CMG軟件-組分模型高壓物性試驗(yàn)方法

1、地層巖石與流體（包括注入流體）之間的相互作用，以及流體與流體間的相互作用是油藏?cái)?shù)值模擬研究的重要內(nèi)容之一。而相態(tài)模擬是研究流體（包括地層流體和注入流體）間相互作用的必要手段，也是油藏?cái)?shù)值模擬能否正 是準(zhǔn)確地表征油藏流體流動的前提。為了研究油藏流體在注入氣前后的物理 化學(xué)性質(zhì)變化，首先要對所確定的油氣井進(jìn)行取樣和配樣，然后模擬計(jì)算飽 和壓力、恒組成膨脹（CCE）、定容衰竭（CVD）、多級脫氣（DLT）分離 等實(shí)驗(yàn)。將此配樣作為基礎(chǔ)，注入一定比例的氣體，研究在不同溫度和壓力 下流體混合物相態(tài)的變化。1、原油組分的劈分與合并表2- 1為肇44-26井油藏區(qū)塊原始地層流體組成（數(shù)據(jù)來自西南石油 學(xué)院N

2、2、空氣-地層原油體系相態(tài)特征綜合研究），由表可以看出，該流體 中Ci含量為12.17%, C2C6中間炫含量為25.69%, C7+重質(zhì)組分含量較高， 摩爾含量為61.46%; C7+的密度為0.88 g/m3,分子量為190.69g/mol,屬于普 通黑油。表2-1原始地層流體組成表2-2原始地層流體擬組分劃分組分名稱摩爾含量組分名稱摩爾含量（）N20.67n-C4 H103.49CO20.01i-C5H121.62CH412.17n-C5 H124.38C2H61.07C6H1412.08C3H82.24C7+61.46i-C4H100.81C7+密度（g/m3）0.88C7+分子量19

3、0.69組分名摩爾組成（衿N20.67C112.17CO20.01C2C47.61IC5C618.08C7 C1026.19C11 C2435.27為了便于數(shù)值模擬計(jì)算，按組分性質(zhì)相近的原則，使用 CMG-WINPROP 軟件對本次研究油藏區(qū)塊原始地層流體組分劈分并歸并為如下7個擬組分，即：N2、CO2、C1、C2C4、IC5C6、C7C10、C11C24,如表 2 2 所示。 在參數(shù)優(yōu)化過程中重點(diǎn)考慮對原油性質(zhì)和流動性質(zhì)影響較大的飽和壓力、氣油比、密度、等組成膨脹性質(zhì) 等擬合效果。2、原油PVT相態(tài)擬合利用CMG-WinProp軟件對本次研究的原始地層流體高壓物性 PVT實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)

4、算，得到能反應(yīng)地層流體實(shí)際的性質(zhì)變化和流體 PVT參數(shù)特 征的流體模型。需要調(diào)整的參數(shù)，見圖2-1:K&M 工.后 4ZLO 口 9 班工I - Il L J X It.S e_ * c t i SFTmiTiCT 比七1RrftmpHrMnn* Prpr-rta | |inivicl.ion CQvhitkvnU Vstcotily 尸n日n Flwgrvreiun CibQlr | V4ibW Deundls：) Cuiriinurilu.5 &eltgr占rA/tzr疊 ba與Bd on enfeered eKperirrherrfal dataCGmcmnent1Plegtm) II

5、TqKj I Acet：, factor | Md W I Mol 尚ift: I CimeijiaA I Cim&gm B I HetXXXX匚。2ciC2 rcN匚4ri itrr4OK匚 aneelII | IM ole ftracticwi of se-cart diary streamNo- dF idqiut再ion pornEutDi方： 23圖2-1 原油PVT相態(tài)擬合需要調(diào)整的參數(shù)將飽和壓力和密度的權(quán)重設(shè)為5,油氣比和體積系數(shù)的權(quán)重分別為3和2經(jīng)過參數(shù)調(diào)整，最終的擬合效果見表2-3。表2-3 原油PVT相態(tài)擬合參數(shù)指標(biāo)擬合項(xiàng)實(shí)驗(yàn)值擬合前擬合后誤差降低，%誤差權(quán)重系數(shù)飽和壓力（

