水溶气影响气田开采的实验研究

沈羞月 郭平

(西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500)

水溶气是指在一定条件下地下水中溶解的天然气。通常天然气以被溶解的方式富集于地下储水层中，当地下水被采集到地表后，溶解在水中的天然气将会因水溶气饱和度的降低而从水中析出，与常规天然气一样成为可利用的工业燃料或原料。

全世界水溶气资源丰富，美国、意大利、匈牙利、菲律宾、伊朗和日本等国家都发现有水溶气藏［1］。科尔钦施坦金H B的研究认为，含油气盆地中地层水溶解的天然气资源量为33837×1012m3。据洛瓦西湟姆基估算，世界水溶性天然气资源量比常规天然气的总储量高出十至上百倍［1－3］。

影响水溶气溶解度的因素主要有矿化度、温度、压力和天然气组成［4－5］。矿化度越低，溶解气量越多［6］。海洋水矿化度相对于陆上低，水溶溶解气量也相对较高，为8～10 m3m3。荔湾3－1气田位于中国南海，地层水矿化度相对较低，地层水中含有大量水溶气。研究水溶气对气田开采的影响，具有重要意义。

1 实验装置及步骤

1.1 实验装置

衰竭实验是在长岩心驱替装置上完成，分为两组实验，实验组合方式如表1所示，实验流程如图1所示。此套流程主要由水体、注入泵系统、长岩心夹持器、回压调节器、压差表、控温系统、液体馏分收集器、气量计和气相色谱仪组成。其中1 m的三轴长岩心夹持器是长岩心驱替装置中的关键部分，主要由长岩心外筒、胶皮套和轴向连接器组成。

图1 实验流程图

表1 实验组合方式

1.2 凝析气样品准备

凝析气根据中国石油天然气行业标准SYT5543—2002“凝析气藏流体物性分析方法”，采用现场取得流体样品，在地层温度下，按露点压力配制凝析气样品，样品基本参数见表2。

表2 凝析气样品基本参数

SAND1、SAND2和SAND3层流体性质相差不大，采用样品A进行实验研究。SAND4层采用样品B进行实验研究。

1.3 水样准备

LW3－1地区的地层水为氯化钙型，由于各层地层水性质差异不大，4层岩心采用相同的地层水，实验中按LW3－1－1井所钻的SAND3层所取的地层水进行配制。具体地层水数据如表3所示。

表3 地层水性质分析

本次实验考虑水体中饱和凝析气，按照表1中的水体数据，准备相同体积的中间容器待用，先在实验温度和压力下将中间容器饱和水样，再向中间容器中加入凝析气样品，充分搅拌后，凝析气溶解在水样中，至此水样准备完毕，将饱和凝析气的水样保持实验所需的温度和压力待用。

1.4 实验步骤

(1)准备凝析气样和仪器。安装好长岩心夹持器，对仪器进行校正，清洗和吹干，试温和试压，然后抽空待用，并将其恒温到实验所要求的值。SAND1、SAND2和SAND3层的实验温度为106.6℃，SAND4层的实验温度为108.9℃。

(2)建立束缚水。在低压下饱和定量的地层水，然后静止24 h，使地层水在长岩心中蒸发，均匀分布于长岩心中。

(3)建立系统压力。先在实验温度和压力条件下饱和分离气，建立起系统压力。其中 SAND1、SAND2和SAND3层的实验温度为106.6℃，系统压力为32.97MPa，SAND4层的实验温度为108.9 ℃，系统压力为35.818 MPa。

(4)凝析气的饱和驱替。用配制好的凝析气样品，数倍于孔隙体积的量进行驱替，置换出分离气。当出口端的气体组成与驱替气的组成一致，且出口端气油比与凝析气样品基本一致时，凝析气样品饱和成功，则停止饱和凝析气驱替过程。

(5)连通水体与长岩心。打开水体与长岩心连通的阀门，连通水体与长岩心，待二者压力稳定后进行衰竭实验。

(6)衰竭实验。在长岩心内从地层压力开始进行衰竭实验研究，采出流体在冰水混合物条件下分离为气样、水样和凝析油样，用玻璃瓶收集凝析油和水并称重，采出气量用全自动气量计计量，油样和水样在油水界面分离后分别计量。衰竭到废弃压力8MPa后，再将岩心中的压力逐步降至0，以验证储量。

2 实验结果

为了与常规分析计算的凝析油和气采收率(未考虑水中溶解气量的影响)进行对比，在考虑水中溶解气量影响时，天然气总储量是岩心中实际储量和水中溶解气量之和，而凝析油总储量是天然气总储量按储量气油比推算而得，水中溶解气为烃类干气不含凝析油，因此，计算出的气和凝析油采收率分母均变大。相对于岩心中油气储量而言，计算出的气和凝析油采收率将减小，减小幅度将随水体的增加(水体中溶解的气量将变大)而增大。

2.1 SAND1、SAND2、SAND3 层三层合采衰竭实验结果分析

SAND1、SAND2、SAND3凝析油采收率和气采收率对比如图2和图3所示。图中“不考虑水体中气”是指天然气中去除了水体中的气而得到相对于岩心天然气储量下的采收率，油采收率则只考虑了相对岩心凝析油储量。“考虑水体中气”是指油气储量中均含有溶解气。

由于水体中饱和了气体，对采收率有一定影响。SAND3层的水体倍数为17倍，水体较大，水中溶解总气量较大。因此，计算未考虑水体影响的气采收率和凝析油采收率明显大于其他两层。

2.2 SAND4层单层衰竭实验结果分析

SAND4层凝析油采收率和气采收率对比如图4和图5所示。

图2 三层合采凝析油采收率对比

图3 三层合采气采收率对比

由图4和图5可知，由于SAND4层水体体积较大，达到2575 mL，因此，水体中含有的气量较多，在总气量中所占比例较大，造成理论上气的采收率较大。即“不考虑水体中气”的气采收率较大，已超过100%，达到180%左右，而实际上气的采收率不能大于100%，因此在计算气的采收率时应该考虑水体中气的影响。

图5 单层气采收率对比

3 结语

(1)与气田相连的地层水中含有大量的水溶气，特别是水体倍数较大时，水溶气的储量就会很大。

(2)在气藏开采过程中，水中溶解气会释放出来，大大提高气体采收率。

［1］张子枢.水溶气浅谈［J］.天然气地球科学，1995，6(6):29－34.

［2］Batino R.The Ostwald Coefficient of Gas Solubility［J］.Fluid Phase Equilibria，1984，15(3):231 －240.

［3］周文，陈文玲，邓虎成，等.世界水溶气资源分布、现状及问题［J］.矿物岩石，2011，31(2):73－78.

［4］王雪吾，刘济民.我国水溶性天然气资源分析与预测［J］.天然气工业，1994，14(4):18 －215.

［5］Dhima A，De Hemptinne J C，Moracchini G.Solubility of Light Hydrocarbons and their Mixtures in Pure Water under High Pressure［J］.Fluid Phase Equilibria，1998，145(1):129－150.

［6］Tang X L，Jiang Z X，LI F G，et al.Solubility Measurement of Natural Gas in Reservoir Formation Water under(333.2 to 392.2)K and(15.0 to 43.6)MPa［J］.Journal of Chemical and Engineering Data，2011，56(4):1025－1029.