凝析气藏流体相态特征及影响因素

肖胜东,任帅锋

(1.大陆动力学国家重点实验室(西北大学)，陕西 西安 710069；2.西北大学 地质学系，陕西 西安 710069)

凝析气藏是一种介于油藏和气藏之间的特殊烃类矿藏，它的特殊之处在于：烃类流体在地层温度、压力条件下以气态存在；当压力降到某一界限以下时，气态混合物中会析出液态烃。这种现象和一般情况相反，一般气态物质( 如水蒸气) 只有在压力升高或温度降低时才能凝聚成液体，因此，把这种现象称为"反凝析现象"，这种气藏称为凝析气藏[1-3]。

近年来，国内在塔里木、四川和渤海湾等盆地的深层勘探领域发现了一批凝析气藏[4-5]。凝析气藏在世界气田开发中占有重要的地位，据不完全统计，地质储量超过1×1012m3的巨型气田中凝析气田占68%，在储量超过1000×108m3的大型气田中则占56%，因此凝析气藏具有巨大的勘探前景和重要的经济价值[6-7]。但是在开发过程中，随着压力的降低，烃类流体会发生复杂的相态变化，呈现出油、气两相。数十年来，人们积累了大量凝析气藏相态特征知识，在油气藏类型判别、储量计算和开发方式优化等方面都有较大进展。因此对凝析气藏烃类相态的研究，不仅能认清凝析气藏的形成及分布规律，还可以为开发方式和资源量预测提供可靠的理论基础。

1 凝析气藏流体相态特征

1.1 凝析气藏流体组分特征

以TZ凝析气藏为例[8]，将地层流体组成按C1+N2、C2～C6+CO2、C7+划分为三个拟组分，绘制地层流体三元组成三角图(图1)，其烃类组成分布特征表现为：①轻组分摩尔含量高；中间组分摩尔含量一般为20%～30%；重组分C7+含量低，一般小于10%。②流体性质呈现出凝析油密度和粘度低，气油比、体积系数和饱和压力高的“两低三高”特点。

图1 TZ油田凝析气三元组成示意图

1.2 凝析气藏流体相图特征

综合前人研究，认为形成凝析气藏必须具备两个条件[9-10]：(1)地层温度介于烃类流体的临界温度和临界凝析温度(CT)之间，且地层压力大于该温度时的露点压力；(2)烃类中的气相含量超过液相，为液相反凝析于气相创造条件，这是次生凝析气藏形成的主要方式。

图2 凝析气藏P-T相图

如凝析气藏P-T相图(图2)所示，凝析气藏原始状态(A)的温度介于临界温度与临界凝析温度之间，压力位于相包络线之外，原始状态下烃类体系以单相气态存在。随着凝析气藏的开采，气藏压力由A降低到露点压力B时，无相态变化；从B到D，压力降低体系中液相量逐渐增加；从D到E点，压力继续降低，由于蒸发作用体系中液相量又逐渐降低；当压力低于E点时，凝析液全部蒸发为气相。

2 凝析气藏流体相态影响因素

2.1 温、压系统对凝析气藏流体相态的影响

由上述凝析气藏相态特征不难看出，温度和压力是控制流体相态的重要因素。温、压系统的变化，会使烃类体系的相平衡发生改变，使其既可能变为油藏又可变为纯气藏[11]。

杨德彬等，根据凝析气藏不同的成因机理，提出了原生凝析气藏和次生凝析气藏形成的概念模式。原生凝析气藏是指有机质热演化直接生成凝析油气，并且以凝析气相运移进入圈闭中聚集成藏。此时，圈闭地层温度介于临界凝析温度区间，地层压力大于烃类体系在该温度下的露点压力(图3a)。随着凝析气向上部圈闭运移，地层的温度和压力逐渐降低，当压力低于烃类体系的露点压力时，开始析出凝析油，此时形成带油环的凝析气藏(a2)；凝析气继续向上运移，进入两相区，地层压力小于该烃体系的露点压力，凝析气分离为气、液两相进入上部圈闭，聚集成为带凝析气顶的油藏(a3)；随着凝析气向更浅的圈闭运移，当地层压力、温度小于露点压力和临界温度时，则形成带气顶的正常油藏(a4)。由于烃类向浅部圈闭运移或者圈闭构造抬升，就形成了一个从深部至浅部，在一个连续圈闭中由凝析气藏 油藏的相态分布模式[7]。

a-原生凝析气藏形成模式；b-次生凝析气藏形成模式。Tm-临界凝析温度；TC-临界温度；Pm-露点压力；Pf-地层压力；Tf-地层温度；a1-凝析气藏；a2-带油环的凝析气藏；a3-带凝析气顶的油藏；a4-带气顶的油藏；b1-油藏；b2-带凝析气顶的油藏；b3-带油环的凝析气藏；b4-凝析气藏。

