塔里木油田注天然氣油氣混相帶研究

羅 強 陳利新 王俊芳 馬燕妮 楊 博 趙 彬

(中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

0 前 言

目前，我國大多數油田已進入水驅油藏開發后期，油藏具有低滲、高黏、高溫等特性，注聚合物驅已不再適應這類油田的三次采油。注氣開發具有驅油效率高且氣源尋找相對簡單等特點，塔里木油田、克拉瑪依油田、吐哈油田、大慶油田、遼河油田等均考慮注氣驅并進行了相關的實驗評價工作。

我國油藏注氣氣體主要包括CO2、干氣、伴生氣等[1-4]。國內外學者開展了一系列注氣混相評價工作。Mcguire等人進行了注氣驅替巖心實驗，并對殘余油飽和度進行了評價[5]。劉玉章等人研究了低滲油藏中孔隙特征對注氣驅油混相的影響[6]。湯勇等人對注CO2混相驅在油藏篩選、室內實驗評價、數值模擬、經濟風險評價等方面進行了可行性評價[7]。Mansour等人利用80%甲烷和20%乙烷氣體驅替低滲油藏原油，通過地層非均質性、注采井距、注氣周期等3個參數對驅油效率進行評價，結果發現，地層均質性對氣驅采收率有很大影響，低滲均質油藏采收率大于低滲非均質油藏采收率[8]。目前，國內外對注氣混相驅的研究僅在室內實驗評價階段，未形成系統認識，同時也未與現場實際情況作對比分析[9-13]。

本次研究以塔里木油田東河1區塊作為研究對象，將采油井到注氣井間劃分為5個注氣相帶——原油相帶、前緣過渡帶、混相帶、兩相帶、氣相帶，并對 5個相帶進行定義。通過理論計算和PR狀態方程校正，建立注氣混相理論計算模型，利用該模型計算前緣過渡帶、混相帶、兩相帶中流體的物性變化，將計算結果與東河1區塊采油井DH1-2進行對比，發現計算結果與該井流體物性變化趨勢一致。

1 注氣相帶認識

東河1區塊注氣開發一段時間后，出現了5個流體性質變化階段，根據各階段性質變化情況，將采油井到注氣井間劃分為5個注氣相帶——原油相帶、前緣過渡帶、混相帶、兩相帶、氣相帶，如圖1所示。

圖1 注氣相帶劃分示意圖

(1)原油相帶。原始地層條件下，原油相態未受注氣影響，地層流體保持初始狀態，氣油比不變。

(2)前緣過渡帶。地層原油溶解部分氣體，原油變輕，氣油比初步上升。

(3)混相帶。氣體多次接觸、抽提原油，輕質組分不斷向前移動，與前緣過渡帶形成混相帶，氣油比緩慢上升。

(4)兩相帶。原油繼續被抽提，原油中重質組分增加，原油在地層條件下開始脫氣，形成氣、液兩相，氣油比迅速上升。

(5)氣相帶。原油被完全驅替，殘余油飽和度低于10%，生產以氣相為主。

2 注氣混相理論計算模型

2.1 PR狀態方程校正

對地層原油的密度、黏度等性質進行測定，采用PR狀態方程對液相體積進行校正，如式(1)所示：

(1)

(2)

式中：p——地層壓力，MPa；

T——地層溫度，℃；

V——原油體積，m3；

a、b、c——方程參數；

R——氣體常數；

TG——氣體臨界溫度，℃；

pG——氣體臨界壓力，MPa；

λRA——SRK狀態方程Peneloux修正系數。

利用PR狀態方程對地層流體測試結果進行擬合，擬合數據包括地層溫度下的氣油比、飽和壓力、密度等，得到地層流體參數體系。在該體系下可計算任何溫度、壓力下的流體高壓物性參數，為多次接觸理論模型提供支撐。

2.2 多次接觸理論計算模型

注入氣與地層原油發生第1次連續性接觸，氣體抽提出輕質組分后，繼續進入下一個單元進行接觸，抽提出的氣體不斷變重，直到注入氣與“新鮮”地層原油混合界面張力為0。

假設互相接觸相為一個單元z，z由向前接觸相x與被接觸相y組成，接觸方程如式(3)所示：

zij=βjxi+(1-βj)yi=βj-1xi+(1-βj-1)yi

(3)

接觸方程受相平衡方程約束：

yijφiG=xijφiL

(4)

最終各組分摩爾含量關系為：

(5)

式中：i——流體組分，C1，C2，C3，…，CN；

j——向前接觸相與被接觸相混合單元，j=1，2，3，…，M；

βj——j單元體積，m3；

zij——j單元混合相中，i組分的摩爾分數，%；

xij——j單元向前接觸相中，i組分的摩爾分數，%；

yij——j單元被接觸相中，i組分的摩爾分數，%；

φiG——氣相中i組分的逸度，MPa；

φiL——液相中i組分的逸度，MPa。

3 對不同注氣相帶的認識

在注氣過程中，原油相帶未受影響，氣相帶殘余油飽和度低，以氣相生產為主，故下面僅對前緣過渡帶、混相帶、兩相帶進行分析。

3.1 前緣過渡帶

選擇PR狀態方程校正，利用相平衡原理，模擬注入氣第1次接觸原油時，原油物性的變化規律，結果如表1所示。隨著注入氣不斷溶解在原油中，氣油比、膨脹系數、泡點壓力、地面油密度等參數值不斷增大，地下油密度、地下油黏度等參數值不斷減小。

