凝析氣藏流體相態特征及影響因素

肖勝東,任帥鋒

(1.大陸動力學國家重點實驗室(西北大學)，陜西 西安 710069；2.西北大學 地質學系，陜西 西安 710069)

凝析氣藏是一種介于油藏和氣藏之間的特殊烴類礦藏，它的特殊之處在于：烴類流體在地層溫度、壓力條件下以氣態存在；當壓力降到某一界限以下時，氣態混合物中會析出液態烴。這種現象和一般情況相反，一般氣態物質( 如水蒸氣) 只有在壓力升高或溫度降低時才能凝聚成液體，因此，把這種現象稱為"反凝析現象"，這種氣藏稱為凝析氣藏[1-3]。

近年來，國內在塔里木、四川和渤海灣等盆地的深層勘探領域發現了一批凝析氣藏[4-5]。凝析氣藏在世界氣田開發中占有重要的地位，據不完全統計，地質儲量超過1×1012m3的巨型氣田中凝析氣田占68%，在儲量超過1000×108m3的大型氣田中則占56%，因此凝析氣藏具有巨大的勘探前景和重要的經濟價值[6-7]。但是在開發過程中，隨著壓力的降低，烴類流體會發生復雜的相態變化，呈現出油、氣兩相。數十年來，人們積累了大量凝析氣藏相態特征知識，在油氣藏類型判別、儲量計算和開發方式優化等方面都有較大進展。因此對凝析氣藏烴類相態的研究，不僅能認清凝析氣藏的形成及分布規律，還可以為開發方式和資源量預測提供可靠的理論基礎。

1 凝析氣藏流體相態特征

1.1 凝析氣藏流體組分特征

以TZ凝析氣藏為例[8]，將地層流體組成按C1+N2、C2～C6+CO2、C7+劃分為三個擬組分，繪制地層流體三元組成三角圖(圖1)，其烴類組成分布特征表現為：①輕組分摩爾含量高；中間組分摩爾含量一般為20%～30%；重組分C7+含量低，一般小于10%。②流體性質呈現出凝析油密度和粘度低，氣油比、體積系數和飽和壓力高的“兩低三高”特點。

圖1 TZ油田凝析氣三元組成示意圖

1.2 凝析氣藏流體相圖特征

綜合前人研究，認為形成凝析氣藏必須具備兩個條件[9-10]：(1)地層溫度介于烴類流體的臨界溫度和臨界凝析溫度(CT)之間，且地層壓力大于該溫度時的露點壓力；(2)烴類中的氣相含量超過液相，為液相反凝析于氣相創造條件，這是次生凝析氣藏形成的主要方式。

圖2 凝析氣藏P-T相圖

如凝析氣藏P-T相圖(圖2)所示，凝析氣藏原始狀態(A)的溫度介于臨界溫度與臨界凝析溫度之間，壓力位于相包絡線之外，原始狀態下烴類體系以單相氣態存在。隨著凝析氣藏的開采，氣藏壓力由A降低到露點壓力B時，無相態變化；從B到D，壓力降低體系中液相量逐漸增加；從D到E點，壓力繼續降低，由于蒸發作用體系中液相量又逐漸降低；當壓力低于E點時，凝析液全部蒸發為氣相。

2 凝析氣藏流體相態影響因素

2.1 溫、壓系統對凝析氣藏流體相態的影響

由上述凝析氣藏相態特征不難看出，溫度和壓力是控制流體相態的重要因素。溫、壓系統的變化，會使烴類體系的相平衡發生改變，使其既可能變為油藏又可變為純氣藏[11]。

楊德彬等，根據凝析氣藏不同的成因機理，提出了原生凝析氣藏和次生凝析氣藏形成的概念模式。原生凝析氣藏是指有機質熱演化直接生成凝析油氣，并且以凝析氣相運移進入圈閉中聚集成藏。此時，圈閉地層溫度介于臨界凝析溫度區間，地層壓力大于烴類體系在該溫度下的露點壓力(圖3a)。隨著凝析氣向上部圈閉運移，地層的溫度和壓力逐漸降低，當壓力低于烴類體系的露點壓力時，開始析出凝析油，此時形成帶油環的凝析氣藏(a2)；凝析氣繼續向上運移，進入兩相區，地層壓力小于該烴體系的露點壓力，凝析氣分離為氣、液兩相進入上部圈閉，聚集成為帶凝析氣頂的油藏(a3)；隨著凝析氣向更淺的圈閉運移，當地層壓力、溫度小于露點壓力和臨界溫度時，則形成帶氣頂的正常油藏(a4)。由于烴類向淺部圈閉運移或者圈閉構造抬升，就形成了一個從深部至淺部，在一個連續圈閉中由凝析氣藏 油藏的相態分布模式[7]。

a-原生凝析氣藏形成模式；b-次生凝析氣藏形成模式。Tm-臨界凝析溫度；TC-臨界溫度；Pm-露點壓力；Pf-地層壓力；Tf-地層溫度；a1-凝析氣藏；a2-帶油環的凝析氣藏；a3-帶凝析氣頂的油藏；a4-帶氣頂的油藏；b1-油藏；b2-帶凝析氣頂的油藏；b3-帶油環的凝析氣藏；b4-凝析氣藏。

