高壓物性取樣和分析方法介紹

油氣藏流體高壓物性的

勘探開發(fā)研究院

2013年4月前言

油氣藏流體高壓物性分析的目的是研究和確定模擬開采條件下油氣藏流體的相態(tài)和性質。為達此目的，首先要針對不同類型的油氣藏，以合適的方法取得能代表地層流體的樣品，然后在實驗室模擬各種開采過程，以得到準確可靠的高壓物性數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是合理管理油氣藏的基礎，評價油氣藏、計算油氣藏的儲量、制訂最佳開發(fā)方案、采油工藝研究都需要這些數(shù)據(jù)。前言實驗室進行油氣藏流體高壓物性取樣、分析和數(shù)據(jù)處理的主要依據(jù)是石油天然氣行業(yè)標準:

SY/T5154-1999《油氣藏流體取樣方法》

SY/T5542-2000《地層原油物性分析方法》

SY/T5543-2002《凝析氣藏流體物性分析方法》。提綱1油氣藏流體的類型2油氣藏流體取樣3油氣藏流體高壓物性分析4油氣藏流體物性資料的應用1油氣藏流體的類型在地層及地面條件下，油氣藏流體的性質決定于其組成和體系的溫度、壓力。其中，油氣藏流體的組成是決定其性質的內在的、根本性的原因，體系的溫度和壓力是決定其性質的外部原因。1油氣藏流體的類型根據(jù)地層溫度在油氣藏流體相圖中的位置，可以把油氣藏流體分為干氣、濕氣、凝析氣、揮發(fā)油和黑油。地層溫度高于臨界溫度的油氣藏屬于氣藏，否則屬于油藏。1油氣藏流體的類型油氣藏流體的典型相圖溫度壓力1：干氣2：濕氣3：凝析氣4：揮發(fā)油5：黑油C：臨界點AC：露點線BC：泡點線Tm：臨界凝析溫度Pm：臨界凝析壓力油藏氣藏CAB12345TmPm1油氣藏流體的類型

地層溫度高于臨界凝析溫度的氣藏為干氣藏或濕氣藏。干氣的分離器條件位于氣相區(qū)。濕氣的分離器條件位于相包絡線以內的兩相區(qū)，分離器內會形成一些凝析液。地層溫度介于臨界溫度和臨界凝析溫度之間的氣藏為凝析氣藏。在衰竭式開采過程中，當?shù)貙訅毫档铰饵c壓力以下時會在地層中反凝析出液體，采出井流物的氣油比增加。地層中形成的這部分凝析液流動性差，難以開采。1油氣藏流體的類型揮發(fā)性油藏的地層溫度略低于流體的臨界溫度，因此又稱為近臨界油藏。由于在臨界點附近，等液量線相當密集，地層壓力略低于泡點壓力時就會有大量油揮發(fā)，收縮性很大。其典型的分離器條件位于低等液量線上。黑油油藏是最常見的油藏類型。其分離器條件位于較高的等液量線上。2油氣藏流體取樣及樣品檢查在油氣田開發(fā)過程中，油氣藏流體的取樣越早越好。當?shù)貙訅毫档皆硷柡蛪毫σ韵碌貙又械挠蜌獠亓黧w就形成了油、氣兩相。這時，流入井中的油、氣兩相的摩爾比，一般不會等于地層中形成的兩相的摩爾比，從而無法取到有代表性的樣品。2油氣藏流體取樣及樣品檢查應盡量選取符合下列條件的井取樣：1)井底壓力高于預計的原始飽和壓力。2)不產水或產水率不超過5%。3)油氣流穩(wěn)定，沒有間歇現(xiàn)象。4)采油（氣）指數(shù)在周圍井中相對較高，在較小生產壓差下能達到穩(wěn)定生產。5)氣油比及地面原油密度在周圍井中有代表性。6)井口量油測氣設備齊全可靠，流程符合取樣要求。7)水泥封固井段層間無串槽。8)最好為自噴井。2.1取樣井的選擇條件2油氣藏流體取樣及樣品檢查對預計的油氣藏流體原始飽和壓力低于地層壓力而高于正常生產時的井底壓力的油氣藏，當井底流動壓力降到飽和壓力以下時，流體將在井筒周圍脫氣(凝析)，形成以井筒為中心的脫氣(凝析)區(qū)。通過改變油（氣）井的工作制度（油嘴），使油（氣）井的產量逐步降低到井底流動壓力高于地層流體原始飽和（泡點、露點）壓力，從而使油（氣）藏地層遠處的有代表性的原始油（氣）藏單相流體能取代井筒周圍地層沒有代表性的兩相油（氣）藏流體。2.2取樣井調整的目的2油氣藏流體取樣及樣品檢查2.2.1油井的調整

