高含CO2天然气相变及其物性参数实验测试.pdf

第 3 4 卷第 1 期 2 0 1 3 年 2 月 新疆石油地质 XI NJ I ANG P E TROL EUM GE OL OGY Vo1 ． 34． No ． 1 Fe b ． 201 3 高含 G O2 天然气相变及其物性参数实验测试 卞 小强， 杜志 敏 西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室， 成都6 1 0 5 0 0 摘要 实验确定高含C O 天然气从地层到井口是否发生相变以及准确测试高含C O 天然气的物性参数是安全高效 开发该类气田的基础研究内容之一。用加拿大D B R公司的J E F R I 相态分析仪， 测试了高含C O 天然气从地层到井I ／ 的 相态变化特征和高含C O 天然气的物性参数 偏差系数、 体积系数、 压缩系数、 密度 。实验结果表明 在实验范围内， 高含c 0 z 天然气不发生相变； 随着压力增加， 气体偏差因子先减小后增大 最小值出现在1 5M P a 左右 ， 体积系数和压 缩系数均减小 低压下减小的幅度大于高压 ， 密度增加； 随着C O 含量的增加， 气体偏差因子减小， 密度增加且高压 下增加的幅度较低压下明显， 体积系数和压缩系数均无明显变化； 随着温度的升高， 气体偏差因子增大且在 1 5MP a 左右变化幅度最大， 体积系数增大且低压下增大的幅度较高压下明显， 密度降低且高压下降低的幅度较低压下明显， 压缩系数影响很小。 关键词 二氧化碳； 天然气； 相态； 偏差因子； 压缩系数 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 3 o l 一 0 0 6 3 0 3 中图分类号 T E l 2 4 文献标识码 A 迄今为止， 我国松辽盆地深层高含C O 天然气资 源量 达 2 0 0 0 0 x 1 0 。 m ； 目前发现 的吉林油 田长岭 、 孤 店 、 红岗、 升平、 芳深等天然气藏C O 含量高达 2 0 ％～ 9 0 ％ 。 。高含 C O 天然气藏非常特殊、 开发难度大 ， 主要体现在高含 C O 天然气流体相态特征上 ， 不同 C O 含量对物性参数、 开发指标及其相态特征有何影 响， 目前尚不完全清楚 实验确定高含C O 天然气从地层到井口是否发生 相变以及准确测试高含C O 。 天然气的物性参数是安 全高效开发该类气田的基础研究内容之一。本文通过 实验揭示高含 C O 天然气在开采过程中是否发生相 变， 同时研究高含C O 天然气物性参数 如偏差因子、 体 积系数 、 压缩系数 、 密度 的变化规律及其影响因素。 1 高含 C 0 天然气相变实验 1 实验方法和装置高含 C O 天然气流体相变 实验是在加拿大D B R 公司生产的J E F R I 全观测无汞 高温高压流体相态分析仪中进行的， 并严格按照石 油天然气行业标准 S Y ／ T 6 4 3 4 --2 0 0 0 t 执行 。设备技术 指标参考文献[ 1 o 2 实验样 品实验所用 样品共 4组 1 组取 自 长岭气 田长深 x井 P 7 井 ， 2 6 ． 6 6 ％C O 分离器气样 ； 其余3 组是以P 7 井天然气样为基础按比例添加干气 或工业纯 C O 纯度 9 9 ． 9 9 ％ 配置而成 表 1 。 3 实验过 程及 结果P 7井原 始地层 压力 4 2 ．3 4 M P a ， 原始地层温度 1 2 7 ．5 ℃． 为了研究高含C O 表 1 含不同C O 的天然气组分组成摩尔分数 ％ CO2 N2 1 0．7 4 1 ．4 7 2 6．6 6 3．4 7 5 0- 3 3 2 ． 4 5 7 0 ． 4 2 1 ． 1 7 C1 C2 C3 i C 4 n C 4 i C5 8 4．21 2．9 7 0．4 3 0 ． 0 6 O ． 0 5 0 ． 0 2 6 8．8 4 0．9 4 0 ． 0 4 0 ． 0 0 0 ． 01 O ． 0 0 4 6．4 9 0．6 4 0 ． 0 3 O ． 0 0 O ． O1 0 ． 0 o 2 8_ 3 3 O．0 0 0 ． 0 2 O ． 0 0 O ． 01 0 ． 0 3 nC 5 C6 O ． 0 o 0 ． 0 5 O ． 01 0 ． 0 3 O ． O 1 0 ． 04 O ． 0 o O ． O 2 天然气从地层到井 口是否发生相变 ， 直接将最高含量 C O 气样 7 0 ．4 2 ％ 转人J E F R I 仪P V T 筒中进行相态变 化实验。分别测试了3 4 、 7 5 和 1 2 7 ．5℃等3 个温度点 压力从 4 4 MP a 下降到5 M P a 下气样的相态。选择压 力 7 ． 7 0 M P a ， 是 因为它 略高于纯 C O 的临界 压力 7 ． 3 8 MP a ． 当体系主要 由 C O C H N 组成时 ， 根据范 德华混合规则 ， 其临界参数低于纯C O 的临界参数。 C O 含量越高， 临界压力和临界温度越高。 由实验可知 ， 含7 0 ．4 2 ％C O 的天然气从4 4 M P a 下 降到 5 M P a 过程 中 ， 无论温度为 1 2 7 ． 5 、 7 5 还是 3 4 ℃， 均没有发生气相向液相转变的现象。由此得出， 含7 0 ．4 2 ％C O 的天然气从地层一直到井口均不会出 现液相 。对于 C O 含量低于 7 0 ． 4 2 ％的天然气 ， 更不可 能出现液相 ， 因为研究气样中主要成分是 C H 、 C O 和 N ； 且 3 个组分 中C O 的临界温度 3 1 ． 1 ℃ 、 临界压力 最高， 而其余组分的临界温度、 临界压力均低于C O ． 2 高含 C O 天然气物性参数实验测试 实验设备主要由P V T 筒、 气相色谱仪、 温控系统、 注入泵系统、 闪蒸分离器、 气量计 、 地层水分析仪、 电 收稿日期 2 0 1 2 0 7 1 3 基金项 目 国家 自然科学基金 5 1 1 7 4 1 6 9 ； 特色重点学科建设项 目资助青年教师科学基金项目 P O 1 6 作者简介 卞小强 1 9 7 9 一 ， 男， 江苏江都人， 讲师， 博士， 油气田_T程， T e 1 1 3 4 3 8 9 4 5 1 0 3 E ma i l b x q i a n g 3 2 1 0 88 1 6 3㈣ m 第3 4 卷第 1 期 卞小强， 等 高含C O 天然气相变及其物性参数实验测试 - 6 5 实验结果表 明， 在测试压力范 围内， 即压力小于 4 5 M P a 时， 随着温度的增加， 高含 C O 天然气体系的 相对体积、 体积系数均增大， 且低压下增大的幅度比高 压下明显 ； 随温度增加 ， 偏差 因子增大， 且在 1 5 MP a 左 右变化幅度最大； 温度增加 ， 密度降低， 高压下降低的 幅度比低压下明显； 温度对气体的压缩系数影响较 小， 可以忽略温度的影响。 