应用于油气藏流体近临界区状态方程的发展及改进现状

对近临界流体的特殊性质进行了描述，并对近年来经典和非经典状态方程在近临界流体PVT相态特征模拟计算方面的发展及应用现状进行了总结，指出要找到适用于近临界流体的状态方程还有很多工作要做，需要大量的实验数据支持以及理论上的突破。同时它的发展在近临界油、气藏开发工程、注气驱油藏开发工程中具有广泛的应用前景。     

玉门石油磺酸盐的色谱分离研究

本文采用两种玉门石油磺酸盐的混合物作表面活性剂,在85—250目的石英砂填料柱上作色谱分离,以水作洗脱剂,定量地将石油磺酸盐全部洗脱,从而在没有永久性吸附的条件下对色谱分离现象进行了考察。测定了各组份的平均分子量,研究了不同组份对相行为和混合临界胶束浓度的影响。研究结果表明:石油磺酸盐色谱分离后的各个组份的相行为和混合临界胶束浓度之间有明显的差异。     

中国科学家首次证实“临界冰核”存在

中国科学家首次在实验上证实了水结冰过程中“临界冰核”的存在,并给出了“临界冰核”的尺寸和过冷温度的关系,从而证实了“经典成核理论”的预言。研究成果在国际知名学术期刊《自然》上发表。低温下水结冰的现象再常见不过,但微观层面上“水变冰”的具体过程却不为人所知。近百年前,科学家吉布斯等人基于热力学原理,提出相变的“经典成核理论”,认为如水结冰这类相变需经过一个成核过程,水过冷形成小冰核,仅当形成的冰核偶然超过临界尺寸(即“临界冰核”)时,相变才能自发发生。     

气井连续携液临界产量的计算方法

针对产水气井的实际生产状况，运用流体力学相关理论，对气井连续携液临界产量的计算方法进行了深入研究，分别提出了高气液比携液临界产量模型和低气液比携液临界产量模型。在高气液比携液临界产量模型中，液滴存在形式为圆球形，模型推导中充分考虑了井筒内流动状态的变化，采用与Turner经典液滴模型相同的力学分析方法，得到了针对不同雷诺数范围的临界产量计算公式，使经典液滴模型在理论上更加完善。在低气液比携液临界产量模型中，以Hagedorn和Brown井筒压力计算方法为基础，定义了理论持液率、实际持液率的概念和计算方法，并通过整个井筒内理论和实际持液率的对比来确定低气液比条件下气井连续携液临界产量，解决了低气液比条件下携液临界产量的确定方法问题。现场应用结果表明，这种方法能准确预测气井连续携液的临界产量，对气井合理生产制度的制定有一定的指导意义。     

塔里木盆地近临界油气藏相态特征

近临界流体相态变化非常复杂,易挥发油和凝析气的性质相近,常规方法难以判断其是油藏还是气藏。以塔里木盆地塔中1号气田中古43井区和金跃201井2类近临界地层流体为研究对象,通过观测近临界"乳光现象",应用气油比、相图、密度及组分等不同方法对油气藏类型进行判定,综合不同方法对比研究表明:利用测试时流体图像与无因次压力关系曲线法相结合判断近临界流体类型比较准确;塔中1号气田中古43井区属于特高含凝析油凝析气相态特征,金跃201井属于近临界挥发油相态特征。通过注气实验,近临界油气藏出现干气、凝析气、凝析液三相共存的流体特征,造成不同位置的生产井气油比差异较大。     

埕北稠油近临界水改质降黏的研究

通过对埕北稠油进行近临界水改质模拟实验,优选了最佳反应条件,分析了稠油改质前后的烃族组成和结构,对比了普通水热改质、近临界水改质与近临界水催化改质的降黏效果。实验结果表明:由于水在近临界条件下具有近临界流体、溶剂化和催化供氢等效应,在油水质量比8∶2、反应温度260℃、反应压力6 MPa和反应时间24 h的条件下,稠油近临界水改质降黏率达到21.40%,稠油沥青质含量下降56.46%,红外光谱图显示改质前后稠油发生明显的C—S键断裂。将反应压力降至3 MPa,在非近临界条件下对稠油进行普通改质,稠油黏度下降7.98%;加入0.1%的催化剂,对稠油进行近临界水催化改质,稠油黏度下降51.27%。从降黏效果比较,近临界水催化改质近临界水改质普通改质。     