對于勘探新區(qū)塊凡有工業(yè)油流的探井和評價井，油層射孔后用合理油嘴排替掉井筒內及附近的污物和被污染的原油（排替時間根據(jù)油井產量和井中污染物數(shù)量而定，一般2～3天比較合理），待井底替凈后立即換用小油嘴控制流壓進行試油生產，待油(氣)產量、井口壓力和井底壓力趨于穩(wěn)定后應該立即進行取樣。

盡量不用大油嘴長時間放產后再進行取樣，對于飽和程度高的油藏、揮發(fā)性油藏及帶氣頂?shù)挠筒?，使用大油嘴長時間放產非常容易使地層原油脫氣而形成兩相，根據(jù)我們的經驗，此時再使用小油嘴控制生產一定時間，即使地層壓力恢復起來了，地層流體也很難再恢復成單相。

2油氣藏流體取樣及樣品檢查2.2.2凝析氣井的調整凝析氣井的調整采用逐級降產法，以便排除井筒和近井帶中無代表性的烴類氣體。調整過程中每次降產約一半，并使氣井生產到氣油比穩(wěn)定（波動小于5%）。調整過程中氣油比一般隨產量變化而降低，當氣油比不再隨產量變化而下降時，氣井調整完畢。和一般油井的調整不同，不能認為產量控制越小越好。取樣時應保持足夠高的產量，以防發(fā)生間歇生產和井筒中的凝析物沉降。2油氣藏流體取樣及樣品檢查2.3取樣方式的選擇井下取樣地面分離器取樣取樣方式2油氣藏流體取樣及樣品檢查對于一般未飽和黑油油藏、稠油油藏和揮發(fā)性油藏，如果能調整到井底壓力高于預計的原始飽和壓力，采取井下取樣方式。對于飽和油藏，井底流動壓力肯定低于飽和壓力，無法直接在井下取得有代表性的樣品。這時可在井下取得已脫氣的樣品，或者在地面分離器中取得油、氣樣品，按飽和壓力對樣品進行配制；對于凝析氣藏、濕氣藏，可在地面分離器中取得油、氣樣品，按氣油比對樣品進行配制。不提倡對凝析氣藏進行井下取樣；對于油氣藏（氣頂油藏或油環(huán)氣藏），則需要根據(jù)實際情況，選擇井下取樣、地面分離器取樣或同時進行兩種方式取樣。2.3取樣方式的選擇2油氣藏流體取樣及樣品檢查2.3取樣方式的選擇－井下取樣適應范圍：生產氣油比較低的常規(guī)油井、揮發(fā)性油井優(yōu)點：不受地面量油測氣精度的影響取樣點選擇：油層中部油管鞋以上20米處。取樣前油井參數(shù)測量壓力測量：在井下取樣前要進行油層中部靜壓和流壓測試，目的是為了檢驗樣品的合格性，為PVT分析提供依據(jù)。溫度測量：在井下取樣前要進行油層中部和取樣點溫度測試，目的是為了檢驗樣品的合格性，為PVT分析提供依據(jù)。2油氣藏流體取樣及樣品檢查具有正常井下測壓的井口裝置就可以進行井下取樣。一般井下取樣時的井口裝置見圖2。實驗室采用的井下取樣器是掛壁式取樣器。下取樣器到取樣部位，停留沖洗10min后上提。樣品送到實驗室后，測定各支樣品的開閥壓力和飽和壓力。有兩支以上飽和壓力相差不超過2%時，就可以判斷取得的樣品合格。2.3取樣方式的選擇－井下取樣2油氣藏流體取樣及樣品檢查井下取樣時的井口裝置示意圖1───防噴管2───油管3───井下取樣器2.3取樣方式的選擇－井下取樣2油氣藏流體取樣及樣品檢查2.3取樣方式的選擇－地面分離器取樣適應范圍：凝析氣井、揮發(fā)油井、高氣油比油井優(yōu)點：便于實施，適于近飽和穩(wěn)定生產狀態(tài)取樣取樣點選擇：地面油氣水三相分離器油氣出口處分離器壓力：Ps=>用于實驗室配樣計算分離器溫度：Ts=>用于實驗室配樣計算天然氣產量：Qg=>用于計算生產氣油比穩(wěn)定油產量：Qo=>用于計算生產氣油比生產氣油比：GORf=>實驗室配樣計算油罐油相對密度：ro=>用于計算油罐油分子量井場測氣用條件：Pa,Ta,Zgf,rgf=>配樣計算取樣過程參數(shù)測取2油氣藏流體取樣及樣品檢查2.3取樣方式的選擇－地面分離器取樣取樣流程示意圖氣樣油樣分離器油氣井PsTs2油氣藏流體取樣及樣品檢查對于凝析氣藏，井筒中析出的凝析液以氣中液滴和井壁液膜兩種形式存在，井流物的流動也不可能完全穩(wěn)定，井下取樣得不到有代表性的樣品。但只要取樣井的產量不是太低，井流物有足夠的攜液能力，處在相對穩(wěn)定的流動條件下，可以認為從井底流入井筒的流體與從井筒流入分離器的流體成分相同，在分離器中取得的樣品能代表地層流體。2.3取樣方式的選擇－地面分離器取樣2油氣藏流體取樣及樣品檢查油井調整好且流量穩(wěn)定后應盡快取樣。選取合適的工作制度取樣，選取的工作制度下的油、氣樣均應取兩個以上。采用氣體沖洗法取氣樣，采用排氣取液法取油樣。2.3取樣方式的選擇－地面分離器取樣2油氣藏流體取樣及樣品檢查初檢

