高压物性取样和分析方法介绍

油气藏流体高压物性的勘探开发研究院2013年4月前言油气藏流体高压物性分析的目的是研究和确定模拟开采条件下油气藏流体的相态和性质。为达此目的，首先要针对不同类型的油气藏，以合适的方法取得能代表地层流体的样品，然后在实验室模拟各种开采过程，以得到准确可靠的高压物性数据。这些数据是合理管理油气藏的基础，评价油气藏、计算油气藏的储量、制订最佳开发方案、采油工艺研究都需要这些数据。前言实验室进行油气藏流体高压物性取样、分析和数据处理的主要依据是石油天然气行业标准:SY/T5154-1999《油气藏流体取样方法》SY/T5542-2000《地层原油物性分析方法》SY/T5543-2002《凝析气藏流体物性分析方法》。提纲1油气藏流体的类型2油气藏流体取样3油气藏流体高压物性分析4油气藏流体物性资料的应用1油气藏流体的类型在地层及地面条件下，油气藏流体的性质决定于其组成和体系的温度、压力。其中，油气藏流体的组成是决定其性质的内在的、根本性的原因，体系的温度和压力是决定其性质的外部原因。1油气藏流体的类型根据地层温度在油气藏流体相图中的位置，可以把油气藏流体分为干气、湿气、凝析气、挥发油和黑油。地层温度高于临界温度的油气藏属于气藏，否则属于油藏。1油气藏流体的类型油气藏流体的典型相图温度压力1：干气2：湿气3：凝析气4：挥发油5：黑油C：临界点AC：露点线BC：泡点线Tm：临界凝析温度Pm：临界凝析压力油藏气藏CAB12345TmPm1油气藏流体的类型地层温度高于临界凝析温度的气藏为干气藏或湿气藏。干气的分离器条件位于气相区。湿气的分离器条件位于相包络线以内的两相区，分离器内会形成一些凝析液。地层温度介于临界温度和临界凝析温度之间的气藏为凝析气藏。在衰竭式开采过程中，当地层压力降到露点压力以下时会在地层中反凝析出液体，采出井流物的气油比增加。地层中形成的这部分凝析液流动性差，难以开采。1油气藏流体的类型挥发性油藏的地层温度略低于流体的临界温度，因此又称为近临界油藏。由于在临界点附近，等液量线相当密集，地层压力略低于泡点压力时就会有大量油挥发，收缩性很大。其典型的分离器条件位于低等液量线上。黑油油藏是最常见的油藏类型。其分离器条件位于较高的等液量线上。2油气藏流体取样及样品检查在油气田开发过程中，油气藏流体的取样越早越好。当地层压力降到原始饱和压力以下地层中的油气藏流体就形成了油、气两相。这时，流入井中的油、气两相的摩尔比，一般不会等于地层中形成的两相的摩尔比，从而无法取到有代表性的样品。2油气藏流体取样及样品检查应尽量选取符合下列条件的井取样：1)井底压力高于预计的原始饱和压力。2)不产水或产水率不超过5%。3)油气流稳定，没有间歇现象。4)采油（气）指数在周围井中相对较高，在较小生产压差下能达到稳定生产。5)气油比及地面原油密度在周围井中有代表性。6)井口量油测气设备齐全可靠，流程符合取样要求。7)水泥封固井段层间无串槽。8)最好为自喷井。2.1取样井的选择条件2油气藏流体取样及样品检查对预计的油气藏流体原始饱和压力低于地层压力而高于正常生产时的井底压力的油气藏，当井底流动压力降到饱和压力以下时，流体将在井筒周围脱气(凝析)，形成以井筒为中心的脱气(凝析)区。通过改变油（气）井的工作制度（油嘴），使油（气）井的产量逐步降低到井底流动压力高于地层流体原始饱和（泡点、露点）压力，从而使油（气）藏地层远处的有代表性的原始油（气）藏单相流体能取代井筒周围地层没有代表性的两相油（气）藏流体。2.2取样井调整的目的2油气藏流体取样及样品检查2.2.1油井的调整对于勘探新区块凡有工业油流的探井和评价井，油层射孔后用合理油嘴排替掉井筒内及附近的污物和被污染的原油（排替时间根据油井产量和井中污染物数量而定，一般2～3天比较合理），待井底替净后立即换用小油嘴控制流压进行试油生产，待油(气)产量、井口压力和井底压力趋于稳定后应该立即进行取样。尽量不用大油嘴长时间放产后再进行取样，对于饱和程度高的油藏、挥发性油藏及带气顶的油藏，使用大油嘴长时间放产非常容易使地层原油脱气而形成两相，根据我们的经验，此时再使用小油嘴控制生产一定时间，即使地层压力恢复起来了，地层流体也很难再恢复成单相。