气井临界携液流量计算方法的改进

准确预测气井临界携液流量对于优化气井生产制度、延长气井生产寿命具有十分重要的意义。国内外学者通过对Turner公式中的临界携液系数进行修正,得到了不同的临界携液流量公式,但这些公式普遍忽略了表面张力和气体偏差系数随温度和压力的变化,以及不同临界携液系数对各气田的适用性。针对这2个问题,文中首先修正了临界携液流量公式中表面张力及气体偏差系数的取值方法,并对将其取作常数的误差进行了分析;然后提出了一种利用流温流压梯度测试资料计算各井段天然气参数,并在此基础上反推临界携液系数的方法,利用该方法即可得到适用于不同气田的临界携液系数及临界携液流量公式。实例计算验证表明,改进后的临界携液流量计算方法较常规方法具有更高的准确性。     

考虑变形硬化的管道塑性弯曲屈曲临界应变预测

为了正确评估管道弯曲屈曲的临界应变,在考虑变形硬化对管道塑性弯曲的影响的基础上,对基于截面椭圆化模型的管道塑性弯曲屈曲的临界应变评估方法进行改进,提出一个考虑变形硬化的管道塑性弯曲屈曲的临界应变预测方法。其中,管道材料的应变硬化属于Hollomon类型。此外,使用文献中的测试数据对所提出的表达式进行了检验。结果表明,所提出的预测表达式能够合理地揭示应变硬化行为对管道塑性弯曲时临界屈曲应变的影响,为预防管道弯曲屈曲导致的基于强度的管道设计失效提供帮助。     

高倾角近临界油气藏流体及开发特征研究

渤中13-1油田高倾角近临界油气藏在开发过程中,当地层压力下降到饱和压力以下后,油井生产气油比依然稳定,针对该异常现象,通过流体PVT实验、油气表面张力测试实验和储层孔喉特征分析,结合实际生产资料对该油藏产生异常生产动态的原因进行了研究。结果表明:流体属于临界—近临界态流体,相态受温度影响大,表现为构造高部位为近临界挥发性油藏,构造低部位为近临界凝析气藏;存在"上重下轻"的组分梯度特点,即构造顶部的流体最重,随着深度增加,重质组分含量逐渐减小,构造低部流体最轻;低于饱和压力后油气体系属于低界面张力体系,形成自由气相的时间长,延缓了脱气进程;储层孔洞发育,但孔喉比大,在贾敏效应的作用下形成大量"阁楼气",不能参与流动。该研究丰富了高倾角近临界油气藏的开发实例,对同类油田的开发具有借鉴意义。     

超/近临界水在重油加工中的应用综述

水在超/近临界状态下具有黏度低、扩散系数大,且能够与油等大多数有机物互溶的特点。综述了超/近临界水在重油加工方面的应用情况,重点分析了其对脱硫、脱氮、生焦量及产品性质等的影响。指出超/近临界水作为一种新型绿色溶剂,在重油加工领域具有广阔的应用前景。     

近临界流体异常的反凝析相变

首次报道在100℃的较高温度时，同一流体体系同时出现两类异常相变现象。应用无汞PVT相态实验装置测试了多组分烃类流体临界点，详细描述了流体近临界相态特征。在实验测试过程中，发现流体在近临界区域存在特殊的相变现象流体在温度高于临界温度时的恒质膨胀过程中先后发生了两次反凝析露点变化，即“露—露”相变；在低于临界温度时也先后发生了两次先出现露点后出现泡点的相变现象，即“露—泡”相变。在上述两个异常相变过程中，先出现的液相体积较少，且液相在不同温度条件下消失时的压力相同。实验中发现的异常相态变化现象说明多组分流体相态变化的复杂性，这可能对复杂流体体系的近临界特征作出新解释，同时也说明通常相态计算中两相假设的局限性。照片16图3参19（沈平平摘）     