表1 注入氣第1次接觸原油時地層原油物性變化

3.2 混相帶

多次向前接觸過程中，向前推進的注入氣與“新鮮”油以5∶1(摩爾比)多次接觸后，不斷抽提原油中輕質、中間烴組分，形成富烴過渡相，與原油相接觸界面張力為0，發生混相。通過細管實驗測定東河1區塊不同壓力條件下的驅油效率，實驗結果如圖2所示。驅油效率為90%時所對應的壓力為最小混相壓力，為33.07 MPa，該壓力低于地層壓力，注入氣與原油發生混相作用。

圖2 東河1區塊最小混相壓力計算結果

利用多次接觸理論計算模型，計算產出天然氣摩爾組分的變化情況(見表2)。隨著注入氣多次向前接觸，產出氣中N2、CO2含量逐漸增加，C1—C6不斷減少，這是因為N2、CO2不易溶于原油，隨著注入氣抽提作用的加強，N2、CO2被逐漸帶出。

表2 不同接觸次數下天然氣組分變化

3.3 兩相帶

多次向后接觸過程中，原油不斷隨氣體被抽提出來，氣油比逐漸上升，這一現象發生在兩相帶。隨著原油不斷被抽提，原油中輕質組分(C2—C7)、中間烴組分(C8—C29)含量呈緩慢下降的趨勢、重質組分(C30+)含量大幅增加(見圖3)，原油密度、黏度增加(見圖4)，氣油體積比逐漸上升(見圖5)。

圖3 多次向后接觸原油組分變化

圖4 多次向后接觸原油密度、黏度變化

圖5 多次向后接觸氣油體積比變化

4 實例應用分析

4.1 生產動態

東河1區塊于1990年11月正式投產，經歷衰竭、注水、注水+注氣、注氣開發等階段。DH1-2井于2003年3月19日投產。2014年9月12日DH1-6-10J井開始進行注氣開采。2015年8月13日DH1-2井注氣受效，該井為東河1區塊第一口注氣受效油井，生產情況良好(見圖6)。其中，油壓由0.10 MPa上升至23.37 MPa，日產油量由 41 t上升至120 t，日產氣量由270 m3上升至6.05×104m3。

圖6 DH1-2井生產曲線

4.2 實例分析與認識

DH1-2井注氣受效前天然氣、原油性質幾乎不發生變化，為原油相帶。注氣受效后，其天然氣、原油等流體性質均發生變化，如圖7—圖10所示。

由圖7可知，天然氣中N2、CO2含量逐漸增加，C1—C6含量逐漸減少。這是由于注氣受效后，產出的天然氣受溶解、多次向前接觸等因素影響，輕質組分減少，而不易溶于原油中的N2、CO2含量逐漸增加。如圖8—圖10所示，原油中輕質組分(C2—C7)、中間烴組分(C8—C29)含量均呈下降趨勢，重質組分(C30+)含量逐漸增加，原油密度、黏度先下降后上升，氣油體積比逐漸上升。這是由于隨著油井注氣逐漸受效，溶解作用使原油密度、黏度減小，進入兩相帶后，注入氣不斷抽提原油中輕質、中間烴組分，原油逐漸變重。目前，DH1-2井產出的流體位于兩相帶，后期將逐漸進入氣相帶。

圖7 DH1-2井天然氣各組分摩爾分數變化曲線

圖8 DH1-2井原油各組分摩爾分數變化曲線

圖9 DH1-2井原油密度、黏度變化曲線

圖10 DH1-2井原油氣油體積比變化曲線

5 結 語

將采油井到注氣井間劃分為原油相帶、前緣過渡帶、混相帶、兩相帶、氣相帶等5個相帶。通過理論計算和PR狀態方程校正，建立混相計算模型，該模型能很好地解釋不同注氣相帶流體的性質變化情況。

前緣過渡帶中，注入氣開始不斷溶解在原油中，氣油體積比、膨脹系數、泡點壓力、地面油密度等不斷增加，飽和油密度、飽和油黏度等不斷降低?；煜鄮е?，隨著注氣持續推進，采出井先采出向前接觸次數更多的天然氣，天然氣中N2、CO2含量逐漸增加，C1—C6含量逐漸減少。

兩相帶中，因多次向后接觸，原油輕質組分(C2—C7)、中間烴組分(C8—C29)含量減少，重質組分(C30+)含量增加，原油密度、黏度增加，氣油體積比上升，這是由于注入氣的抽提作用使原油逐漸變重。

理論計算結果與DH1-2井實際生產數據相一致。