2油气藏流体取样及样品检查2.2.2凝析气井的调整凝析气井的调整采用逐级降产法，以便排除井筒和近井带中无代表性的烃类气体。调整过程中每次降产约一半，并使气井生产到气油比稳定（波动小于5%）。调整过程中气油比一般随产量变化而降低，当气油比不再随产量变化而下降时，气井调整完毕。和一般油井的调整不同，不能认为产量控制越小越好。取样时应保持足够高的产量，以防发生间歇生产和井筒中的凝析物沉降。2油气藏流体取样及样品检查2.3取样方式的选择井下取样地面分离器取样取样方式2油气藏流体取样及样品检查对于一般未饱和黑油油藏、稠油油藏和挥发性油藏，如果能调整到井底压力高于预计的原始饱和压力，采取井下取样方式。对于饱和油藏，井底流动压力肯定低于饱和压力，无法直接在井下取得有代表性的样品。这时可在井下取得已脱气的样品，或者在地面分离器中取得油、气样品，按饱和压力对样品进行配制；对于凝析气藏、湿气藏，可在地面分离器中取得油、气样品，按气油比对样品进行配制。不提倡对凝析气藏进行井下取样；对于油气藏（气顶油藏或油环气藏），则需要根据实际情况，选择井下取样、地面分离器取样或同时进行两种方式取样。2.3取样方式的选择2油气藏流体取样及样品检查2.3取样方式的选择－井下取样适应范围：生产气油比较低的常规油井、挥发性油井优点：不受地面量油测气精度的影响取样点选择：油层中部油管鞋以上20米处。取样前油井参数测量压力测量：在井下取样前要进行油层中部静压和流压测试，目的是为了检验样品的合格性，为PVT分析提供依据。温度测量：在井下取样前要进行油层中部和取样点温度测试，目的是为了检验样品的合格性，为PVT分析提供依据。2油气藏流体取样及样品检查具有正常井下测压的井口装置就可以进行井下取样。一般井下取样时的井口装置见图2。实验室采用的井下取样器是挂壁式取样器。下取样器到取样部位，停留冲洗10min后上提。样品送到实验室后，测定各支样品的开阀压力和饱和压力。有两支以上饱和压力相差不超过2%时，就可以判断取得的样品合格。2.3取样方式的选择－井下取样2油气藏流体取样及样品检查井下取样时的井口装置示意图1───防喷管2───油管3───井下取样器2.3取样方式的选择－井下取样2油气藏流体取样及样品检查2.3取样方式的选择－地面分离器取样适应范围：凝析气井、挥发油井、高气油比油井优点：便于实施，适于近饱和稳定生产状态取样取样点选择：地面油气水三相分离器油气出口处分离器压力：Ps=用于实验室配样计算分离器温度：Ts=用于实验室配样计算天然气产量：Qg=用于计算生产气油比稳定油产量：Qo=用于计算生产气油比生产气油比：GORf=实验室配样计算油罐油相对密度：ro=用于计算油罐油分子量井场测气用条件：Pa,Ta,Zgf,rgf=配样计算取样过程参数测取2油气藏流体取样及样品检查2.3取样方式的选择－地面分离器取样取样流程示意图气样油样分离器油气井PsTs2油气藏流体取样及样品检查对于凝析气藏，井筒中析出的凝析液以气中液滴和井壁液膜两种形式存在，井流物的流动也不可能完全稳定，井下取样得不到有代表性的样品。但只要取样井的产量不是太低，井流物有足够的携液能力，处在相对稳定的流动条件下，可以认为从井底流入井筒的流体与从井筒流入分离器的流体成分相同，在分离器中取得的样品能代表地层流体。2.3取样方式的选择－地面分离器取样2油气藏流体取样及样品检查油井调整好且流量稳定后应尽快取样。选取合适的工作制度取样，选取的工作制度下的油、气样均应取两个以上。采用气体冲洗法取气样，采用排气取液法取油样。2.3取样方式的选择－地面分离器取样2油气藏流体取样及样品检查初检对于取得的分离器样品，应检查气样的内压和油样的泡点压力。折算的气样内压、油样的泡点压力和分离器压力相差不超过5％为合格。详检检查分离器的油气平衡情况。根据相平衡原理，如果分离器油气平衡，分离器油和分离器气的组分从甲烷到己烷的lg(yi/xi)psep和-bi(1/Tbi-1/Tsep)应成线性关系。