6、MPa）5.90005.24415.89960.11127.393E-055地層原油密度（kg/m3）818.60804.08818.580.0181.858E-055油氣比（m3/m3）20.0827.0520.0850.350.000123體積系數(shù)1.0891.121.0890.0290.000412實(shí)驗(yàn)擬合結(jié)果證明，應(yīng)用相態(tài)分析軟件能較好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這為后 續(xù)注氣驅(qū)數(shù)值模擬開發(fā)指標(biāo)預(yù)測和開發(fā)方案設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。3、單次脫氣分析表2-4列出了地層原油測試的 單次脫氣實(shí)驗(yàn)和部分PV關(guān)系數(shù)據(jù)。 由PVT測試資料可以得出如下認(rèn) 識：在地層溫度 87 c和地層壓力 21MPa條件下，地層原

7、油單次脫氣 氣油比為20m3/m3,地層原油體積 系數(shù)為1.089,溶解系數(shù) 3.43m3 /m3/MPa,其性質(zhì)為一般原油的性 質(zhì)。*體積系數(shù)1.089氣油比(m3/m3)20.082氣油比(m3/t)22.88氣體溶解系數(shù)(m3/m3/MPa)3.43收縮率(%)8.24*地層原油密度(g/cm3)0.82脫氣原油密度(20 C) (g/cm3)0.88脫氣油分子量(g/mol)175.97表2-4地層原油單次脫氣主要數(shù)據(jù)*表示地層溫度和地層壓力下4、恒組成膨脹實(shí)驗(yàn)研究(CCE)油氣藏流體的恒組成膨脹試驗(yàn)是在地層溫度和體系組成不變的情況下， 當(dāng)?shù)貙芋w系壓力開始逐步下降，飽和壓力和流體的相對

8、體積發(fā)生變化時(shí)，對 流體的膨脹能力以及飽和壓力以上流體物性參數(shù)的變化情況的測定。表2-5列出了計(jì)算得到的地層原油 PV關(guān)系數(shù)據(jù)。由PVT相態(tài)分析資料可以得出如下認(rèn)識：(1)地層原油的飽和壓力在87c下為5.9Mpa。(2)地層原油的PV關(guān)系曲線見表2-5和圖2-2圖2-7。從圖中可以看 出，地層壓力處于飽和壓力以上時(shí)，地層原油膨脹能力較低，但是低于飽和 壓力時(shí)，隨著地層壓力的下降，地層原油迅速膨脹。(3)地層原油粘度隨壓力的降低而降低，不過在飽和壓力以上時(shí)隨壓力 的變化曲線斜率較小，當(dāng)?shù)貙訅毫档斤柡蛪毫σ韵聲r(shí)，原油粘度隨壓力變 化的曲線斜率變大，而析出氣的粘度隨壓力降低而降低(圖 2-3)。

9、(4)在飽和壓力以下，隨壓力降低，液相體積迅速減小(圖 2-4)。(5)油的壓縮因子在飽和壓力以上和以下都是隨壓力的降低而降低，而 氣的壓縮因子在飽和壓力以上和以下都是隨壓力的降低而升高，二者在飽和 壓力處都沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)折(圖2-5)。(6)油的壓縮系數(shù)在飽和壓力以上和以下都是隨壓力的降低而升高(圖 2-6)。(7)在飽和壓力以上，油的密度隨壓力降低而降低，在飽和壓力以下,油的密度隨壓力降低而升高。而析出氣的密度隨壓力的降低而降低(圖2-7)積體對相原油PV份析CC或驗(yàn)1.701.60 ,1.50 ,1.40 .1.30 1.20 1.10 -1.00 .05,000 10,0015,00 20

10、,0025,0030,0035,0040,000000000壓力(kPa)油粘度T一氣粘度原油PV份析CC續(xù)驗(yàn)T一相對體積 飽和壓力圖2-2相對體積與壓力關(guān)系圖2-3油氣粘度與壓力關(guān)系50 Trrr11105,00010,00015,00020,00025,00030,00035,00040,000壓力(kPa)液體體積原油PVT分析CC收驗(yàn)積體體液原油PV份析CC政驗(yàn)05,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000壓力(kPa)T-氣體Z因子一一一油的Z因子子因Z體氣圖2-4液相體積分?jǐn)?shù)與壓力關(guān)系圖2-5 油氣Z因子與壓力關(guān)系表2

11、-5地層原油P-V關(guān)系數(shù)據(jù)壓力(MPa)相對體積原油粘度(mPa s)液相體積 分?jǐn)?shù)壓縮因子壓縮系數(shù)(1/MPa)密度(kg/m3)250.97923.22491001.5218.98584E-04821.65*210.98293.16741001.2829.69514E-04818.59150.98903.07681000.9211.09584E-03813.54100.99472.99691000.6181.22491E-03808.84*5.91.00002.92791000.3661.35228E-03804.5951.05572.8746940.315806.8821.69332.6

