富含CO2天然气偏差因子研究.pdf

第 3 2卷 第 1 期 2 0 1 0年 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DR I L L I NG P RODUC T1 0N T E CHN0L 0GY V0 J ． 3 2 No ．1 J a n ．2 0 1 0 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 0 o l 一0 0 5 3 0 4 富含C O 2 天然气偏差 因子研究 王 刚 杨 胜 来 吴晓 云 刘红 晓 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 摘要常规天然气 C O ， 含量低， 应用理论图版、 经验公式计算偏差因子在一定范围内能够满足精度要求。但是， 目前相继 发现富含 C O ， 天然气藏， 由于 C O， 与烃类气体性质的差异， 气体 中C O ， 含量的增加将会影响计算精度。为此从计算偏差因子 经验公式入手， 对比了甲烷、 乙烷、 c 0 纯气体的偏差因子。通过室内实验测定了不同C O， 含量天然气偏差因子， 分析 了富含 C O 天然气偏 差 因子随温度 、 压力的变化规律 以及 C O， 含量对偏差 因子 的影响。 关键词 C O ， ；偏差因子 ； 理论计算 ；室内实验 ． 中图分类号T E 3 1 1 文章标识码A S t u dy o n de v i a t i o n f a c t o r o f CO2 r i c h ga s WA N G G a n g ， Y A N G S h e n g l a i ， WU X i a 0 y u n ， L I U H 0 n g x i a 0 MO E K e y L a b o r a t o r y o f Pe t r o l e u m E n g i n e e r i n g i n C h i n a Un i v e r s i ty o f P e t r o l e u m， B e o i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Co n v e n t i o n a l g a s n o r ma l l y c o n t a i n s l e s s CO2 ，a n d t h e d e v i a t i o n f a c t o r wh i c h 1 S c a l c u l a t e d wi t h t h e o r e t i c a l c h a r t a n d e mp i r i c a l f o r mu l a c a n me e t t h e a c c u r a c y r e q u i r e me n t i n a c e r t a i n r a n g e ． Ho we v e r ， n o wa d a y s CO，r i c h n a t u r a l g a s r e s e r v o i r s h a v e b e e n f o u n d ． As t h e c h a r a c t e r o f CO ， i s d i f f e r e n t f r o m the h y d r o c a r b o n ， t h e p r e c i s i o n o f e mp i r i c a l f o r mu l a c a l c u l a t i o n o f t h e d e v i a t i o n f a c t o r wi l l b e i n fl u e n c e d b y t h e i n c r e a s e o f CO， ． T h i s t h e s i s c o mp a r e s t h e d e v i a t i o n f a c t o r o f me t h a n e ， e t h a n e a n d CO， ， wh i c h a r e c a l c u l a t e d wi t h e mp i r i c a l f o r mu l a ． An d t h e n t h r o u g h l a b o r a t o r y e x p e r i m e n t ， t h i s t h e s i s a n a l y z e s t h e d e v i a t i o n f a c t o r o f t h e CO 2 r i c h n a t u r a l g a s c h a n g e d wi th t h e r e s p e c t t o p r e s s u r e a n d t e mp e r a t u r e ， a n d s tud i e s t h e i mp a c t o f t h e CO， t o t h e d e v i a t i o n f a c t o r ． K e y wo r d s CO， ； d e v i a t i o n f a c t o r ； t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n ； l a b o r a t o ry e x p e r i m e n t 近年来 ， 相继发现富含 C O ， 天然气藏， C O ， 含量 变化范围较大 5 ％～ 9 8 ％不等 。天然气富含二氧 化碳， 降低了天然气的品质， 但二氧化碳经分离处理 后 ， 可用于油 田注气混相驱和非混相驱 ， 这有利于动 用特低渗透未动用储量、 提高已动用石油地质储量 的采收率， 实现温室气体的埋存及资源化利用。 