3 结 论 、 1 在研究范围内， 高含 C O 的天然气从4 4 M P a 下降到5 M P a 过程中， 均不会发生相变。 2 随着压力增加， 气体偏差因子先减小后增大 最小值出现在 1 5 M P a 左右 ， 体积系数和压缩系数 均减小 低压下减小 的幅度大于高压 ， 密度增加 ， 且 高压下密度增加的幅度较低压下明显 。 3 压力相同时， 随C O 含量增加， 天然气的相对 体积、 体积系数和压缩系数基本不变； C O 含量越高， 天然气的偏差因子越小， 密度越大。 4 温度升高 ， 天然气 的相对体积和体积系数均 增大 ， 且低压下增大的幅度比高压下明显； 偏差因子 增大， 且在 1 5 M P a 左右变化幅度最大 ； 密度降低， 高 压下降低的幅度比低压下明显； 温度对压缩系数影响 可以忽略。 参考文献 [ 1 ] 杜志敏． 含 C O 天然气藏开发技术[ R J ． 国家科技重大专 项课题 含 C O 天然气藏开发技术 2 0 0 8 Z X 0 5 0 1 6 0 0 1 ， 2 0 1 0 ． 1 2 j B i a n X Q， D u Z M， T a n g Y． E x p e ri m e n t a l d e t e r mi n a t i o n an d p r e d i c t i o n o f t h e c o mp r e s s i b i l i t y f a c t o r o f h i g h C O2 c o n t e n t n a t u r a l g a s w i t h a n d w i t h o u t w a t e r v a p o r [ J ] ． J o u r n al o f N a t u r al G a s C h e mi s t r y ， 2 0 1 1 ， 2 0 4 3 6 4 3 7 1 ． [ 3 ] 苏云河， 汤勇， 肖 云， 等． C O 含量对火山岩气藏开发 指标的影响[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 1 1 ， 3 1 8 6 9 7 2 ． [ 4 ] 李春芹， 薛国庆， 李闽， 等． C O 气藏气井产量递减预测 方法的应用[ n 新疆石油地质 ， 2 0 0 8 ， 2 9 5 6 1 3 6 1 5 ． 1 5 J D u r a y a A 1 - A n a z i B， P a z u k i G R， N i k o o k a r M， e t a 1 ． T h e p r e d i c t i o n o f t h e c o mp r e s s i b i l i t y f a c t o r o f s o u r a n d n a t u r al g a s b y a n a r t i fi c i a l n e u r al n e t w o r k s y s t e m l J j ． P e t r o l e u m S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 1 ， 2 9 4 3 2 5 3 3 6 ． 1 6 J R u s h i n g J A， N e w s h a m K E ， V a n F r a a s s e n K C ， e t a 1 ． N a t u r a l g a s Z f a c t o r s a t HP ／ HT r e s e r v o i r c o n d i t i o n s C o mp a r i n g l a b o r a t o ry me a s u r e me n t s wi t h i n d u s t ry - s t a n d a r d c o r r e l a t i o n s f o r a d ry g a s l A] ． S P E 1 1 4 5 1 8 ， 2 0 0 8 ． 1 7 J He i d a rya n E， Mo g h a d a s i J ， R a h i mi M． N e w c o rr e l a t i o n s t o p r e d i c t n a t u r a l g a s v i s c o s i t y a n d c o m p r e s s i b i l i t y f a c t o r[ J j ． J o u rna l o f P e t r o l e u m S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 0， 7 3 1 2 6 7 7 2 ． 1 8 J T a b a s i n e j a d F ， Mo o r e R G， Me h t a S A， e t a 1 ． D e n s i t y o f h i g h p r e s s u r e a n d t e mp e r a t u r e g a s r e s e r v o i r s E f f e c t o f n o n h y - d r o c a r b o n c o n t a mi n a n t s o n d e n s i t y o f n a t u r a l g a s mi x t u r e s l Aj ． S P E 1 3 3 5 9 5 ， 2 0 1 0 ． [ 9 ] 天然气藏流体物性分析方法I s ] ． 中华人民共和国石油 天然气行业标准， S Y ／ T 6 4 3 4 --2 0 0 0 ． [ 1 O ] 刘建仪 ， 李士伦 ， 郭平 ， 等． 