图3 凝析气藏形成概念模式图[7]

次生凝析气藏是指油藏经过后期改造而形成的凝析气藏。早期形成的油藏，随着埋深的不断增加，地层温度、压力也相应增大，烃源岩达到高成熟阶段，进入生气门限，开始大量生成天然气。天然气进入油藏会在该圈闭中形成气顶(图3b)，随着埋深的增大，当地层温度大于临界温度时，压力继续增大，原油中的一些轻质组分会反溶于天然气中，形成带凝析气顶的油藏(b2)；埋深继续增加，地温升高使原油发生裂解生成原油裂解气，与烃源岩生成的天然气共同供给油藏。随着供给量的增大和地层压力大于该烃类体系的露点压力，更多的原油会反溶于天然气中，形成底部带有油环的凝析气藏(b3)；随着地层温度、压力的继续增大，当天然气供给量继续增大至足以溶解所有原油，或圈闭幅度不具备保留油环的条件，则形成纯凝析气藏(b4)[7]。

2.2 烃类组分对凝析气藏流体相态的影响

诸多研究表明，烃类组分从根本上控制着凝析气藏的相态特征，烃类组分的变化会使该流体的临界温度和临界压力发生改变[12-13]。凝析气藏烃类组成主要包括气态烃、液态烃和非烃，由于液态烃的组分十分复杂，难以完全鉴别分离，因此为了简化相态模拟计算往往将这一部分视作一个整体拟组分(C7+)。气态烃的组分包含有甲烷和重烃气(C2-C6)两部分；非烃组分较为复杂，主要包括水、CO2、N2、H2S等，但是普遍认为对流体相态影响最为重要的是CO2。

实验模拟表明，随着流体组分中甲烷含量的增大，凝析气包络线逐渐上移，饱和压力稍有增大，但临界温度降低。随着流体组分中湿气含量的增多，凝析气流体饱和压力随之降低，同时最大凝析温度也在逐渐降低，临界点位置变化不大，总体也表现为随湿气含量增多临界温度升高而临界压力降低的趋势。随着流体组成中液态烃(C7+)含量的逐渐增多，饱和压力逐渐降低，而临界凝析温度增大。临界点受C7+组分变化的影响特别明显，随着液态烃含量的增多，临界温度明显上升[14]。

2.3 多孔介质对凝析气藏流体相态的影响

多孔介质中凝析气藏流体的渗流特性，与一般的气-液两相渗流有所不同。国内外学者在多孔介质对烃类体系相平衡规律的影响方面，做了大量的探索，得出多孔介质将使流体露点压力升高等结论[15]。与此同时，也研究了多孔介质的润湿性、毛管力等对相平衡的影响。Lee建立了描述多孔介质中毛管力对储层流体PVT特性和相平衡特性影响的理论通用公式(1991)，经分析得出结论：对储层多孔介质而言，由于界面曲率较大，毛管力的影响不容忽略，它使得露点升高、气-液平衡组成发生变化等。

国内，郭平在常规相态分析的基础上,提出了考虑多孔介质毛管力对相态影响的理论模型[16]。通过分析得出：亲油岩石使烃类上露点上升，下露点下降，泡点也下降。而憎油岩石则刚好相反，且影响程度随靠近临界点和孔径增大而减小。

总之，在实验测试方面，国内需要发展能测试真实岩心中凝析油气混合物相态的精密仪器，用于确定多孔介质是否对烃类体系相平衡规律存在影响；需要研发测试凝析油和多孔介质界面吸附的液-固吸附仪，测定凝析油和多孔介质的吸附作用。在理论研究方面，多孔介质中烃类流体相平衡规律的研究，直接关系到凝析油气的渗流规律和相态测试理论与方法，故对它的研究具有重要意义。

3 研究发展趋势

(1)凝析气藏相态研究的进一步发展将主要包括：高温高压凝析气相态、近临界凝析气相态、气-液-固三相复杂相态、烃-水体系相态研究等。

(2)凝析气藏的形成机理、主控因素和分布规律的研究，对凝析气藏的勘探具有重要的指导意义。

(3)由于各种原因在凝析气藏开发初期未能取得代表性PVT样品等问题，凝析气藏相态恢复理论的研究能较好的解决该问题。

(4)对于凝析气藏中有机固相沉积机理的研究，都没有考虑多孔介质的影响，且很少研究其动态条件下的沉积机理。同时，有机固相沉积对开发动态的影响，以及如何防止有机固相沉积都需要进一步研究。