花场近临界油气藏流体相态和开采特征

花场近临界油气藏具有以下特性:①在近临界区域,当地层压力低于泡点压力时,挥发油液相体积随压力的降低急剧减小;而地层压力低于露点压力时,凝析气反凝析液相体积会随压力的降低而急剧增大。②近临界油具有气油比、地层体积系数及收缩率高的特性。③近临界态油气藏井内静压梯度出现倒置的异常现象,即压力梯度自上而下降低;开始生产一段时间后,随着地层压力的不断下降,静压梯度曲线的形态也逐渐变化;当地层压力降至一定程度后,这种异常现象随即消失。④在开采过程中,近临界油气藏的生产气油比随地层压力的下降呈先下降后持续升高的现象,而常规凝析气藏的气油比随地层压力的下降持续升高。     

Depletion oil recovery for systems with widely varying initial composition

The principal depletion drive mechanism is the expansion of oil and gas initially in the reservoir—neglecting water influx. The main factors in depletion drive reservoir performance are total cumulative compressibility, determined mostly by initial composition (gas–oil ratio), saturation pressure, PVT properties, and relative permeability. In this paper, we systematically study the effect of initial composition on oil recovery, all other parameters held constant. We also evaluate other aspects of reservoir performance, but the main emphasis is surface oil recovery including condensate.To analyze the effect of initial composition, a series of fluid systems was selected by a recombination of separator samples at varying gas–oil ratios. The systems ranged from low-GOR oils to high-GOR gas condensates, with a continuous transition from gas to oil through a critical mixture.Black oil and compositional material balance calculations, 2D fine-grid, and 3D coarse-grid models have been used to investigate the effect of initial fluid composition on reservoir depletion performance. Systematic variation of relative permeabilities was also used to map the range of fluid systems, which were most sensitive to relative permeability.For reservoir oils, the depletion recovery of surface oil initially increases with increasing initial gas–oil ratio. Oil recovery reaches a maximum for moderate-GOR oil reservoirs, followed by decreasing oil recoveries with increasing initial solution GOR. A minimum oil recovery is reached at a near-critical oil. For gas reservoirs, depletion drive condensate recovery increases monotonically from a near-critical gas towards near 100% condensate recovery for very-high GOR systems.STO recovery from oil reservoirs depends increasingly on gas–oil relative permeabilities as initial solution GOR increases, up to a point. At higher initial solution GORs, oil recovery becomes less dependent on relative permeability and, as the fluid system transitions to a gas at the critical point, relative permeability dependence rapidly diminishes. Condensate recovery from gas condensate systems is more or less independent of gas–oil relative permeabilities, with only slight dependence for near-critical gases.     

地层水对凝析气藏注CO_2相态的影响

常规的凝析气藏衰竭开发和注CO_2开发研究中均忽略了地层水的影响,这与真实情况存在偏差,有可能导致研究结果的不确定性加大。为此,基于CO_2—烃—水相平衡热力学模型,以一个实际近临界凝析气藏为例,通过相态模拟研究了地层水存在对凝析气藏反凝析相态特征和注CO_2相态的影响规律;计算了考虑地层水存在的凝析气定容衰竭反凝析液饱和度和剩余流体组成,以及注CO_2过程中凝析油气相体积分数和CO_2在凝析油气相中体积分数的变化规律。结果表明:1考虑地层水时定容衰竭的反凝析油饱和度更大,剩余流体重组分含量更高;2近临界凝析气藏压力衰竭过程中,由凝析气转变为挥发油的相变发生得更早;3在注CO_2过程中,地层水的存在使得CO_2对凝析油的反蒸发作用降低;4考虑地层水存在时凝析油相体积分数高约14%,CO_2在凝析油中溶解量比不考虑地层水大6%,CO_2含量高和压力较高时差异更明显,同时,地层水的存在也增强了CO_2的溶解封存能力。该研究成果对凝析气藏注CO_2提高采收率和温室气体CO_2埋存评价具有指导意义。     