天然气偏差系数的测定 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 2 ， 2 2 2 6 3 6 5 ． [ 1 1 ] 吕渐江 ， 唐海 ， 李春芹 ， 等． 考虑相态变化的C O 气藏 物质平衡方程[ J ] _ 新疆石油地质， 2 0 1 0 ， 3 1 6 6 1 7 6 2 0 ． Ex p e r i m e nt a l St ud y o n t he Pha s e Be h av i o r a nd Fl ui d Phy s i c a l Pa r a me t e r s o f Hi g h CO2 一 Co n t e nt Na t ur a l Ga s BI AN Xi a o q i a n g ． DU Zh i mi n 。 S t a t e - K e y L a b o r a t o ry o f O i l ＆G a s R e s e r v o i r G e o l o g y a n d E x p l o i t a t i o n ， S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， C h e n g d u ， S i c h u a n 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e J EF RI P VT a p p a r a t u s f r o m DB R Co mp a n y o f Ca n a d a w a s u s e d t o t e s t t h e p h a s e t r a n s i t i o n f r o m we l l b o t t o m t o w e l l h e a d a n d t h e p h y s i c al p a r a me t e r s o f h i g h C 0 2 一 b e a r i n g n a t u r a l g a s ， s u c h a s c o mp r e s s i b i l i t y f a c t o r Z f a c t o r ， f o r ma t i o n v o l u m e f a c t o r F VF ， c o mp r e s s i b i l i t y ， a n d d e n s i t y ． T h e e x p e r i me n t al r e s u l t s s h o w t h a t n o p h a s e t r a n s i t i o n c a n b e d e f i n e d a t e x p e ri me n t a l r a n g e s ，a n d wi t h p r e s s u r e ri s i n g ， t h e Z - f a c t o r d e c r e a s e s a n d t h e n i n c r e a s e t h e m i n i m a l v a l u e a p p e a r s a t a b o u t 1 5 MP a ， t h e d e n s i t y r i s e s a n d b o t h F V F a n d c o m p r e s s i b i l i t y d e c r e a s e t h e d e c r e a s i n g a m p l i t u d e a t l o w p r e s s u r e i s l a r g e r t h a n t h a t a t h i g h p r e s s u r e ； w i t h C O 2 c o n t e n t i n c r e a s i n g ， t h e Z - f a c t o r d e c r e a s e s a n d t h e d e n s i t y i n c r e a s e s t h e i n c r e a s i n g a m p l i t u d e a t h i g h p r e s s u r e i s mo r e o b v i o u s t h a n t h a t a t l o w p r e s s u r e ， a n d b o t h F V F a n d c o mp r e s s i b i l i t y h a v e l i t t l e c h a n g e ； w i t h t e mp e r a t u r e ri s i n g ， t h e Z - f a c t o r i n c r e a s e s t h e b i g g e s t c h a n g e a r ri v e s a t a b o u t 1 5 MP a ， t h e F V F ri s e s t h e i n c r e a s i n g a m p l i t u d e a t l o w p r e s s u r e i s m o r e o b v i o u s t h a n t h a t a t h i g h p r e s s u r e ， t h e d e n s i t y d e c r e a s e s t h e d e c r e a s i n g a m p l i t u d e a t h i g h p r e s s u r e i s mo r e o b v i o u s t h a n t h a t a t l o w p r e s s u r e ， a n d c o m p r e s s i b i l i t y h a s l i t t l e c h a n g e ． Ke y W o r d s C02 ； n a t u r a l g a s ； p h a s e b e h a v i o r ； c o mp r e s s i b i l i t y f a c t o r ； c o mp r e s s i b i l i t y