凝析气藏PVT实验数据合格性的判别方法

2022-06-09黄磊康凯张雷汪跃吴浩君

断块油气田 2022年3期

黄磊，康凯，张雷，汪跃，吴浩君

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

对于凝析气田的开发，PVT实验数据是凝析气藏组分模型建立的基础，通过对PVT实验数据进行拟合，建立组分模型并进行开发方案预测。如果凝析气PVT实验数据与流体样品存在偏差，将直接影响开发的认知及后续的动态跟踪，因此，对凝析气的PVT实验结果进行检验具有重要意义。目前最常用的检验方法是Hoffmann等［1］提出的利用闪蒸实验检验分离器中油气样品的取样质量，并未考虑对影响较大的定容衰竭实验和恒质膨胀实验进行检验。

本文目标区渤海湾盆地BZ凝析气田为深层太古界变质岩潜山大型凝析气田。分析探井PVT实验数据发现，各样品整体规律性差，部分PVT样品难以达到较好的PVTi拟合效果，不同实验单位由相同样品得到的PVT实验结果差异较大，而利用Hoffmann方法检验取样质量均合格。本文基于定容衰竭实验和恒质膨胀实验基本原理，建立了合格PVT实验数据的判别方法，筛选合格的PVT样品可为BZ凝析气田制定整体开发方案提供保障。

1 定容衰竭实验判别

定容衰竭实验是为了模拟凝析气藏储烃孔隙空间保持不变而逐渐降压的开采过程，每级压力下，体系达到气相-液相热力学平衡［2-5］。表征气液两相平衡的主要参数是各组分的平衡常数，为某组分在气相与液相中摩尔分数的比值：

式中：Km为组分平衡常数；Ym，Xm分别为组分在气相、液相中的摩尔分数。

定容衰竭实验判别方法是基于各个组分平衡常数的半对数与压力的关系曲线，合格样品的平衡常数曲线应为单一组分曲线平滑变化，不会出现“拐点”或者“驼峰”的特征，且多组分的曲线之间不交叉［6-7］。定容衰竭实验仅能测得Ym，通过物质平衡原理，按照下列方法，可推算每级压力下的Xm，即可得到各组分的平衡常数。

衰竭实验过程可建立各组分物质平衡的方程与第k级压力下总物质的量平衡方程：

式中：Np为初始总物质的量，mol；Ym1，Ymk分别为第 1级、第k级压力下某组分在气相中的摩尔分数；Ngk，Nlk分别为经过k次降压后剩余气相、液相物质的量，mol；Xmk为第k级压力下某组分在液相中的摩尔分数；ΔNsk为第k级压力下排出的物质的量，mol；Vd为露点压力下的容器体积（以下简称露点体积），m3；pk为第k级压力，MPa；Rlk为第k级压力下的反凝析液量百分数；Zk为第k级压力对应的气相偏差系数；R为摩尔气体常数，J/（mol·K）；T 为地层温度，K；Sk，Sk-1分别为第 k级、第k-1级压力下的累积采出程度。

将式（7）代入式（1）即可得到每个组分的平衡常数。绘制不同组分平衡常数的半对数与压力的变化曲线，观察各组分曲线的单调性，进而可判别定容衰竭实验的合格性。

2 恒质膨胀与定容衰竭统一化判别

恒质膨胀实验是为了测定凝析气在地层中的体积膨胀能力和反凝析液量［8-9］，实验过程中，整个凝析气体系没有向外排出气体。在同一温度、压力下，相同初始体积凝析气恒质膨胀实验的反凝析液量应高于定容衰竭实验，若结果相反，说明PVT实验结果不可靠。

凝析气PVT实验报告中，恒质膨胀实验计算反凝析液量百分数为反凝析液量与膨胀后容器体积的比值，而定容衰竭的反凝析液量百分数为反凝析液量与初始露点体积的比值，两者计算反凝析液量百分数的分母不一致，需要将恒质膨胀实验中的容器体积折算至露点体积计算反凝析液量百分数进行对比。

