性组分含量之间的定量关 系， 为川 东北地区高含硫气藏及类似气藏的开发提供了重要 参考数据。 3 酸性天然气藏作为一种特殊气藏， 开采工艺 要求高 ， 开发方案设计难度大， 需要对相关开发参数 进行大量试验分析与深人研究。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 郭平， 孙雷， 孙良田， 等 ． 天然气高压物性测试分析方法 研究 [ J ]． 计量与测试技术， 1 9 9 9 ， 3 6 - 7 ． GUO P i n g ， S UN L e i ， S UN Li a n g t i a n ， e t a 1 ． Me a s u r i n g a n d a n y z i n g me t h o d o f h i g h p r e s s u r e p r o p e r t i e s f o r n a t u r a l g as l J J ． Me t r o l o g y Me a s ure m e n t T h n i q u e ， 1 9 9 9 ， 3 6 - 7 ． [ 2 ] 江同文， 肖香姣 ， 郑希潭， 等 ． 深层超高压气藏气体偏差 系数确定方法研究[ J ] ． 天然气地球科学， 2 0 0 6 ， 1 7 6 7 4 3． 7 46． J I AN G T o n g w e n ， X I AO Xi a n g j i a o ， Z H E NG X i t a n ， e t a 1 ． T h e s t u d y o f g ase o u s z f a c t o r a s c e r t a i n i n g me t h o d o f d e e p l a y e r a n d u l t r a h i g h p r e s s ure g as r e s e r v o i r【 J J． Na t u r a l G as G e o s c i e n c e ， 2 0 0 6 ， 1 7 6 7 4 3 7 4 6 ． [ 3 ] 李相方， 刚涛， 庄湘琦， 等 ． 高压天然气偏差系数的高精 度解析模型 [ J ]． 石油大学学报 自然科学版， 2 0 0 1 ， 2 5 6 4 5 4 6 ． LI Xi a ng f a ng ，GANG Ta o ，ZHUANG Xi an gq i ，e t a 1 ．A a n a l y t i c mo d e l wi t h h i g h p r e c i s i o n f o r c a l c u l a t i n g c o rn- p r e s s i b i l i t y f a c t o r o f h i g h s s ure g as l J ]． J o u rna l o f t h e Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m ， Ch i n a E d i t i o n of Na t u r a l S c i e n c e ， 2 0 0 1 ， 2 5 6 4 5 46 ． [ 4 ] 汪周华， 郭平， 周克明， 等 ． 罗家寨气田酸性气体偏差因 子预测方法对比 [ J ]． 天然气x ． ,3 k ， 2 0 0 4 ， 2 4 7 8 6 8 8 ． WANG Z h o u h u a ， GUO P i n g ， Z HOU Ke mi n g ， e t a 1 ． M e t h o d o f z - f a c t o r p r e d i c t i o n f o r S O ur g asi nL u o j i a z h a i g asfi e l d l J J ． Na tu r a l G a s I n d u s n 2 0 0 4 ， 2 4 7 8 6 - 8 8 ． 收稿 日期2 0 0 8 1 1 - 2 5 [ 编辑景暖 ]