秦皇島A油田CO2對帶凝析氣頂油環特征的影響

2018-05-23 06:45:23楊東東劉英憲王美楠

石油地質與工程 2018年2期

楊東東，劉英憲，段宇，王美楠，李功

帶油環的凝析氣藏是一種凝析氣與油環共存的油藏，在漫長的地質演化、運移及存儲過程中，凝析氣與油環處于水動力學平衡、熱力學平衡及多組分相態平衡狀態。一般情況下認為，其原油處于飽和相平衡[1–9]。由于此類油藏的特殊性，近年來關于相不平衡的未飽和氣頂油氣藏在國內外有少量的報道，但含有 CO2的相不平衡凝析氣藏未見報道。本次研究中大量運用了秦皇島29–2帶油環的凝析氣藏的實測資料，驗證了相不平衡未飽和油藏存在的可能性，并從油氣組分入手研究了形成該相不平衡未飽和油藏的原因。

1 帶油環凝析氣藏地質油藏特征

秦皇島A油田鉆井揭示的地層自上而下依次為第四系平原組、新近系明化鎮組、館陶組和古近系東營組和沙河街組，主要含油層系發育于新近系館陶組和古近系東營組，東營組東三段帶凝析氣頂為本次研究的目標層位。東營組整體表現為受構造、巖性雙重因素控制的帶油環的凝析氣藏和帶邊底水的凝析氣藏，油氣藏埋深3 050～3 318 m，壓力系數0.99～1.01，壓力梯度0.45～0.97 MPa/100 m，溫度梯度2.6℃/100 m，屬正常壓力和溫度系統。東營組東三段油環地面性質表現為輕質油，密度低、黏度低、含硫量低、膠質瀝青質含量少–中等、含蠟量高；凝析氣頂富含凝析油，與地面凝析油性質相近，具有密度低、黏度低、含硫量低、膠質瀝青質含量低、含蠟量高等特點。

2 帶油環凝析氣藏的相平衡判斷

秦皇島A油田帶油環的凝析氣頂油藏為一受控于石臼坨凸起東傾末端北側邊界斷裂的斷鼻構造，主要目的層為東營組和館陶組，東營組油層發育在東三段，為帶油環的凝析氣藏。秦皇島A油田1井在東三段上部鉆遇富含 CO2的凝析氣，在氣頂下部鉆遇密度為0.835 g/cm3的輕質油環，在1井油環處進行DST測試，在分離器條件下配樣測試油環油地層條件下的參數。秦皇島A油田2井僅鉆遇少量氣頂就進入油環，在油環離油水界面較近的層位井下取樣，測試油環地層流體參數。1井在凝析氣頂處取樣測試凝析氣頂在地層條件下的流體參數。根據相平衡理論，對氣頂和油環用STANDING方法進行了相平衡判斷，如果回歸關系呈現線性，兩者為相平衡；如果回歸關系呈現非線性，兩者為相不平衡。

從1井相平衡判斷結果來看（圖1），認為該帶油環的凝析氣藏在油氣界面附近氣頂與油環處于相平衡狀態，從1井油環地層流體的配樣測試結果來看，飽和壓力與地層壓力相等。因此可以認為，該帶油環的凝析氣藏在油氣界面附近油環處于飽和相平衡的狀態。從2井相平衡判斷結果來看（圖2），認為該帶油環的凝析氣藏在非油氣界面附近氣頂與油環處于相不平衡狀態；從2井井下取樣的測試結果來看，該油環樣品飽和壓力遠小于地層壓力，地飽壓差達到16 MPa。可以認為該油環在非油氣界面附近處于相不平衡未飽和狀態，油環的飽和壓力隨著深度的增加呈現明顯的降低趨勢。

從表1的氣油體積比、壓力系數與壓縮性等參數來看，該油環的性質從氣油界面處到油水界面過渡的過程中存在較大的差異。而實際上，1井與2井在平面上的距離不足1 500 m，縱向上相距不到40 m，本次研究認為這主要是由于凝析氣頂富含CO2所致。

圖1 1井油環與氣頂的相平衡判斷

圖2 2井油環與氣頂的相平衡判斷

表1 秦皇島A油田油環油高壓物性分析數據

3 帶油環凝析氣藏相平衡變化原因

3.1 CO2物理化學特性及相態特征

基于CO2臨界溫度和臨界壓力低，CO2應用于采油有類似于丙烷的物理性質，易于壓縮、可超臨界態或液態輸送。從CO2的P-T相圖可知（圖3），CO2的蒸汽壓曲線始于氣–液–固三相點，終于臨界點。三相點上，溫度為-56.42 ℃，壓力為0.519 MPa，氣–液–固三相呈平衡狀態。臨界點對應的溫度為304.70 K，壓力為7.07 MPa；在臨界點附近，氣液兩相形成連續的流體相區，既不同于一般的液相，也不同于一般的氣相。CO2易溶于原油中，其溶解性隨壓力的增加而增強，當壓力降低時，又會從原油中脫出。CO2溶于原油中，會引起原油膨脹、黏度降低、密度改變，同時降低界面張力。當油藏溫度和壓力均高于 CO2的臨界溫度和壓力時，會在油藏形成超臨界狀態，對原油產生超臨界萃取作用。

3.2 帶油環凝析氣藏相不平衡原因分析

從表2可以看出，秦皇島A油田的地層壓力與地層溫度均高于甲烷、已烷、丙烷及二氧化碳的臨界壓力及臨界溫度，足可以使該四種物質處于超臨界狀態，超臨界狀態就是當溫度高于臨界溫度（Tc）、壓力高于臨界壓力（Pc）的狀態下，一些組分的性質會發生變化，其密度近于液體，黏度近于氣體，擴散系數可為液體的100倍（特別是CO2），因而具有驚人的溶解能力。該凝析氣的二氧化碳含量達到了42%~90%，研究認為，正是凝析氣中富含達到了超臨界狀態的 CO2，通過超臨界萃取作用使得窄油環的油品性質在縱向上發生了巨大的變化。油環上部主要由一些分子量或碳數較少的輕烴類組成，氣頂氣在其中容易溶解并達到相平衡；反之在油環底部，油中的高碳數的組分較多，氣頂氣在其中的溶解受到了限制，沒有達到相平衡。