凝析氣藏PVT實驗數據合格性的判別方法

黃磊，康凱，張雷，汪躍，吳浩君

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

對于凝析氣田的開發(fā)，PVT實驗數據是凝析氣藏組分模型建立的基礎，通過對PVT實驗數據進行擬合，建立組分模型并進行開發(fā)方案預測。如果凝析氣PVT實驗數據與流體樣品存在偏差，將直接影響開發(fā)的認知及后續(xù)的動態(tài)跟蹤，因此，對凝析氣的PVT實驗結果進行檢驗具有重要意義。目前最常用的檢驗方法是Hoffmann等［1］提出的利用閃蒸實驗檢驗分離器中油氣樣品的取樣質量，并未考慮對影響較大的定容衰竭實驗和恒質膨脹實驗進行檢驗。

本文目標區(qū)渤海灣盆地BZ凝析氣田為深層太古界變質巖潛山大型凝析氣田。分析探井PVT實驗數據發(fā)現，各樣品整體規(guī)律性差，部分PVT樣品難以達到較好的PVTi擬合效果，不同實驗單位由相同樣品得到的PVT實驗結果差異較大，而利用Hoffmann方法檢驗取樣質量均合格。本文基于定容衰竭實驗和恒質膨脹實驗基本原理，建立了合格PVT實驗數據的判別方法，篩選合格的PVT樣品可為BZ凝析氣田制定整體開發(fā)方案提供保障。

1 定容衰竭實驗判別

定容衰竭實驗是為了模擬凝析氣藏儲烴孔隙空間保持不變而逐漸降壓的開采過程，每級壓力下，體系達到氣相-液相熱力學平衡［2-5］。表征氣液兩相平衡的主要參數是各組分的平衡常數，為某組分在氣相與液相中摩爾分數的比值：

式中：Km為組分平衡常數；Ym，Xm分別為組分在氣相、液相中的摩爾分數。

定容衰竭實驗判別方法是基于各個組分平衡常數的半對數與壓力的關系曲線，合格樣品的平衡常數曲線應為單一組分曲線平滑變化，不會出現“拐點”或者“駝峰”的特征，且多組分的曲線之間不交叉［6-7］。定容衰竭實驗僅能測得Ym，通過物質平衡原理，按照下列方法，可推算每級壓力下的Xm，即可得到各組分的平衡常數。

衰竭實驗過程可建立各組分物質平衡的方程與第k級壓力下總物質的量平衡方程：

式中：Np為初始總物質的量，mol；Ym1，Ymk分別為第 1級、第k級壓力下某組分在氣相中的摩爾分數；Ngk，Nlk分別為經過k次降壓后剩余氣相、液相物質的量，mol；Xmk為第k級壓力下某組分在液相中的摩爾分數；ΔNsk為第k級壓力下排出的物質的量，mol；Vd為露點壓力下的容器體積（以下簡稱露點體積），m3；pk為第k級壓力，MPa；Rlk為第k級壓力下的反凝析液量百分數；Zk為第k級壓力對應的氣相偏差系數；R為摩爾氣體常數，J/（mol·K）；T 為地層溫度，K；Sk，Sk-1分別為第 k級、第k-1級壓力下的累積采出程度。

將式（7）代入式（1）即可得到每個組分的平衡常數。繪制不同組分平衡常數的半對數與壓力的變化曲線，觀察各組分曲線的單調性，進而可判別定容衰竭實驗的合格性。

2 恒質膨脹與定容衰竭統(tǒng)一化判別

恒質膨脹實驗是為了測定凝析氣在地層中的體積膨脹能力和反凝析液量［8-9］，實驗過程中，整個凝析氣體系沒有向外排出氣體。在同一溫度、壓力下，相同初始體積凝析氣恒質膨脹實驗的反凝析液量應高于定容衰竭實驗，若結果相反，說明PVT實驗結果不可靠。

凝析氣PVT實驗報告中，恒質膨脹實驗計算反凝析液量百分數為反凝析液量與膨脹后容器體積的比值，而定容衰竭的反凝析液量百分數為反凝析液量與初始露點體積的比值，兩者計算反凝析液量百分數的分母不一致，需要將恒質膨脹實驗中的容器體積折算至露點體積計算反凝析液量百分數進行對比。

第k次分級降壓實驗下氣態(tài)平衡方程為

式中：Vk為第k級壓力下實驗容器體積，m3。

根據式（6）、式（8）可得到 Vd：

恒質膨脹實驗第k次降壓后，露點體積下的反凝析液量百分數為

3 經驗圖版

凝析氣藏的最大反凝析液量越大，說明氣藏反凝析作用越強，生產氣油比越低［9-12］。通過統(tǒng)計渤海灣盆地凝析氣藏21個PVT樣品，得到生產氣油比與定容衰竭實驗中最大反凝析液量百分數的經驗關系曲線（見圖1），顯示最大反凝析液量百分數與生產氣油比有非常好的相關性。根據經驗圖版可以對PVT樣品的合格性作進一步的判別。