對于取得的分離器樣品，應檢查氣樣的內壓和油樣的泡點壓力。折算的氣樣內壓、油樣的泡點壓力和分離器壓力相差不超過5％為合格。詳檢檢查分離器的油氣平衡情況。根據(jù)相平衡原理，如果分離器油氣平衡，分離器油和分離器氣的組分從甲烷到己烷的lg(yi/xi)psep和-bi(1/Tbi-1/Tsep)應成線性關系。2.3取樣方式的選擇－地面分離器取樣2油氣藏流體取樣及樣品檢查分離器油氣平衡檢查圖2.3取樣方式的選擇－地面分離器取樣3油氣藏流體高壓物性分析油氣藏流體高壓物性分析的目的是研究和確定模擬開采條件下油氣藏流體的相態(tài)和性質。對于衰竭式開采的油氣藏，隨著油氣藏流體的采出，地層壓力逐漸下降。在大部分開采方法中地層溫度基本保持不變，因此在衰竭式開采期間，決定地層中流體性質的主要變量是地層壓力。這樣，可以通過改變壓力的實驗來模擬開采過程。3油氣藏流體高壓物性分析一般不考慮水的影響。假定油氣藏中各相平衡，以簡化油氣藏流體的相態(tài)實驗和研究。忽略流體的表面效應。在致密的孔隙介質中，表面張力可能很大，能影響流體的相態(tài)，例如氣體在孔隙中的毛管凝析現(xiàn)象?？紫缎∮?0-8m時，這種影響相當大。凝析氣藏一般是親水的，小孔隙中充滿了水，毛管凝析的影響可以忽略。因此，在相態(tài)實驗和研究中，一般忽略流體的表面效應。3.1三個假定3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－分析流程1、PVT相態(tài)分析儀器結構江蘇海安華達石油儀器廠2、PVT相態(tài)實驗測試及數(shù)值模擬P-T相圖測試；等溫恒質膨脹測試；多級脫氣實驗測試；多級粘度實驗測試；地面分離器油氣分離測試；注氣驅過程膨脹實驗測試；混相驅實驗測試。3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－恒質膨脹實驗和熱膨脹實驗定義恒質膨脹實驗又稱為P-V關系測試，是指在地層溫度下測定恒定質量的地層原油的體積與壓力的關系。熱膨脹實驗是測定恒定質量的地層原油單位溫度變化下的體積變化率。實驗目的獲得到地層流體的飽和壓力、相對體積和Y函數(shù)、壓縮系數(shù)和熱膨脹系數(shù)。3油氣藏流體高壓物性分析地層原油P-V關系曲線3.2地層原油高壓物性分析－恒質膨脹實驗和熱膨脹實驗3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－單次脫氣實驗定義將處于地層條件下的單相地層原油瞬間閃蒸到大氣條件，測量地層原油體積的減少和閃蒸得到的油、氣量，測定油、氣的組成、密度和平均分子量。實驗目的獲取單次脫氣氣油比、平均溶解氣體系數(shù)、體積系數(shù)、體積收縮率、地層原油密度及井流物組成。3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－多次脫氣實驗定義在地層溫度下，將地層原油分級降壓脫氣，測量油、氣性質和組成隨壓力的變化。實驗目的由本項實驗可以得到各級壓力下的溶解氣油比、飽和油的體積系數(shù)和密度、脫出氣的偏差系數(shù)、相對密度和體積系數(shù)，以及油氣雙相體積系數(shù)。3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－多次脫氣實驗地層原油多次脫氣實驗壓力與體積系數(shù)關系圖3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－多次脫氣實驗地層原油多次脫氣實驗壓力與氣油比關系圖3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－地層油粘度測定定義使用高壓落球粘度計測定地層油的粘度。