圖3 凝析氣藏形成概念模式圖[7]

次生凝析氣藏是指油藏經過后期改造而形成的凝析氣藏。早期形成的油藏，隨著埋深的不斷增加，地層溫度、壓力也相應增大，烴源巖達到高成熟階段，進入生氣門限，開始大量生成天然氣。天然氣進入油藏會在該圈閉中形成氣頂(圖3b)，隨著埋深的增大，當地層溫度大于臨界溫度時，壓力繼續增大，原油中的一些輕質組分會反溶于天然氣中，形成帶凝析氣頂的油藏(b2)；埋深繼續增加，地溫升高使原油發生裂解生成原油裂解氣，與烴源巖生成的天然氣共同供給油藏。隨著供給量的增大和地層壓力大于該烴類體系的露點壓力，更多的原油會反溶于天然氣中，形成底部帶有油環的凝析氣藏(b3)；隨著地層溫度、壓力的繼續增大，當天然氣供給量繼續增大至足以溶解所有原油，或圈閉幅度不具備保留油環的條件，則形成純凝析氣藏(b4)[7]。

2.2 烴類組分對凝析氣藏流體相態的影響

諸多研究表明，烴類組分從根本上控制著凝析氣藏的相態特征，烴類組分的變化會使該流體的臨界溫度和臨界壓力發生改變[12-13]。凝析氣藏烴類組成主要包括氣態烴、液態烴和非烴，由于液態烴的組分十分復雜，難以完全鑒別分離，因此為了簡化相態模擬計算往往將這一部分視作一個整體擬組分(C7+)。氣態烴的組分包含有甲烷和重烴氣(C2-C6)兩部分；非烴組分較為復雜，主要包括水、CO2、N2、H2S等，但是普遍認為對流體相態影響最為重要的是CO2。

實驗模擬表明，隨著流體組分中甲烷含量的增大，凝析氣包絡線逐漸上移，飽和壓力稍有增大，但臨界溫度降低。隨著流體組分中濕氣含量的增多，凝析氣流體飽和壓力隨之降低，同時最大凝析溫度也在逐漸降低，臨界點位置變化不大，總體也表現為隨濕氣含量增多臨界溫度升高而臨界壓力降低的趨勢。隨著流體組成中液態烴(C7+)含量的逐漸增多，飽和壓力逐漸降低，而臨界凝析溫度增大。臨界點受C7+組分變化的影響特別明顯，隨著液態烴含量的增多，臨界溫度明顯上升[14]。

2.3 多孔介質對凝析氣藏流體相態的影響

多孔介質中凝析氣藏流體的滲流特性，與一般的氣-液兩相滲流有所不同。國內外學者在多孔介質對烴類體系相平衡規律的影響方面，做了大量的探索，得出多孔介質將使流體露點壓力升高等結論[15]。與此同時，也研究了多孔介質的潤濕性、毛管力等對相平衡的影響。Lee建立了描述多孔介質中毛管力對儲層流體PVT特性和相平衡特性影響的理論通用公式(1991)，經分析得出結論：對儲層多孔介質而言，由于界面曲率較大，毛管力的影響不容忽略，它使得露點升高、氣-液平衡組成發生變化等。

國內，郭平在常規相態分析的基礎上,提出了考慮多孔介質毛管力對相態影響的理論模型[16]。通過分析得出：親油巖石使烴類上露點上升，下露點下降，泡點也下降。而憎油巖石則剛好相反，且影響程度隨靠近臨界點和孔徑增大而減小。

總之，在實驗測試方面，國內需要發展能測試真實巖心中凝析油氣混合物相態的精密儀器，用于確定多孔介質是否對烴類體系相平衡規律存在影響；需要研發測試凝析油和多孔介質界面吸附的液-固吸附儀，測定凝析油和多孔介質的吸附作用。在理論研究方面，多孔介質中烴類流體相平衡規律的研究，直接關系到凝析油氣的滲流規律和相態測試理論與方法，故對它的研究具有重要意義。

3 研究發展趨勢

(1)凝析氣藏相態研究的進一步發展將主要包括：高溫高壓凝析氣相態、近臨界凝析氣相態、氣-液-固三相復雜相態、烴-水體系相態研究等。

(2)凝析氣藏的形成機理、主控因素和分布規律的研究，對凝析氣藏的勘探具有重要的指導意義。

(3)由于各種原因在凝析氣藏開發初期未能取得代表性PVT樣品等問題，凝析氣藏相態恢復理論的研究能較好的解決該問題。

(4)對于凝析氣藏中有機固相沉積機理的研究，都沒有考慮多孔介質的影響，且很少研究其動態條件下的沉積機理。同時，有機固相沉積對開發動態的影響，以及如何防止有機固相沉積都需要進一步研究。