凝析气藏单井油气界面预测方法研究-.pdf

6 0 2 0 1 5 年0 4 月 凝析气藏单井油气界面预测方法研究 熊钰 周路遥 余翔 2 1 ． 西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都6 1 0 5 0 0 ； 2 ． 中国石油天然气集团公司西南油气田分公司蜀南气矿 ，四川 泸州6 4 6 0 0 0 摘 要 凝析 气藏储层 中的流体 由于压力和 温度 的影响 ， 往往 呈现 出组分随深度 变化 的现 象， 即组分梯度特征 ， 确 定凝 析气藏油气界面位置对凝 析气藏的合 理开发具有重要意义。国 内外研 究认 为 ， 温度 变化 对组分梯度 影响较小 ， 可以忽略。 因此， 在推 导等温组分梯度理论 模型 的基础 上 ， 分析 了安岳 气 田 Y 1 0 1 5 3 一 X 2井流体 组分 的分布 情况 ， 并利用饱和压 力与油 气藏压 力对比 图版 法确定 其油 气界 面位置约在 油藏深度 2 3 1 01T I 。结果表 明 该理 论模型能准确预 测凝 析 气藏单 井油气界面 位置。 关键 词 凝析 气藏 ； 组分梯度 ； 饱 和压力 ； 油气界面 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 5 5 3 9 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 1 3 0前 言 凝析气 藏 和挥 发性 油 藏储 层 中的流 体往 往呈 现 出 组 分 随油藏深度 变化 的现 象 。一些 学者认为 ， 在油气 藏 形 成早期 ， 油气 藏 内的流体 组成在 横 向和纵 向上会存 在 一 定 的差异 ． 经 过长 时 间地质 时代 的混合 ， 油气 藏 内部 流体最终 达到平衡 。然 而 ， 油气藏 中压力 和温度并非 均 一 。油气藏 中流体 组分 的差 异是必然存在 的 。早在 1 9 3 9 年 S a g e B H等人 [ 1 就对此现象进行 了大量的研究 ； 后 来 ， Wh i t s o n C等人 口 提 出 了化 学／ 重力平衡 方法 来计 算油 气 藏 组分 梯度 F i r o o z a b a d i A 提 出了考虑 重力 作用 、 地 温 梯 度和热 传导作用 下 的组分 理论模 型 ， 从 而改进 了组 分 梯 度理论 。可见 ， 在开发此类油气藏 时 ， 充分考 虑油气 藏 流体组分梯度现象是必要 的。 一 般 说来 ， 油 气藏 深度 越深 ， 混 合 物 的重组 分含 量 越 多 。 而轻 组 分含量 越少 ， 流体 的组 成 随深 度变 化 的差 异性使其饱 和压力 也随深 度改变而发生变化 。油 的饱和 压 力一般 随着 甲烷 浓度 降低 而下 降 ， 而凝析 气 的露点 则 随重组 分的增加 而升 高。在油气藏 中 ， 若饱 和压力都 低 于油藏压力 ， 油气藏 中就 没有气 一 油接触 面。而在某一深 度处 ， 若饱 和压 力等 于油 藏压力 ， 那 么 就认 为此 深度 处 为气一 油接触 面 。 即油气界 面。 1 组分梯度理论模型 推导 对于油气 藏流体 i 个组分组成 的系统 ，根据热力学 定律 ， 其吉 布斯 自由能可表示为温度 r， 、 压力 P和组分 的 l ， 函数 G Y T， P， z 1 ， z 2 ⋯． ， z 1 式 中 G为 吉布斯 自由能 ， J ／ m o l ； T为温 度 ， K； p为压 力 ， M P a 为 i 组分 的摩尔含量 ， ％。 组分 i 的化 学势 为吉 布斯 自由能 G 对 成分 的偏 微 分 ， 多组分系统 内 i 组 分的化学式定义为 胁 G i f O G 2 式 中 “ 为组 分 的化学势 ， J ／ too l 。 i 组分化学势 的全微 分为 l 券 l d n 罢 l ，，d z c3 由文献 [4 - 5 ] 中的推论可 以得 出 ， dz M g d h 咩 ㈩ 收稿 日期 2 0 1 4 ～ 1 1 - 0 3 基金项 目 安 岳须 二气藏油气水关 系及开发对策研究 XN S 0 3 J S 2 0 1 2 0 9 6 作者简介 熊钰 1 9 6 8 一 ， 男 ， 四川南充人 ， 教授 ， 博士 ， 现从事油气藏工程 、 油气藏流体相态理论与测试及 注气提 高采收率方 面 的教学和研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 式中 Mi 为组分 i 的摩尔质量， k g ／ m o l ； p为流体密度， k 咖 。 ； g 为 重 力 加 速 度 ，g 9 ．8 m ／s 2 ； l 为 偏 摩 尔 体 积 ， m 3 ／ mo l ， 为 组分 i 的热 扩 散 相 关 项 ， J ／ to o l ； 为 垂 直 井 深 ， m。 由于 d P -wg d h ， 联立式 3 、 4 ， 有 一S d 5 f ＼ 式中 产 一 l I 为 偏 摩 尔 熵， J ／ m o l K 。 组分 i 在 P、 T 状态下 的化学势为 t L ； t t R7 1 n S 6 式 中 为参 考化 学 势 ， J ／ to o l ； R为气 体 常数 ， R 8 ． 3 1 4 J ／ too l K 。 联立 式 5 、 6 ， 得 R T d 1 n f Mg d h s ld d T 7 式 中 为组分 i 的逸度 ， P a 。 式 7 是在同时考虑重力作用、 地温梯度和热扩散 作 用下 的情况 ， 若 只考虑 重力作用 ， 即 d 0 ， 则组分梯 度 模 型为 RT d 1 n f Mg d h 8 组分 从 参考深度 h 。 变化到 h时 ， 其逸度 计算为 删 扪0 e x 9 式 中 为 油气藏 深度 h处组 分 i 的逸度 ， P a ；f h o 为 油气 藏深 度 h 。 处组 分 的逸度 ， P a ； ‰ 为 参考 深度 ， m； 为油气藏深度 ， n l 。 文献 [ 6 3 中指 出 ， 若油 气藏 不 同深 度处 的组 分 i 的逸 度 值为 已知 ， 则 可按照式 1 O 计 算得 到不 同深度处 流体 组 分 i 的摩尔含量 。 f y 1 ＼ l ／ 1 o 热 y ； e x 。 由f z , p p可 知 ． 要 求 得各 组分 逸度 值 ， 则需 先求 得 相应 的逸 度系数 。对 于求 解逸度系 数 ， 通常采 用 职 Ⅲ 状 态方程求解 p V - b 一 而V V b V ⋯ 6 一 6 对 于混 合 物 中 组分 R 2 T 2 一 ，1 2 0 ． 45 7 2 4； 6 Pc i n b 盟 ，Qb 0 ． 0 7 7 8 0。 pd 沿 用 S o a v e G E s 的关 联 方法 ， 艘 方程 中 可调温 度 函 数 的关 联 式 为 ． 第 3 3卷 第 2期 O I L A N D G A S F I E L D D E V E L O P M E N T 油 号 田 开 发61 O L 。 ， [ 1 m 1 7 T ] 1 2 其 中 m O ． 3 7 4 6 4 1 ． 5 4 2 2 6 一 0 ． 2 6 9 9 2 将真实的气体状态方程p V z ． n R T 代入式 1 1 ， 可 得到压缩 因子三次方程 Z 1 - B Z 2m 『 2 召 3 B | r广 3 醮 Z n 1 一 A,,, B m - B2 一 0 1 3 其 。 对于混合物 ， 式中的 ‰、 b 一般 由以下混合规则 求 得 1 1 4 6 m ∑ l 1 5 联立 式 1 1 ～ 1 5 ， 得 I n 一 1 - I n Z - B 一 H 1 6 0 式 一 Z m ⋯ 2 ． 4 ⋯ 1 4 Bm B 享 2 、 ／ 、 ‰D m _ --- ⋯ 一 ～ - a a i o t ,a j 1 - k ； 为二元交互作用系数 。 2饱和压力理论模型推导 在逸度 计算模 型的基础上 ， 可以构造 相平衡计 算数 学模 型 ] 。 饱 和压力 常用的数学模 型求解方 法有逐 步迭 代算法和牛顿一 拉夫森算法 。本文主要介绍露点压力逐 步迭代算法 。用于相态计算 的热力学平衡条件方程组如 式 1 7 。 p， T ， ， x i L -- f l y 0 p， T， Y ， 施 v 0 p ， T ， y i ， 批 r v 0 1 ，T ， Y ， 卜 1 L -- f 1 V m 0 ，T， y i ， 麓 v 0 1 7 当油气烃类体 系相态变 化处于露点 状态 时 ， 其相 平 衡 的物质 量平 衡关 系表现 为平衡 气相 的摩 尔分数 趋 于 1 。 平 衡液相的摩尔分数 趋 于 0 。 气相 、 液相组分 i 的 摩尔分数表 达式 为 ，y _ - z 1 8 v 一 _z I l 1 一 1 __ _ 罟 1 9 1 K - 1 而露点 状态的组成归一化条件则为 ∑ ∑ Z i 1 2 0 1 i l K 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m