12、919570.133815.92*表示原始地層壓力 * 表示飽和壓力原油PVT分析CC續(xù)驗(yàn)一油壓縮系數(shù)原油PVT分析CCE實(shí)驗(yàn) 氣體密度_一油密度圖2-6原油壓縮系數(shù)與壓力關(guān)系圖2-7油氣密度與壓力關(guān)系5、多級脫氣模擬研究(DLT)多級脫氣試驗(yàn)是在地層溫度下，從泡點(diǎn)壓力起，退泵降低一定壓力，在 此壓力下排除平衡的氣相，記錄此時(shí)的油相體積和采出氣的量；再進(jìn)一步退 泵降壓，并恒壓放掉平衡氣，直到壓力降到大氣壓力下為止。試驗(yàn)研究目的 是確定在脫氣過程中不同壓力下原油的體積系數(shù)、密度、粘度以及溶解油氣 比等的變化，是原油的基本物性試驗(yàn)。表2-6列出了地層原油多級脫氣過程模擬數(shù)據(jù)，地層原油的多級脫氣關(guān)系

13、 曲線見圖2-8至圖2-11。表2-6地層原油多級脫氣過程模擬數(shù)據(jù)壓力(MPa)油氣比(sm3/sm3)相對體積(rm3/sm3)氣體壓縮 因子氣體體積 系數(shù)(rm3/sm3)原油相對 密度(Water = 1)氣體相對 密度(Air = 1)3028.27731.09810.96410.0040620.82510.64522128.27731.10700.91560.0055110.81860.64521528.27731.11380.90490.0076260.81350.64521028.27731.12030.91580.011580.80880.64525.928.27731.126

14、20.94030.020140.80460.6452215.06921.09730.97000.061310.81590.67090.101.04060.98861.24950.83351.5142原油PVT分析DLT實(shí)驗(yàn)壓力（kPa）氣油比*相對體積1.000.901.40圖2-8油氣比與相對體積變化V411。005,00010,00015,00020,00025,00030,00035,000壓力（kPa）0.980.960.940.92原油PVT分析DLT實(shí)驗(yàn)數(shù)系縮壓體氣 氣體Z因子 氣體體積系數(shù)圖2-9 氣體Z因子與體積系數(shù)變化3 m33數(shù)系積體體氣O0002 0 8 6 4 2多級脫

15、氣過程中，在飽和壓力以上，油氣比是恒定的，只有在飽和壓力 以下，氣體才開始析出，油氣比開始隨壓力的下降而下降。油的相對體積在 飽和壓力以上會隨著壓力的降低而升高，但是壓力降到飽和壓力以下時(shí)，由 于氣體的析出會導(dǎo)致油的體積減小，也就是油的相對體積隨著壓力的下降而 減小。多級脫氣過程中，氣體 Z因子在飽和壓力以上隨壓力的降低而降低，在 飽和壓力以下隨壓力的降低而增大。體積系數(shù)隨壓力的下降而增大，不過體 積系數(shù)在飽和壓力以上變化較小，飽和壓力以下才迅速增大。0.8350.8301 0.825 ra 0.820 W重 0.815 比油 0.8100.805原油PVT分析DLT實(shí)驗(yàn)05,00010,00

16、015,000 20,000 25,000 30,000 35,000壓力(kPa) 油比重 氣比重大慶原油PVT分析DLT實(shí)驗(yàn)壓力(kPa)4油粘度 一 氣粘度圖2-10油氣比重變化圖2-11油氣粘度變化0.800在飽和壓力以上，隨著壓力的降低，油的相對體積增大，所以會導(dǎo)致比 重減小，油的粘度也隨之減小，當(dāng)壓力降至飽和壓力以下時(shí)由于氣體的析出 會導(dǎo)致油的比重隨壓力降低而增大，油的粘度也隨壓力的降低而升高。氣體相對于空氣的比重只有當(dāng)壓力低于 2MPa時(shí)才隨壓力降低而迅速升 高，其粘度始終隨壓力的降低而降低。6、定容衰竭模擬研究（CVD）定容衰竭試驗(yàn)是在地層溫度和飽和壓力下，記錄此時(shí)的體積，并逐

