长深气藏天然气高压物性和相态特征研究.pdf

2 0 1 1 年 1 月 第 2 6卷第 1期 西安石油大学学报 自然科学版 J o u rna l o f X i a n S h i y o u U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n J a n．2 01l V0 1 ． 2 6 No． 1 文章编号 1 6 7 3 - 0 6 4 X 2 0 1 1 0 1 -00 4 5 -03 长深气藏天 然气 高压物性和相态 特征研究 章 星， 杨胜来， 王 刚， 王 宏， 张小霞 中国石油大学 石油工程 教育部重点实验室 ， 北京 1 0 2 2 4 9 摘要 长深气藏天然气富含 C O ， 尚未常规方法计算其 高压物性参数及其相态特征分析． 针对这一 特殊性 ， 采用室 内P V T实验进行测定与分析． 研 究表 明， 对 于含 C O ，天然气， 其压缩 因子、 密度、 体 积 系数、 等温压缩 系数在低压 2 0 M P a以下 时表现 出很强的压力敏感性， 而水蒸气含 量则表现相 反 ， 绝对黏度则始终保持较强的压力敏 感性 ； 压缩因子、 密度、 绝对黏度、 水蒸气含量随着 C O ， 含量 增大而变化幅度较大， 对 C O 的敏感性较强， 而体积 系数对 C O 的敏 感性较弱 ， 等 温压缩 系数对 C O 则无敏感性． 长深气藏的原始地层温度 1 4 0℃ 和井 口温度 4 0℃ 均在气液两相 区之外， 可 以判断在开发过程 从 气层到井口分 离器 中流体不穿过两相区， 表明该气藏为干气气藏． 关键 词 长深 气藏 ； 高压物 性 ； 相 态特征 中图分类号 T E l 2 2 ． 3 5 文献标识码 A 近期 ， 在吉林油区深层火 山岩储层发现 了含有 C O 的天然气藏 长岭、 红岗、 孤店等 ． 长深气藏储 层为裂缝 一 孔隙型火 山岩 ， 根据 目前探井的天然气 组分分析结果看 ， 长深气藏的 C O 含量变化幅度大 在 5 ％ ～ 9 8 ％之间 ． 目前 ， 国内对此类气藏 的发现 尚属首次 ， 它 既不是纯烃类气藏 ， 也不是纯 C O 类 气藏 刮． C O 气体与常规天然气的高压物性参数存在非 常大的差异， 表现在压缩 因子 、 密度 、 黏度 、 体积系 数 、 等温压缩系数 、 水蒸气含量等方面． 例如， 目前对 于天然气压缩因子的计算 ， 其非烃校正仅 限于非烃 含量非常少的情况， 对于富含 C O 的天然气， 其压 缩因子的计算 目前 尚没有现成的方法． 因此 ， 针对长 深气藏 ， 研究不同 C O ，含量天然气 的高压物性参数 以及该类气藏天然气 的相态特征 ， 对 于气井 的测试 与生产 、 气藏的合理开发具有重大意义 ． 1 实 验 1 ． 1 实验条件和 内容 长深气藏地层压力为 4 2 M P a ， 地层温度为 1 4 0 ℃． 在地层流体流动过程 中， 天然气温度不变， 压力 降低． 实验研究不 同 C O 含量天然气在不 同压力条 件下的物性变化及相态分布． 实验方案 天然气 C O ， 含量为 5 ％、 2 5 ％ 、 3 0 ％、 5 0 ％ 、 7 0 ％、 9 0 ％ 、 9 8 ％ 摩 尔分数 ， 实验压力 为 4 5 MPa 42 MPa 3 5 MPa 3 0 MPa 2 0 MPa 1 0 MPa 5 MPa ． 1 ． 2 实验装置与方法 主体实验装置 为美 国产 R U S K A无 汞 P V T仪 型号 2 7 3 0 ， 附属设备包括气 量计 、 真空泵 、 色谱 仪 、 高压黏度计 、 界面 张力 仪等 ； R U S K A无 汞 P V T 仪 2 7 3 0包括 P V T筒及在线黏度计． 收稿 日期 2 0 1 0 ． 1 0 2 0 基金项 目国家重点 基础 研究发 展规划项 目“ 温室气 体提 高石油采 收率 的资源 化利用 及地 下埋存 ” 编号 2 0 0 6 C B 7 0 5 8 0 0 作者简介 章星 1 9 8 4 一 ， 男 ， 博士研究生 ， 主要从事油气 田开发研究 ． E m a i l z h a n g x i n g c h i n a 1 2 6 ． c o rn． ． ． ． 4 6 ．．． 西安石油大学学报 自然科学版 实验参照石油行业标准 S Y ／ T 6 4 3 42 0 0 0天 然气藏流体物性分析方法 进行． 将配置 的含 C O 天然气注入到高压容器 中， 恒定到高温 、 高压状态 ， 然后改变压力 ， 在可视窗中观察相态的变化过程 ， 并 记 录数 据． 2结果与讨论 2 ． 1 高压物性 实验研究表明， 在地层温度下 ， 不同体系气体的 压缩因子和密度随 C O 含量 的不 同变化较大 ， 并呈 现一定的规律． 