富含凝析油的凝析气藏注CO2相态特征研究

阮 洪 江

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司, 广东 湛江 524000)

0 前 言

在富含凝析油的凝析气藏开发过程中，当地层压力降低至第一露点压力时，地层中会出现严重的反凝析现象[1]，这将导致液锁和多相流，从而造成气井产能的下降，严重时会造成气井停喷。循环注气是提高凝析气藏采收率的方法之一，而 CO2是常用的气体注入剂之一[2]。在油气藏条件下，CO2处于超临界状态，具有密度大、黏度小、扩散和溶解能力强等特征[3-4]，且CO2在油气藏储层条件下的最小混相压力(MMP)相对较低，更容易达到混相。同时，CO2可以有效降低油气界面张力，微观驱油效率理论上可以达到100%[5-6]。

1 注CO2相态特征实验

H气藏的凝析油含量为206 g/m3，属于典型的富含凝析油型凝析气藏。该气藏原始地层温度为132.4 ℃，原始地层压力为25.5 MPa，目前地层压力为15.0 MPa，露点压力为24.5 MPa，生产气油体积比为505.8。

按照行业标准对地层流体样品进行复配，模拟地层条件下流体的真实状态，分析凝析气体系的相态特征及注CO2对凝析气体系相态特征的影响，相态实验流程图如图1所示。

图1 相态实验流程图

1.1 富含凝析油的凝析气体系组成测试

对地层条件下的凝析气体系进行单次闪蒸测试以及油、气相色谱分析，凝析气体系组成如表1所示。

表1 凝析气体系组成

目前地层条件下，重质组分摩尔质量为217.82，相对密度为0.856 0，流体重质组分(C7+)含量大，气油体积比为505.8。在其开发过程中极易发生反凝析现象，压力持续降低，大量的凝析油聚集，甚至会出现挥发油的特征。这是由于随着地层压力的降低，大量的反凝析油滞留在储层中，在近井地带形成凝析油环，从而导致气井产能降低。

1.2 富含凝析油的凝析气体系注CO2膨胀实验

对H2-1井开展注CO2膨胀实验，分析注CO2对富含凝析油的凝析气体系相态特征的影响，其实验结果如表2所示。

表2 富含凝析油的凝析气体系注CO2膨胀实验结果

由表2可知，随着CO2注入量的增加，富含凝析油的凝析气体系饱和压力不断增大，且增大幅度逐渐增大，这说明随着CO2注入量的增加，流体体系越来越轻。随着CO2注入量的增加，流体体系膨胀系数不断增大，说明注CO2后，流体体系的膨胀性能及弹性驱动能不断增大。随着CO2注入量的增加，流体体系中剩余油相的黏度和密度逐渐降低，这是由于大量CO2溶解在油相中，使得油相越来越轻，这说明注CO2有助于地层中剩余油相流体的流动。随着CO2注入量的增加，体系中溶解气油体积比不断增大，这是由于地层反凝析油中溶解了大量CO2，流体体系膨胀。随着CO2注入量的增加，剩余流体体系中液相饱和度逐渐减小，这是由于CO2的抽提作用使地层中大量的凝析油蒸发到气相中，改善了气相渗透率，从而使凝析油的采收率得以提高。

2 气液两相平衡理论

基于气液两相平衡理论和PR3状态方程，对流体体系的相态特征进行研究[7]。假设烃类流体体系由n个组分构成，该体系摩尔数为1，当该体系处于气液两相平衡时，应满足物质平衡方程：

V+L=1

(1)

Vxi+Lyi=Zi

(2)

∑xi=∑yi=∑Zi=1

(3)

气液两相平衡时，其逸度相等，可得到：

fg=fl

(4)

气液两相平衡时，定义平衡常数为：

(5)

整理式(1) — 式(5)后，可得气液两相闪蒸方程：

(6)

(7)

式中：f为逸度；Ki为平衡常数；L为液相摩尔分数；V为气相摩尔分数；xi为i组分在液相中的摩尔数；yi为i组分在气相中的摩尔数；Zi为i组分在体系中总摩尔分数。

3 CO2-凝析气体系相态特征

通过气液两相闪蒸方程，计算分析H2-1井注CO2后的相态特征，结果如图2 — 图5所示。

由图2(a)可知，随着CO2注入量的增加，地层压力不断增大，流体体系逐渐变轻；油气体系的饱和压力不断增大，等温压降曲线从临界点的左侧过渡到其右侧，体系的临界温度逐渐降低，临界点先向左上方偏移，临界压力和临界温度向左上方不断移动，临界凝析压力不断增大，临界凝析温度逐渐减小。

由图2(b)可知，在地层温度条件下，当注入CO2摩尔分数达到43.5%时，一次接触混相压力为24.2 MPa，远高于目前地层压力15.0 MPa，但低于原始地层压力25.5 MPa，这表明增大CO2注入量有利于一次接触混相的实现。

图2 CO2-富含凝析油的凝析气体系的p-T和p-X相图

多次接触拟三元相图可以用于确定注入气对地层流体中反凝析油多次接触溶解、抽提过程和达到多次接触混相所需要的最小混相压力[8-9]。模拟结果表明(见图3)，在目前地层压力条件下，CO2与平衡液相相包络线相隔很远，并不发生混相，大量的凝析油滞留在地层中无法被采出。当地层压力升高至18.0 MPa时，平衡油相与平衡气相相包络线十分接近，但并未完全接触，此时的注气开发为CO2近混相驱。地层压力继续升高至21.6 MPa时，平衡油相和平衡气相相包络线已经完全接触并相交，剩余流体与CO2达到混相，因此目前剩余流体注CO2的理论最小混相压力为21.6 MPa。由于实际气藏流体储存于多孔介质中，因此，理论最小混相压力一般低于实际气藏条件下的最小混相压力[10]。

图3 CO2-富含凝析油的凝析气体系的拟三元相图

通过模拟富含凝析油的凝析气体系注CO2反凝析液量的变化(见图4)，研究其蒸发凝析油后的流体体系特征。反凝析液相在注入CO2后，会发生蒸发作用，CO2注入量越大，蒸发作用强度越大。随着CO2注入量的增加，地层中的反凝析油被大量蒸发至气相中。当注入CO2摩尔分数超过50%时，体系发生相态反转，转变为更轻的凝析气体系，反凝析油全部被蒸发，地层中为单一气相，改善了气相渗透率，从而提高凝析油的采收率。

图4 富含凝析油的凝析气体系注CO2后反凝析液量的变化曲线

4 结 语

随着CO2注入比例的不断增大，流体体系饱和压力和膨胀系数不断增大，剩余油相的黏度和密度不断减小，溶解气油体积比逐渐增大，剩余油相反凝析液饱和度不断减小，流体体系逐步变轻。目前地层条件注入不同比例CO2后，其流体体系从挥发油体系过渡到近临界的挥发油体系，继续加大CO2的注入量，流体体系又过渡到近临界态的凝析气体系，当注入CO2摩尔分数达到50%时，流体体系过渡到常规凝析气体系。

富含凝析油的凝析气体系注CO2后，地层中的反凝析液相在注入CO2后将会发生蒸发作用，注入CO2量越大，其蒸发作用强度越大。剩余凝析油气体系注CO2的一次接触混相压力为23.8 MPa，在目前压力(15MPa)条件下注CO2开发本气藏不能实现一次接触混相。注CO2最小混相压力为21.6 MPa，需要保持或高于最小混相压力进行注气开发，使目前流体向气相流体转换，从而增大气井产能。