第k次分级降压实验下气态平衡方程为

式中：Vk为第k级压力下实验容器体积，m3。

根据式（6）、式（8）可得到 Vd：

恒质膨胀实验第k次降压后，露点体积下的反凝析液量百分数为

3 经验图版

凝析气藏的最大反凝析液量越大，说明气藏反凝析作用越强，生产气油比越低［9-12］。通过统计渤海湾盆地凝析气藏21个PVT样品，得到生产气油比与定容衰竭实验中最大反凝析液量百分数的经验关系曲线（见图1），显示最大反凝析液量百分数与生产气油比有非常好的相关性。根据经验图版可以对PVT样品的合格性作进一步的判别。

图1 定容衰竭实验中最大反凝析液量百分数与气油比的关系

4 实例应用

渤海海域BZ凝析气田位于渤中凹陷西南部，区域构造上被渤中凹陷、沙南凹陷和黄河口凹陷环绕，整体表现为被走滑断层及其派生断层复杂化的具有背斜特征的断块构造［13-16］。在地层上，从上至下依次发育第四系平原组、新近系明化镇组和馆陶组、古近系东营组、沙河街组和孔店组以及太古宇潜山，其中太古宇潜山是主力产气层。

BZ凝析气田在太古宇潜山共获取11个PVT实验样品。为了便于阐述判别方法的应用实例，本文以BZ气田的样品A，B为例进行分析。样品A为分离器取样，基础参数见表1。油气分离平衡状态和取样质量经检查合格，样品未发生漏失，样品具有代表性。恒质膨胀实验及定容衰竭实验分级降压得到反凝析液量百分数数据（见表2、表3）。定容衰竭实验分级压力下的累积采出程度及各组分的摩尔分数见表4、表5。

表1 研究区样品A凝析气PVT基础参数

表2 研究区样品A恒质膨胀实验反凝析液量百分数

表3 研究区样品A定容衰竭实验反凝析液量百分数

表5 研究区样品A定容衰竭实验各组分摩尔分数

4.1 定容衰竭实验判别

根据样品A实验数据，利用定容衰竭实验判别方法，得到各组分平衡常数随压力变化曲线（见图2a）。从图中可以看出，C4与C5组分的平衡常数单调性差，出现明显“拐点”，同时，部分组分曲线发生交叉，表明样品A定容衰竭实验过程存在偏差，合格性差。同样利用该方法判别的样品B各组分的平衡常数单调性好（见图2b），样品合格。

图2 定容衰竭实验平衡常数与分级压力关系

4.2 恒质膨胀与定容衰竭实验统一化判别

根据表2，用式（10）折算至露点体积下的反凝析液量百分数。折算后，样品A恒质膨胀反凝析液量百分数小于定容衰竭实验（见图3a），与原理不符，说明样品A的PVT实验结果不合格；样品B各组分的平衡常数单调性好（见图3b），说明样品B合格。

图3 定容衰竭与恒质膨胀实验反凝析液量百分数对比

4.3 经验图版

利用图1经验图版检验BZ凝析气田实验数据。样品A在生产气油比1 095 m3/m3时，定容衰竭实验测得最大反凝析液量百分数为40.9%，而利用图版法得到的值为22.8%，两者差异较大，说明样品A合格性非常差；样品B气油比为1 208 m3/m3，实验室和经验图版得到的最大反凝析液量百分数分别为18.6%及19.8%，两者基本相当，说明样品B合格性好。

用上述3种方法对渤海湾盆地BZ凝析气田所有11个PVT样品进行分析，共有3个样品存在平衡常数曲线不单调、恒质膨胀的反凝析液量线位于定容衰竭实验下方、与经验图版的吻合度差等问题。之所以样品不合格，可能存在PVT反应釜不干净、黑油残留、实验室配样操作不当、计算结果出现偏差［17-20］等原因，可重新开展PVT实验或进行样品恢复。