在原始飽和壓力以上測定三個壓力點下的粘度，然后分級降壓脫氣，測定各脫氣壓力級下的單相油的粘度。實驗目的得到地層條件、原始飽和壓力以及各脫氣壓力級下的單相油的粘度。由實驗數(shù)據(jù)作出地層原油壓力與粘度關系圖，見圖9。3油氣藏流體高壓物性分析3.2地層原油高壓物性分析－地層油粘度測定地層原油壓力與粘度關系圖3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－分析流程圖10凝析氣的高壓物性分析流程框圖1、PVT相態(tài)分析儀器結構加拿大DBR公司JEFRI無汞油氣藏流體PVT分析系統(tǒng)2、PVT相態(tài)實驗測試及數(shù)值模擬P-T相圖測試；閃蒸實驗；等溫等組成膨脹測試；等溫定容衰竭實驗測試；水合物實驗測試；地面輕烴回收計算；注氣驅過程膨脹實驗測試。加拿大DBR相態(tài)儀3油氣藏流體高壓物性分析3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－地層流體配制用實驗室所測的分離器氣相對密度和分離器條件下的偏差系數(shù)對現(xiàn)場氣油比進行校正，用分離器油體積系數(shù)將校正的現(xiàn)場氣油比換算成一級分離器的氣油比。計算配樣條件下分離器油和分離器氣的用量，向配樣容器中轉入所需的分離器油量和分離器氣量，在地層條件下充分攪拌并穩(wěn)定。將適量配制好的地層流體轉入PVT筒。目的根據(jù)生產氣油比，把分離器油、氣樣品按比例混合配制成適合于PVT測試的地層流體（井流物）樣品。配樣氣油比校正原因3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－地層流體配制3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－地層流體配制配樣氣油比校正計算3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－地層流體配制配樣氣油比校正計算生產氣油比=天然氣產量/油罐油產量配樣氣油比=天然氣產量/分離器油產量=>GORsep=GORgL分離器油降壓后分離為油罐油和油罐氣配樣氣油比計算3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－原始井流物組成計算分離器條件氣樣=>實驗室常溫常壓氣樣=>色譜組成yisep分離器條件油樣=>實驗室穩(wěn)定油、氣樣=>色譜xitk,yitkViPiVPiVgtkWoTs,PsTiTi分離器油分離器油油罐油3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－原始井流物組成計算計算公式3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－原始井流物組成計算3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－閃蒸實驗定義：模擬凝析氣井從地下油氣層到地面分離器的生產過程，把高溫高壓PVT實驗裝置中地層溫度、壓力下的一定量的凝析氣一次閃蒸到地面分離器常溫常壓條件下的油氣分離過程。ViPiVPiVgWoTs,PsTiTi3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－閃蒸實驗實驗測試（1）原始地層溫度Ti，地層壓力Pi，初始地層凝析氣體積Vi，剩余地層凝析氣體積V。（2）實驗室分離溫度Ts，壓力Ps，分離后的氣體體積Vg，凝析油重量Wo，凝析油密度ρo，分子量Mo。（3）地面分離器油氣組成色譜分析xi、yi。