在 同一温度和压力下 ， 随着 C O 含 量的增加， 压缩 因子呈下降趋势， 并且 C O 含量越 高， 其降低幅度越大 驯； 密度呈上升趋势， 并且 C O 含量越高， 其上升幅度越大 ， 越接近于液体密度 ， 如 图 1 所 示． 图 1 不同 C O 含量天然气的压缩因子、 密度与压力的关 系曲线 ri g ． 1 The r e l a t e d c ur v e s be t we e n t h e c o m p r e s s i o n f a c t o r a nd the d e n s i t y o f t he n a t u r a l g a s wi t h di ffe re n t c o n t e n t o f CO2 a nd pr e s s u r e 从图2可以看出， 气体的黏度对压力较为敏感 ， 随着压力的增加气体黏度增加 ， 呈现出类似与液体 黏度的性质． 这表明， 高压下气体分子间的相互作用 图 2 不 同 C O 含量天然气的绝对黏度、 体积系数与压力的关 系曲线 Fi g ． 2 Th e r e l a t ed c ur v e s b e t we e n t h e a b s o l u t e v is c o s i t y a n d t h e v o l u me f r a c t i o n o f t h e n a t u r a l g a s wi t h d i ffe re n t c o n t e n t o f CO2 a n d p r e s s ur e 力成为主导作用 ， 气体层问产生单位速度梯度所需 的层面剪切应力大 ， 导致黏度大． 然而， 由于气体处 于超临界状态， 随着 C O 含量增加黏度值仍具有气 体黏度的特性 ， 有较好的流动性， 有利于气藏开采， 还可看出， 在地层温度下， 压力越低 ， 天然气体 积系数变化越陡； 压力越 高， 共变化趋势越缓． 随天 然气中 C O 含量增加 ， 在同温 同压下 ， 体积系数 略 有降低 ． 实验表明， 随着压力的增加 ， 天然气等温压缩系 数降低 ， 呈幂指数变化． 此时， 天然气中 C O 含量对 其影响不大， 敏感性较弱 ． 经分析发现 ， 在低压和 高压区域 C O 含量对天然气水蒸气含量的影 响规 律不同． 在低压区域 ， 不同 C O 含量的天然气水蒸 气含量数值相差不大； 随着压力的增加， 不同组分的 天然气含水量差异变大 ， 见图 3 ． 宝 ＼ 婿 赠 压力 ／ MP a 图3 不同 C O 含量天然气的等温压缩系数、 水蒸气含量与压力的关 系曲线 Fi g ． 3 Th e re l a t e d c u r v es be t wee n the i s o th e r m a l c o mp r e s s i o n f a c t o r a n d th e s t e a m c o n ten t o f t he n a t u r a l g a s wi t h d i ffe r e n t c o n t e n t o f CO2 a n d p r e s s ure 2 ． 2 相 态特征 - 从不同 C O 含量天然气所对应的相包络线及 临界参数可以看 出， 随着 C O 含量 的增加 ， 天然气 的I 临界参数增大 ， 如图 4所示． 温度 ／ ℃ 图 4相图分析 Fi g ． 4 Th e a na l y s i s o f p h a s e d i a g r a m 对于长深气藏 ， 在地层条件 1 4 0 o C， 4 2 MP a 章星等 长深气藏天然气高压物性和相态特征研 究 ．-- 4 7 ．--- 下 ， 其流体处于超临界稠密气态． 流体从气层流入到 井底 1 4 0℃ , 3 5 MP a ， 温度不变， 即使压力降到废 弃压力 7 ． 8 MP a ， 流体仍处于超临界状态． 流体从井 底流 向井 口分离器 4 0 o C， 2 1 MP a 的过程中其相态 无变化 ； 但是在流过分离器后其相态变化十分复杂 尤其是在地面管线中 ， 随着压力、 温度 的降低 ， 流 体从超临界状态可能相变为气态 、 液态或气液两相． 3 结 论 1 对于含 C O 天然气 ， 其压缩 因子 、 密度 、 体 积系数 、 等温压缩系数在低压 2 0 M P a以下 时表现 出很强的压力敏感性， 而水蒸气含量则表现相反． 绝 对黏度在实验压力下始终保持较强的压力敏感性． 