圖1 定容衰竭實驗中最大反凝析液量百分數與氣油比的關系

4 實例應用

渤海海域BZ凝析氣田位于渤中凹陷西南部，區(qū)域構造上被渤中凹陷、沙南凹陷和黃河口凹陷環(huán)繞，整體表現為被走滑斷層及其派生斷層復雜化的具有背斜特征的斷塊構造［13-16］。在地層上，從上至下依次發(fā)育第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組、古近系東營組、沙河街組和孔店組以及太古宇潛山，其中太古宇潛山是主力產氣層。

BZ凝析氣田在太古宇潛山共獲取11個PVT實驗樣品。為了便于闡述判別方法的應用實例，本文以BZ氣田的樣品A，B為例進行分析。樣品A為分離器取樣，基礎參數見表1。油氣分離平衡狀態(tài)和取樣質量經檢查合格，樣品未發(fā)生漏失，樣品具有代表性。恒質膨脹實驗及定容衰竭實驗分級降壓得到反凝析液量百分數數據（見表2、表3）。定容衰竭實驗分級壓力下的累積采出程度及各組分的摩爾分數見表4、表5。

表1 研究區(qū)樣品A凝析氣PVT基礎參數

表2 研究區(qū)樣品A恒質膨脹實驗反凝析液量百分數

表3 研究區(qū)樣品A定容衰竭實驗反凝析液量百分數

表5 研究區(qū)樣品A定容衰竭實驗各組分摩爾分數

4.1 定容衰竭實驗判別

根據樣品A實驗數據，利用定容衰竭實驗判別方法，得到各組分平衡常數隨壓力變化曲線（見圖2a）。從圖中可以看出，C4與C5組分的平衡常數單調性差，出現明顯“拐點”，同時，部分組分曲線發(fā)生交叉，表明樣品A定容衰竭實驗過程存在偏差，合格性差。同樣利用該方法判別的樣品B各組分的平衡常數單調性好（見圖2b），樣品合格。

圖2 定容衰竭實驗平衡常數與分級壓力關系

4.2 恒質膨脹與定容衰竭實驗統(tǒng)一化判別

根據表2，用式（10）折算至露點體積下的反凝析液量百分數。折算后，樣品A恒質膨脹反凝析液量百分數小于定容衰竭實驗（見圖3a），與原理不符，說明樣品A的PVT實驗結果不合格；樣品B各組分的平衡常數單調性好（見圖3b），說明樣品B合格。

圖3 定容衰竭與恒質膨脹實驗反凝析液量百分數對比

4.3 經驗圖版

利用圖1經驗圖版檢驗BZ凝析氣田實驗數據。樣品A在生產氣油比1 095 m3/m3時，定容衰竭實驗測得最大反凝析液量百分數為40.9%，而利用圖版法得到的值為22.8%，兩者差異較大，說明樣品A合格性非常差；樣品B氣油比為1 208 m3/m3，實驗室和經驗圖版得到的最大反凝析液量百分數分別為18.6%及19.8%，兩者基本相當，說明樣品B合格性好。

用上述3種方法對渤海灣盆地BZ凝析氣田所有11個PVT樣品進行分析，共有3個樣品存在平衡常數曲線不單調、恒質膨脹的反凝析液量線位于定容衰竭實驗下方、與經驗圖版的吻合度差等問題。之所以樣品不合格，可能存在PVT反應釜不干凈、黑油殘留、實驗室配樣操作不當、計算結果出現偏差［17-20］等原因，可重新開展PVT實驗或進行樣品恢復。

5 結論

1）定容衰竭實驗每級降壓下達到氣相-液相熱力學平衡，每個組分隨壓力變化的平衡常數呈現單調變化的特點?；谖镔|平衡原理，建立組分在液相中摩爾分數的表達式，繪制每個組分隨壓力變化的平衡常數曲線，根據平衡常數曲線的單調性判別定容衰竭實驗數據的合格性。

2）基于氣體狀態(tài)方程，建立恒質膨脹與定容衰竭實驗兩者統(tǒng)一化的判別公式和方法，有效解決了2個實驗無法對比的問題。

3）基于渤海灣盆地凝析氣田合格的PVT樣品數據，得到最大反凝析液量百分數和氣油比的經驗圖版。

4）通過對渤海灣盆地BZ凝析氣田所有PVT樣品進行分析，判別出3個不合格樣品，合格的PVT樣品為更準確認識凝析氣藏及后續(xù)動態(tài)跟蹤提供了保障。