秦皇岛A油田CO2对带凝析气顶油环特征的影响

杨东东，刘英宪，段 宇，王美楠，李 功

带油环的凝析气藏是一种凝析气与油环共存的油藏，在漫长的地质演化、运移及存储过程中，凝析气与油环处于水动力学平衡、热力学平衡及多组分相态平衡状态。一般情况下认为，其原油处于饱和相平衡[1–9]。由于此类油藏的特殊性，近年来关于相不平衡的未饱和气顶油气藏在国内外有少量的报道，但含有 CO2的相不平衡凝析气藏未见报道。本次研究中大量运用了秦皇岛29–2带油环的凝析气藏的实测资料，验证了相不平衡未饱和油藏存在的可能性，并从油气组分入手研究了形成该相不平衡未饱和油藏的原因。

1 带油环凝析气藏地质油藏特征

秦皇岛A油田钻井揭示的地层自上而下依次为第四系平原组、新近系明化镇组、馆陶组和古近系东营组和沙河街组，主要含油层系发育于新近系馆陶组和古近系东营组，东营组东三段带凝析气顶为本次研究的目标层位。东营组整体表现为受构造、岩性双重因素控制的带油环的凝析气藏和带边底水的凝析气藏，油气藏埋深3 050～3 318 m，压力系数0.99～1.01，压力梯度0.45～0.97 MPa/100 m，温度梯度2.6℃/100 m，属正常压力和温度系统。东营组东三段油环地面性质表现为轻质油，密度低、黏度低、含硫量低、胶质沥青质含量少–中等、含蜡量高；凝析气顶富含凝析油，与地面凝析油性质相近，具有密度低、黏度低、含硫量低、胶质沥青质含量低、含蜡量高等特点。

2 带油环凝析气藏的相平衡判断

秦皇岛A油田带油环的凝析气顶油藏为一受控于石臼坨凸起东倾末端北侧边界断裂的断鼻构造，主要目的层为东营组和馆陶组，东营组油层发育在东三段，为带油环的凝析气藏。秦皇岛A油田1井在东三段上部钻遇富含 CO2的凝析气，在气顶下部钻遇密度为0.835 g/cm3的轻质油环，在1井油环处进行DST测试，在分离器条件下配样测试油环油地层条件下的参数。秦皇岛A油田2井仅钻遇少量气顶就进入油环，在油环离油水界面较近的层位井下取样，测试油环地层流体参数。1井在凝析气顶处取样测试凝析气顶在地层条件下的流体参数。根据相平衡理论，对气顶和油环用STANDING方法进行了相平衡判断，如果回归关系呈现线性，两者为相平衡；如果回归关系呈现非线性，两者为相不平衡。

从1井相平衡判断结果来看（图1），认为该带油环的凝析气藏在油气界面附近气顶与油环处于相平衡状态，从1井油环地层流体的配样测试结果来看，饱和压力与地层压力相等。因此可以认为，该带油环的凝析气藏在油气界面附近油环处于饱和相平衡的状态。从2井相平衡判断结果来看（图2），认为该带油环的凝析气藏在非油气界面附近气顶与油环处于相不平衡状态；从2井井下取样的测试结果来看，该油环样品饱和压力远小于地层压力，地饱压差达到16 MPa。可以认为该油环在非油气界面附近处于相不平衡未饱和状态，油环的饱和压力随着深度的增加呈现明显的降低趋势。

从表1的气油体积比、压力系数与压缩性等参数来看，该油环的性质从气油界面处到油水界面过渡的过程中存在较大的差异。而实际上，1井与2井在平面上的距离不足1 500 m，纵向上相距不到40 m，本次研究认为这主要是由于凝析气顶富含CO2所致。

图1 1井油环与气顶的相平衡判断

图2 2井油环与气顶的相平衡判断

表1 秦皇岛A油田油环油高压物性分析数据

3 带油环凝析气藏相平衡变化原因

3.1 CO2物理化学特性及相态特征

基于CO2临界温度和临界压力低，CO2应用于采油有类似于丙烷的物理性质，易于压缩、可超临界态或液态输送。从CO2的P-T相图可知（图3），CO2的蒸汽压曲线始于气–液–固三相点，终于临界点。三相点上，温度为-56.42 ℃，压力为0.519 MPa，气–液–固三相呈平衡状态。临界点对应的温度为304.70 K，压力为7.07 MPa；在临界点附近，气液两相形成连续的流体相区，既不同于一般的液相，也不同于一般的气相。CO2易溶于原油中，其溶解性随压力的增加而增强，当压力降低时，又会从原油中脱出。CO2溶于原油中，会引起原油膨胀、黏度降低、密度改变，同时降低界面张力。当油藏温度和压力均高于 CO2的临界温度和压力时，会在油藏形成超临界状态，对原油产生超临界萃取作用。

3.2 带油环凝析气藏相不平衡原因分析

从表2可以看出，秦皇岛A油田的地层压力与地层温度均高于甲烷、已烷、丙烷及二氧化碳的临界压力及临界温度，足可以使该四种物质处于超临界状态，超临界状态就是当温度高于临界温度（Tc）、压力高于临界压力（Pc）的状态下，一些组分的性质会发生变化，其密度近于液体，黏度近于气体，扩散系数可为液体的100倍（特别是CO2），因而具有惊人的溶解能力。该凝析气的二氧化碳含量达到了42%~90%，研究认为，正是凝析气中富含达到了超临界状态的 CO2，通过超临界萃取作用使得窄油环的油品性质在纵向上发生了巨大的变化。油环上部主要由一些分子量或碳数较少的轻烃类组成，气顶气在其中容易溶解并达到相平衡；反之在油环底部，油中的高碳数的组分较多，气顶气在其中的溶解受到了限制，没有达到相平衡。

图3 二氧化碳的P–T相

表2 凝析气中各组分的临界温度及压力

4 结论

（1）相平衡理论可用于测试气顶与油环并存的这类油藏，验证地层原油流体饱和压力测试的准确性，当处于相平衡时，其油环饱和，反之则不饱和。

（2）秦皇岛A油田带油环的凝析气藏其油环之所以上部相平衡下部相不平衡，主要是其气顶富含处于超临界状态的 CO2，使得油环油在接近气顶处的油品性质变轻、远离气顶处的油品性质变重，进而影响气组分在原油中的溶解性。

参考文献

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