2 从组分看 ， 其压缩因子 、 密度 、 绝对黏度 、 水 蒸气含量随着 C O 含量增大而变化较大 ， 对 C O 的 敏感性较强 ， 而体积系数对 C O 的敏感性较弱 ， 等 温压缩系数则没有表现出对 C O 的敏感性． 3 对 于长深 气藏来 说 ， 原 始 地层 温度 1 4 0 o C 和井 口温度 4 0 c 均在两 相 区之外 ， 在开发 从气层到井 口分离器 过程 中流体均不穿过气液 两相区， 可以判断该气藏为干气气藏． 参 考 文 献 [ 1 ] 朱黎鹞， 李留仁， 马彩琴． 长岭火山岩气藏水平井开发 技术[ J ] ． 西安 石 油 大学 学 报 自然 科学 版 ， 2 0 0 9 ， 2 4 5 5 3 5 6 ． ZHU L i y a o， LI Li u r e n， MA Ca i qi n．De v e l o p me nt t e c h n i qu e s o f t h e h o riz o n t a l we l l s i n Ch a ng l i n g v o l c a n i c g a s r e s e r v o i r[ J ] ． J o u r n a l o f X i h n S h i y o u U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ， 2 0 0 9 ， 2 4 5 5 3 - 5 6 ． [ 2 ] 杨克文 ， 史成恩， 万晓龙， 等． 鄂尔多斯盆地长 8 、 长 6 天然裂缝差异性研究及其对开发的影响[ J ] ． 西安石 油 大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 8 ， 2 3 6 3 7 - 4 1 ． YANG Ke we n，S HI Che n g e n，WAN Xi a o l o n g，e t a1． S t u d y o n t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e n a t u r a l f r a c t u r e s i n Ch a n g 8 a nd Ch a ng 6 r e s e r v o i r s i n Or do s Ba s i n an d i t s i n fl u e n c e o n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e r e s e r v o i r s[ J ] ． J o u r n a l o f Xi h n Sh i y o u Un i v e r s i t y Na t ur al S c i e nc e Ed i t i o n， 2 0 08， 2 3 6 3 7 _ 4 1 ． [ 3 ] 袁士义 ， 冉启全 ， 徐 正顺 ， 等 ． 火 山岩 气藏 高效 开发 对 策研究 [ J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 7， 2 8 1 7 3 - 7 7 ． Y U A N S h i y i ， R A N Q i q u a n ， X U Z h e n g s h u n ， e t a 1 ． S t r a t e g y o f h i g h- e ffi c i e n c y de v e l o p me n t f o r v o l c a n i c g a s r e s e r - v o i r s[ J ] ． A C T A P c t r o l e i S i n i c a ， 2 0 0 7 ， 2 8 1 7 3 - 7 7 ． [ 4 ] 彭彩珍， 郭平， 贾闽惠， 等． 火山岩气藏开发现状综述 [ J ] ． 西南石油学院学报 ， 2 0 0 6 ， 2 8 5 6 9 - 7 2 ． P E NG C a i z h e n， GUO P i n g ， J I A Mi n h u i ， e t a1． A s u mma r y o f t h e d e v e l o p me n t p r e s e n t s i t u a t i o n o f t h e v o l c a n i c r o c k g a s r e s e rvo i r[ J ] ． J o u rna l o f S o u t h w e s t P e t r o l e u m I n s t i t u t e ， 2 0 0 6 ， 2 8 5 6 9 - 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