2.3取样方式的选择－地面分离器取样2油气藏流体取样及样品检查分离器油气平衡检查图2.3取样方式的选择－地面分离器取样3油气藏流体高压物性分析油气藏流体高压物性分析的目的是研究和确定模拟开采条件下油气藏流体的相态和性质。对于衰竭式开采的油气藏，随着油气藏流体的采出，地层压力逐渐下降。在大部分开采方法中地层温度基本保持不变，因此在衰竭式开采期间，决定地层中流体性质的主要变量是地层压力。这样，可以通过改变压力的实验来模拟开采过程。3油气藏流体高压物性分析一般不考虑水的影响。假定油气藏中各相平衡，以简化油气藏流体的相态实验和研究。忽略流体的表面效应。在致密的孔隙介质中，表面张力可能很大，能影响流体的相态，例如气体在孔隙中的毛管凝析现象。孔隙小于10-8m时，这种影响相当大。凝析气藏一般是亲水的，小孔隙中充满了水，毛管凝析的影响可以忽略。因此，在相态实验和研究中，一般忽略流体的表面效应。3.1三个假定3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－分析流程1、PVT相态分析仪器结构江苏海安华达石油仪器厂2、PVT相态实验测试及数值模拟P-T相图测试；等温恒质膨胀测试；多级脱气实验测试；多级粘度实验测试；地面分离器油气分离测试；注气驱过程膨胀实验测试；混相驱实验测试。3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－恒质膨胀实验和热膨胀实验定义恒质膨胀实验又称为P-V关系测试，是指在地层温度下测定恒定质量的地层原油的体积与压力的关系。热膨胀实验是测定恒定质量的地层原油单位温度变化下的体积变化率。实验目的获得到地层流体的饱和压力、相对体积和Y函数、压缩系数和热膨胀系数。3油气藏流体高压物性分析地层原油P-V关系曲线3.2地层原油高压物性分析－恒质膨胀实验和热膨胀实验3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－单次脱气实验定义将处于地层条件下的单相地层原油瞬间闪蒸到大气条件，测量地层原油体积的减少和闪蒸得到的油、气量，测定油、气的组成、密度和平均分子量。实验目的获取单次脱气气油比、平均溶解气体系数、体积系数、体积收缩率、地层原油密度及井流物组成。3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－多次脱气实验定义在地层温度下，将地层原油分级降压脱气，测量油、气性质和组成随压力的变化。实验目的由本项实验可以得到各级压力下的溶解气油比、饱和油的体积系数和密度、脱出气的偏差系数、相对密度和体积系数，以及油气双相体积系数。3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－多次脱气实验1.001.101.201.301.401.500481216202428压力，MPa体积系数地层原油多次脱气实验压力与体积系数关系图3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－多次脱气实验0204060801001201400481216202428压力，MPa气油比，m3/m3地层原油多次脱气实验压力与气油比关系图3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－地层油粘度测定定义使用高压落球粘度计测定地层油的粘度。在原始饱和压力以上测定三个压力点下的粘度，然后分级降压脱气，测定各脱气压力级下的单相油的粘度。实验目的得到地层条件、原始饱和压力以及各脱气压力级下的单相油的粘度。由实验数据作出地层原油压力与粘度关系图，见图9。3油气藏流体高压物性分析3.2地层原油高压物性分析－地层油粘度测定0.60.81.01.21.41.61.82.02.20510152025303540压力，MPa粘度，mPa.sPb地层原油压力与粘度关系图3油气藏流体高压物性分析3.3凝析气的高压物性分析－分析流程图10凝析气的高压物性分析流程框图1、PVT相态分析仪器结构加拿大