3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－閃蒸實驗計算定義設凝析氣藏處于未開采的封閉狀態(tài)，而讓其儲烴孔隙空間逐漸降壓膨脹的P—V關系和相態(tài)變化過程。實驗過程將一定量的凝析油氣體系置于PVT筒中，從某一高于其飽和壓力（Pd）的壓力點（如Pfi）開始，測定流體樣品的體積，然后逐級降壓，每降到一個壓力點測定體系膨脹后所對應的體積，直至到飽和壓力點Pd，并測得相應的體積Vd。然后繼續(xù)降壓測定各級壓力下的氣液兩相體積，從而獲得一一對應的P—V關系數(shù)據(jù)。

目的研究高溫高壓狀態(tài)下凝析油氣體系彈性膨脹能量的釋放。3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－恒質膨脹實驗實驗過程示意圖PfiP1PdP2P3VfiV1VdV2V33油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－恒質膨脹實驗地層流體擬合相圖3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－恒質膨脹實驗3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－恒質膨脹實驗恒質膨脹過程壓力與相對體積關系曲線3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－恒質膨脹實驗恒質膨脹過程壓力與凝析液量關系曲線3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗定義凝析氣藏儲烴孔隙空間保持不變而逐漸降壓開采過程。實驗測試過程將一定量的凝析油氣體系置于PVT筒中，從飽和壓力（Pd）點開始，依次逐級降壓，每降一級壓力氣體膨脹并同時產生反凝析，待氣液平衡后使其等壓排氣并使體積回到原始體積。測定每一級的壓力并測定每級排出氣體和液體的體積、組成、氣油比、Cn+的密度和分子量、氣體壓縮因子和氣液兩相壓縮因子等數(shù)據(jù)。目的

研究凝析氣藏衰竭式開采過程的開采效率。3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗地層流體定容衰竭過程反凝析液量變化3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗地層流體定容衰竭過程凝析油采收率變化3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗地層流體定容衰竭過程天然氣采收率變化3油氣藏流體高壓物性分析3.3凝析氣的高壓物性分析－定容衰竭實驗地層流體定容衰竭過程天然氣重組分累積采出量變化一.氣藏工程方面

1、用于油氣藏類型的判斷；

2、為儲量計算提供流體高壓物性參數(shù)；

3、預測凝析氣藏開發(fā)階段；

4、評價凝析氣藏開發(fā)過程