天然气偏差因子是计算天然气高压物性的基 础， 是气藏储量计算 、 动态预测不可缺少的参数。应 用经验公式、 图版等方法计算偏差因子在一定范围 内能够满足工程精度要求， 但都有一定的适应范围， 无法 准确分析 富含 C O， 天然气偏 差 因子 的变化规 律。笔者应用理论计算公式研究烃类与非烃类天然 气性质差异， 并通过室内实验测定了不同 C O 含量 天然气偏差因子数值， 分析了富含 C O 天然气偏差 因子的变化规律 ， 为正 确反 映富含 C O 天然气在地 层及井筒中的相态变化、 流动状态提供参考。 1 理论分析 Th e o r e t i c a l a na l y s i s 表 1 给 出了计算天然气偏差 因子的方法及适用 范围， Dr a n c h u k P u r v i s R o b i n s o n方法在 ≥ 1 ． 2时 优于 “ S t a n d i n g a n d K a t z ”图版 1 - 4 ] o对于含大量酸 性气体的混合物， Wi c h e r t 的修正原则与 D r a n c h u k P u r v i s R o b i n s o n方法 在 3 8 ～ 9 3 q C， l ～ l 1 ． 2 MP a的范 基 金项 目国 家重点基础研 究发展计 划 9 7 3计 划 资助，编号 2 0 O 6 C B7 O 5 8 】 。 作者简介王刚， 1 9 8 3 年生。现主要从事油气田开发理论研究， 硕士研究生。E m a i l w g 2 8 1 9 8 7 0 1 6 3 ． c o m。 石油钻采工艺 2 0 1 0年 1月 第 3 2卷 第 1 期 围内， 结合使用效果最佳。 表 1 天然气偏差因子计算方法 Ta b l e 1 Ca l c u l a t i o n me t h o d f o r d e v i a t i o n f a c t o r 应用 B e g g s 和 B r i l l 提出的拟合 K a t z图版的相 关经验公式 计算天然气偏差因子 ZA 1 一 ／ e 1 式中， A1 ． 3 9 T p 一0 ． 9 2 一0 ． 3 6 T p 一0 ． 1 0 1 o ．62 一 o ．23TprP pr l 笔 一 o ．。37 Jp 0． 3 2 C 0 ． 1 3 2 0 ． 3 2 1 g T p J [ 1 0 。 。 T p r O ． 1 8 2 4 一 i p r 。 2 7 3 p。 pD c 应用经验公式修正法即Wi c h e r t 和 A z i z 方法进 行非烃校正， 校正公式为 C 。 一 E 熬 ￡ 【 二 竺 二 2 式中， 为烃类混合物的视临界温度； 。 为经校正 过 的视 临界 温度 ， K； 。 为烃类混合物 的视 临界压 力； p 。 为经校正过的视临界压力， MP a ； 为天然气 中所含 H ， s的摩尔分数； ￡ 为视临界温度校正系数， K； 为天然气中 s和 C O ， 摩尔分数之和； B为天 然气中H ， s的摩尔分数。 图 1 给出了甲烷与乙烷偏差 因子对 比。甲烷与 乙烷的偏差 因子相差较大 ， 在压力低 于 4 0 MP a 时 ， 同温 同压下 ， 乙烷 的偏差 因子相对 甲烷较低 。图 2 给出了甲烷与 C O， 偏差因子对 比。在压力较低的情 况下 ， C O ， 的偏差 因子随温度 的变化较为明显 ， 即在 不同的温度下表现出不同的压缩特征； 在压力较高 的情况下， 随温度的增加， C O ， 偏差因子增幅较小。 并且 ， 随着温度 的增加 ， 偏差因子的最低点 向压力大 的区域移动。而对于 C H ， 偏差因子随温度的增加， 相对来说 ， 变化不明显。在 同温 同压下 ， C O ， 的偏差 因子小于 C H 的偏差因子， 说明 C O ， 是一种具有高 度可压缩性的气体， 与理想气体的偏离程度较大。 图 1 甲烷与 乙烷偏 差因子对 比 F i g ． 1 Co mp a r i s o n b e t we e n CH4 a n d C2 H 图 2甲烷与 C O 偏差 因子对 比 F i g ． 2 Co mp a r i s o n b e t we e n CH4 a n d CO2 2 实验研 究 Ex p e r i m e n t a l s t u d y 酸性 天然气偏差因子有许多经验计算公式 - s ， 但不适用于气体组分中C O ， 含量相对比较高的情况。 应用 R US KA无汞 P vT仪对不同 C O， 含量天然气偏 差因子进行实验测定 ， 气体样品见表 2 。 2 ． 1 温度与压力的影响 I nflu e nc e o f t e mpe r a t u r e a nd p r e s s ur e 图 3与 图 4分别 给 出了气样 2和 7的偏差 因 子随温度与压力的变化趋势。在相同压力下， 气体 偏差因子随温度的升高而升高， 且温度越高， 变化 幅度越小 。在压力较低和压力较高处 ， 不同温度下 气 体的偏差 因子相差不大 ， 说 明在 同一体 系中 ， 压 力越 高 ， 偏差因子的变化对温度 的敏感性越低 ；温 度越高 ， 偏差因子对压力的敏感性越低 。 王刚等富含 C O 天然气偏差因子研究 5 5 表 2 实验气体组分 T a b l e 2 Ga s c o mp o s i t i o n f o r e x p e r i me n t 图 3 C O 含量 3 0 ％ 天然气偏差 因子 F i g ． 3 De v i a t i o n f a c t o r o f g a s wi t h 3 0 ％ CO2 图 4 C O 2 含 量 9 7 ． 