17、步退 泵降壓使體積膨脹，繼后在此恒定壓力下恢復(fù)到飽和壓力下的體積，并記錄 下每次壓力下產(chǎn)出的氣量、油量，進(jìn)行色譜分析，如此往復(fù)直到壓力降到廢棄壓力。表2-7列出了地層原油定容衰 竭試驗(yàn)過程模擬數(shù)據(jù)，地層原油的 定容衰竭試驗(yàn)關(guān)系曲線見圖 2-12 圖 2-13。定容衰竭試驗(yàn)過程中，隨壓力 的降低，氣體壓縮因子先是逐漸減 小，后逐漸增大。在飽和壓力以下， 液體保留率和氣體排出率都發(fā)生變 化，前者隨壓力的下降而下降，而 后者隨壓力的下降而增大。壓力(MPa)氣體壓縮 因子液體 保留率氣體 排出率300.96411000210.91561000150.90511000100.915810005.90.

18、9401100020.970097.438.870.10.988892.2819.84表2-7定容衰竭試驗(yàn)過程模擬數(shù)據(jù)*表示地層溫度和地層壓力下圖2-12定容衰竭過程氣體壓縮因子變化壓力(kPa) 液體體積分?jǐn)?shù)一產(chǎn)出氣體積分變:原油PVT分析CVD實(shí)驗(yàn)圖2-13定容衰竭過程氣液采收率變化7、不同溫度下 CO2+N2膨脹分析表2-8是在不同溫度下CO2和N2同時(shí)存在的膨脹過程數(shù)據(jù)，混合氣中CO2 與N2的摩爾比例為0.15: 0.85Daqing Oil PVT Test CO2 swelling test : Swelling Calc.-87 - 200-(1-250300)apkv el

19、u sserp n on ar UI asDaqing Oil PVT Test CO2 swelling test : Swelling Calc.- 87-* 200*- 250- 300圖2-14 不同溫度下CO和Nb共存飽和壓力變化圖2-15 不同溫度下CO開口 N2共存膨脹系數(shù)變化表2-8 CO2和N2膨脹過程數(shù)據(jù)CO2+N2組成 （mol分?jǐn)?shù)）溫度87200250300PsatS.F.PsatS.F.PsatS.F.PsatS.F.05899.5616528.6916503.5316363.5410.115951.21.020613965.61.022912688.51.02451

20、1236.91.02710.228776.51.044722754.51.050419878.11.054316822.71.06050.345677.81.073533345.91.084528362.81.091823291.91.10310.468970.41.109346414.61.128538549.51.140630860.61.15960.51033031.155963010.31.188151009.61.207939780.51.23890.61597201.220884809.31.275266506.11.308150251.81.35990.72727501.3211

21、1144021.418385773.61.476661991.21.5709CO2和N2混合氣的膨脹試驗(yàn)是注空氣開采的主要依據(jù)之一，具泡點(diǎn)壓力 反映了一次混相壓力的大小，膨脹系數(shù)反映了原油注氣后的膨脹能力。對于 一個油藏，進(jìn)行注氣開發(fā)的最佳選擇條件是飽和壓力上升少，膨脹系數(shù)達(dá)最 大值，粘度降低。注空氣驅(qū)的主要驅(qū)油機(jī)理是生成的煙道氣造成的體積膨脹、 粘度降低、溶解氣驅(qū)和相間界面張力降低。膨脹實(shí)驗(yàn)看出（圖2-14、2-15）,隨著CO2和N2混合氣摩爾分?jǐn)?shù)的增加，體積迅速膨脹，飽和壓力也快速上升。 在300c條件下，當(dāng)混合氣含量為 40%時(shí)，體積膨脹1.16倍，但是飽和壓力 也上升到30.8MPa

22、。三、氧化反應(yīng)方程式的確定化學(xué)動力學(xué)是從動態(tài)的角度（絕對運(yùn)動）去研究化學(xué)反應(yīng)即化學(xué) 運(yùn)動全過程的學(xué)科。其兩大基本任務(wù)是：（1）研究各種化學(xué)反應(yīng)的速率和各種因素 （濃度、壓力、溫度、 催化劑、輻射、介質(zhì)等）對反應(yīng)速率的影響。（2）研究各種反應(yīng)的機(jī)理（也稱反應(yīng)歷程），即研究從反應(yīng)物 到產(chǎn)物所經(jīng)歷的途徑。任務(wù)（1）的研究可提出合適的反應(yīng)條件、使反應(yīng)按人們所希望 的速率進(jìn)行；任務(wù)（2）可揭示反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)能力的關(guān)系，了 解物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)變化的內(nèi)在依據(jù)，使人們能更自覺地去控制和調(diào)節(jié)化 學(xué)反應(yīng)的速率。1、阿爾紐斯化學(xué)反應(yīng)速度方程CMG-STARS模擬器利用擬組分來代表油藏流體，允許定義多種 組分，任意數(shù)