考虑孔喉与流体分子相互作用及毛管力的相平衡计算

在致密气藏或者页岩气藏中,纳米级孔喉与流体的相互作用会影响到气相的凝析与蒸发,从而影响流体露点压力和泡点压力的计算。考虑到纳米孔喉与流体分子的相互作用,建立了考虑孔喉与流体分子相互作用的状态方程以及相关逸度方程。基于该状态方程和逸度方程,建立了考虑孔喉与流体分子相互作用和毛管力影响的相平衡计算方法。通过对甲烷、丁烷和辛烷混合物的相平衡计算发现,当孔喉直径小于10 nm时,孔喉与流体分子的相互作用对状态方程的影响显著,孔喉与流体分子的相互作用使得相包络线缩小,露点压力降低,泡点压力增大。毛管力作用使得露点压力降低,且孔喉越小,露点压力下降越显著。通过该研究更深入地认识到纳米孔喉对流体相态的影响。     

高压含蜡凝析气析蜡点实验测试方法及应用

针对高压含蜡凝析气在气相状态下析蜡点测试准确率低的问题,在优选黏温曲线法、差示扫描量热法、偏光显微镜法的基础上,研制了一套基于偏光显微镜法的高压可视化流体相变观测装置,对不同压力下含蜡凝析气井流物与含气油的析蜡点规律进行实验研究。结果表明:偏光显微镜法测得的析蜡点较黏温曲线法与差示扫描量热法更准确;新研制的高压可视化流体相变观测装置可准确测试含蜡凝析气井流物与含气油的析蜡点;含蜡凝析气井流物的析蜡点随压力增加,先降低再升高,经过露点后又降低,且析蜡线将井流物析蜡相图分为单一气相、气-液两相、气-固两相以及气-液-固三相4个部分;含气油的析蜡点随压力增加先降低,当压力增加至饱和压力后析蜡点开始呈线性上升趋势。该研究结果为高压含蜡凝析气析蜡点准确测试提供了新方法。     

富凝析气近临界特征的试验研究

本研究应用无汞PVT相态实验装置测定了一个六组分烃类混合物和两个实际凝析气流体的监界点、近临界泡点和露点线,观察并记录了流体在近临界区的光学现象和异常的两次相变过程。在近临界区三种流体呈现红棕色,而不是文献所报导的二氧化碳的乳白色,这种区别可能是由于流体中含有较多的重质组分所致。实验发现富凝析气近监界光学现象与明确组分流体相比存在很大差异,即富凝析气在很宽的温度范围内均可观察到临界现象。此外,实验还发现六组分烃类流体和一个凝析气流体在温度高于临界温度时,恒质膨胀过程中发生两次反凝析露点变化,即露—露相变;在低于监界温度时也发生两次相变现象,即先出现露点后出现泡点,此时将很难区分原始流体是液体还是气体。据所掌握的资料看,本文是首次报道同一流体在温度高于100℃时,同时出现两次异常相变现象。     

低渗砂岩油藏CO2驱相态及组分变化规律

为了解低渗砂岩油藏W区块注气开发过程中的相态、油气组分变化和储层原油对注气的反应,利用质量守恒和状态方程等经典理论,以CO₂气体为注入介质,通过注气膨胀、气相色谱实验和PVT相平衡模拟软件进行原油组分变化特征研究。结果表明:CO₂注入量增至0.814 mol时,泡点压力升高了0.96倍,样品体积膨胀了2.09倍,流体中CO₂含量由背景值的0.6%逐渐升至81.0%,说明该区泡点压力主要受轻烃组分控制,原油组分因气体的溶解和分离发生明显改变。该研究可为东濮凹陷低渗砂岩油藏注气提高采收率、油气输运工艺设计、开发方案编制提供技术支持,对其开发具有重要的实际意义。     

Isochoric Phase Stability Testing for Hydrocarbon Mixtures

Abstract

A method for global phase stability testing at isotherm-isochoric specifications has been developed. The formulation of the tangent plane distance (TPD) criterion in terms of the Helmholtz free energy density (calculated from a general two-parameter cubic equation of state) with component molar density as independent variables is used. An unconstrained minimization problem of a smooth function is solved using the tunneling global optimization method. Calculations are carried out for several representative mixtures; special attention is paid to the performance of the algorithm for near-critical conditions and the vicinities of phase boundaries. The test examples show the robustness and efficiency of the proposed method, and its high reliability in solving the isochoric phase stability problem.