6 3 ％ 天 然气偏 差因子 Fi g ． 4 De v i a t i o n f a c t o r o f g a s wi t h 9 7 ． 6 3 ％ CO2 富含 CO ， 的天然气偏差因子 的变化趋势与含少 量 C O ， 的天然气基本一致 。同一种气体 ， 温度越低 ， 偏差因子曲线 的拐点所对应的压力越低 。 2 ． 2 CO， 含量的影响 I nfl ue nc e o f CO2 c o nt e nt 图 5 、 图 6 分别给出了不同温度下不同 C O ， 含 量气体 的偏差 因子关 系曲线 。可 以看 出， 在 同一温 度下 ， 不 同体 系气体 的偏差 因子 随压力不 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， 偏差因子呈下降趋势， 并且 C O ， 含 量越高， 降低幅度越大。温度越高， C O ， 含量对气体 偏差因子影 响差距越小 。 5 ％ 3 O ％ 3 4 ％ 5 8 ％ 6 6 ％ 9 2 ％ 图 5 8 0℃时不 同压力下偏差 因子 曲线 F i g ． 5 De v i a t i o n f a c t o r a t d i ffe r e n t p r e s s u r e 8 0℃ 图 6 1 4 0℃时不 同压力下偏差 因子 曲线 F i g ．6 De v i ati o n f a c t o r at d i ffe r e n t p r e s s u r e 1 4 0 2 ． 3 误差 分 析 Er r o r a na l ys i s 对于气样 2和气样 7的实验所测数据， 与式 1 计算数据相对比 见表 3 至表 5 可以看出， 实验测 定值与理论计算值有一定 的差异 ， 对 于 C O， 含量较 低的天然气， 理论计算值与实验测定值基本一致。 对于 C O ， 含量高的天然气 ， 在温度较低 、 压力较高的 条件下， 理论计算与实验测定值比较吻合 ， 其他条件 下误差较大， 最高达到 6 ％。 表 3 C O ， 含量 3 0 ％的天然气偏差因子实测值与计算值比较 T a b l e 3 Co mp a r i s o n b e t we e n me a s u r e d v a l u e a n d i t e r a t i o n r e s u l t g a s wi t h 3 0 ％C O2 5 6 石油钻采工艺2 0 1 0年 1月 第 3 2卷 第 1 期 表4 C O 含量 9 7 ％的天然气偏差因子实测值与计算值比较 T a b l e 4 Co mp a r i s o n b e t we e n me a s u r e d v a l u e a n d i t e r a t i o n r e s u l t g a s wi t h 9 7 ％C O 2 表 5 C O 含量9 7 ％的天然气偏差因子实测值与计算值比较 T a b l e 5 Co mp a r i s o n b e t we e n me a s u r e d v a l u e a n d i t e r a t i o n r e s u l t g a s wi t h 9 7 ％C O 2 3 结论 Co n c l u s i o n s 1 不 同碳含量烃类天然气 、 烃类与非烃类天然 气之间偏差因子差异较大。 2 对 于富含 C O， 天然气 ， 温度越 高， 压力对偏 差 因子 的影响越小 ；压力越高 ， 温度对偏差因子 的 影响越小 。 3 天然气中 C O ， 含量越高， 同温同压下气体偏 离理想气体程度越大； 但随着温度的增加， 不同C O ， 含量天然气偏差 因子区别变小 。 4 对于低 C O ， 含量天然气 ， 应用经验公式计算 偏差因子在一定范围内能够满足工程要求 ；对于富 含 C O 天然气， 应用经验公式计算偏差因子与实验 测定相 比误差较大 ， 在进行储量计算时应 以实验测 定为准。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 J S T A NDI NG M B ， K A T Z D L ． D e n s i t y o f n a t u r a l c a s e s [ M]． AI ME ， 1 9 4 2 1 4 6 1 4 0 1 4 4 ． [ 2] 杨继盛， 刘建仪 ． 采气实用计算 [ M]． 北京石油工业 出版 社 ． 1 9 9 41 0 1 5 ． Y ANG J i s h e n g ， L I U J i a n y i ． Ga s p r o d u c t i o n u t i l i t y c a l c u l a t i o n l Mj ． B e ij i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 9 4 1 0 1 5 ． [ 3 ] 杨胜来， 魏俊之 ． 油层物理学 [ M]． 北京石油工业出 版社 ． 2 0 0 4 21 3 4 ． Y A NG S h e n g l a i ， WE I J u n z h i ． Oi l f o r mi o n p h y s i c s l M j． B e i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t ry P r e s s ， 2 0 0 4 2 1 3 5 ． [ 4] 唐蒙 ． 天然气压缩因子的计算[ J ] ． 石油与天然气K_v - 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1 4 编辑刘顺 ]