23、目的化學(xué)反應(yīng)方程式，以及孔隙度和深透率變化較大的 情況。STARS軟件可以模擬實(shí)驗(yàn)室和礦場規(guī)模的模型。本研究中采 用了 10種組分，分布在油相、氣相及水相中。這樣就可以一種簡單 而有效的方式用于描述地下流體的變化情況：水存在于水相和氣相， 重組分（存在于油相），輕組分存在于油相和氣相，二氧化碳、一氧 化碳、氮?dú)夂脱鯕獯嬖谟跉庀唷Ｖ刭|(zhì)組分假定是不可會揮發(fā)，而假定 二氧化碳、一氧化碳、氮?dú)饧把鯕馐遣豢赡龅?。CMG-STARS模擬器采用阿爾紐斯方程來描述任意一相及任意 組分的化學(xué)反應(yīng)速度如下所示：ncri ko ex）（ Ea/RT）? C i 1Ci ? ?s?Xi某種組分i的摩爾濃度Ci是流體

24、孔隙度，摩爾密度以及所在相 飽和度以及其所在相摩爾分?jǐn)?shù)的函數(shù)。以上為化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的阿爾紐斯公式， 表示參與反應(yīng)的某一物質(zhì)在不同溫度和參與反應(yīng)的各種物質(zhì)的不同摩爾分量下的反應(yīng)速率ri一某一反應(yīng)物在單位時(shí)間單位體積內(nèi)反應(yīng)掉的摩爾數(shù)；k。一預(yù)募率指數(shù)（無量綱）；E一活化能（J/mol）;R阿佛加德羅常數(shù)；T絕對溫度；對于氣體，反應(yīng)組分i的濃度因子其中氧的濃度因子由下式表示，C02 y* Pgy一等于氧氣的氣相摩爾分?jǐn)?shù)；Pg一氣相壓力（千帕）；2、氧化反應(yīng)方程參數(shù)的確定燃燒給是指1摩爾的燃料完全燃燒時(shí)所釋放的熱量。要注意燃燒 始與生成始的區(qū)別，燃燒給是針對反應(yīng)物而言的，而生成給是針對生 成物的。根據(jù)

25、中石油技術(shù)公司物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以確定燃燒反應(yīng)的活化能 為 31913.8J/mol,指前因子為 52838.7。計(jì)算反應(yīng)熱時(shí)，根據(jù)國外研究稠油與稀油氧化實(shí)驗(yàn)資料， 稠油的 高溫氧化與稀油的低溫氧化生熱量基本一致，均為1.29 1）07J/mol1.65 107J/mol之間，由于大慶沒有這方面的數(shù)據(jù)可以使用， 參考國外 同類原油的實(shí)驗(yàn)資料，將原油組分Cii+的氧化生熱量定為 1.4 X07J/molo在計(jì)算反應(yīng)平衡系數(shù)時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明在溫度為250c ,注入156Nm3 空氣，劇烈氧化前緣掃過1方油層體積，掃過區(qū)域殘余油被氧化成結(jié) 焦體，1方油層殘余油61kg,產(chǎn)生7.29 Nm3二氧化碳，產(chǎn)生1

26、02 kg 氧化殘余物。根據(jù)化合價(jià)和反應(yīng)與生成物質(zhì)量平衡，得出以下反應(yīng)平衡方程Cii+11.2717O2= 1.7CO2+ 19 CO+ 0.14H2O空氣注入到油藏中，與原油發(fā)生了放熱化學(xué)反應(yīng)，使油藏溫度升 高。油藏溫度升高時(shí)，原油中輕質(zhì)組分被部分氣化，但在燃燒的初期 仍有部分輕質(zhì)組分參與燃燒反應(yīng)，因此應(yīng)該有輕質(zhì)組分發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)。10經(jīng)過大量調(diào)研，參考國外文獻(xiàn)，確定的反應(yīng)方程式見表3-1表3-1數(shù)值模擬用到的化學(xué)反應(yīng)方程式化學(xué)反應(yīng)阿爾紐斯參數(shù)反應(yīng)熱AEa (J/mol)(J/mol)C2 C4+5O2=0.5 H2O +3CO2+2.79CO65255.525943.62.7 106IC 5-C6+6 O2=0.5 H 2O +3CO2+5.05