薄啟煒

(中國石油化工股份有限公司 油田勘探開發(fā)事業(yè)部，北京 100728)

生產實踐表明，注CO2可提高原油采收率15%～25%[1-2]。CO2與原油實現(xiàn)混相，對CO2提高采收率的效果至關重要，而 CO2-原油體系飽和壓力的大小對二者混相的難易有重要影響[2-4]。因此，需要測定或預測不同條件下 CO2-原油體系的飽和壓力。為此，筆者基于實驗室試驗，選擇了計算飽和壓力的PREOS方程，并對其進行了改進，以使之成為一種比較理想的飽和壓力計算方法。

1 飽和壓力測定試驗

1.1 試驗裝置

測定試驗采用美國RUSKA公司的三看窗高壓PVT試驗裝置，見圖1。

1.壓力表；2.比例泵；3.汞儲槽；4.油樣瓶；5. CO2氣瓶；6.泵；7.三看窗釜；8.空氣??；9.增壓機；10.氣樣瓶

1.2 試驗樣品

試驗油氣樣品由勝利油田提供，其油藏和原油基本數(shù)據為：油層深度3 143～3 152 m，原始地層壓力31.56 MPa，地層溫度116 ℃，飽和壓力11.4 MPa，氣油比87.2 m3/m3，地下原油相對密度0.714 6，地面罐油相對密度0.843 4，地下原油黏度0.89 mPa·s，飽和壓力下原油黏度0.62 mPa·s，地面原油黏度6.67 mPa·s。油氣樣及井流物組成見表1。

表1 油氣樣及井流物組成

1.3 試驗結果與分析

試驗測定了原油和6種注CO2摩爾分數(shù)下的壓力(p)和相對體積(V)關系(見圖2)，相對體積指給定壓力下混合物總體積與飽和壓力下混合物總體積之比。從圖2可以看出，當所注氣摩爾分數(shù)較低時，p-V曲線上有明顯的折點，說明隨著壓力的降低會出現(xiàn)明顯的相變，折點處即是飽和點。隨著注氣摩爾分數(shù)的升高，p-V曲線上的折點變得不明顯起來，當CO2的摩爾分數(shù)達到63%左右時，氣液相間的密度差別已經不大，從p-V關系圖中已很難分辨出飽和壓力。即當注入CO2的摩爾分數(shù)達到63%時，接近一次接觸混相的狀態(tài)。

圖2 注入不同摩爾分數(shù)CO2時的壓力和相對體積關系

許多文獻也報道了類似的試驗結果[5]。因此可以認為，當注入CO2的摩爾分數(shù)達到60%以上時，CO2-原油多組分體系一般可達到一次接觸混相的狀態(tài)。

由p-V關系試驗測得的數(shù)據整理計算即可得到注入不同摩爾分數(shù)CO2所對應的飽和壓力，如圖3所示(圖中還表示出了其他幾個油樣的數(shù)據曲線)。R.K.Srivastava[5]在對Weyburn油田CO2混相驅進行實驗室評價時發(fā)現(xiàn)，對于該油田的3個不同油樣，如果飽和壓力采用相對值，即測得飽和壓力與原始飽和壓力之差，3個不同油樣的曲線基本一致。所以，他認為根據該油田3個油樣的數(shù)據回歸得出的曲線，可以用來預測該油田其他油樣的飽和壓力。對比圖3中各曲線可以發(fā)現(xiàn)，它們基本上都符合線性或者冪函數(shù)關系。根據這些曲線形態(tài)的相似性，可以將R.K. Srivastava的結論加以推廣，認為對于一個特定油田的不同油樣來說，注入不同摩爾分數(shù)CO2所對應的相對飽和壓力曲線是一致的，可以用回歸曲線對該油田的飽和壓力進行預測。

圖3 注入不同摩爾分數(shù)CO2所對應的飽和壓力

2 飽和壓力預測

目前已經開發(fā)了幾種計算飽和壓力的方法，筆者利用比較理想的狀態(tài)方程閃蒸計算方法確定 CO2-原油多組分體系的飽和壓力。

2.1 狀態(tài)方程的選擇與修改

選用公認比較理想的PREOS進行計算，其原始表達式為：

p=[RT/(V-b)]-a(T)/[V(V+b)+b(V-b)]

(1)

式中：p為系統(tǒng)壓力，MPa；T為系統(tǒng)溫度，K；V為系統(tǒng)體積，mL；R為通用氣體常數(shù)；a、b為無量綱常數(shù)。

K.H.Coats和G.T.Smart[6]認為不對狀態(tài)方程的參數(shù)作明顯的修改，PREOS不會得到油藏流體的準確相形為。對于 CO2-原油多組分體系這種復雜的油藏流體，PREOS更需要改進。

筆者在利用以上方法進行計算時發(fā)現(xiàn)，計算結果對原油中C+組分的摩爾質量、密度和臨界性質等參數(shù)非常敏感，而這些參數(shù)的準確求取是很困難的。同時，該方法比較復雜，計算穩(wěn)定性不太理想。因此，對PREOS進行了以下幾方面的改進。

1) 重質餾分(C+)的描述。為解決重組分C+的臨界值難于確定的問題，采用單碳數(shù)函數(shù)對其進行擴展描述，將其分割為若干個SCN單碳組，并利用Twu關系式計算各單碳組的臨界性質，利用Lee-Lesler關系式計算各單碳組的偏心因子。表達式為：

ZCn=exp(A+BMCn)

(2)

式中：ZCn為重組分中各種物質的摩爾分數(shù)，%；MCn為重組分中各種物質的分子量；n為總組分數(shù)；A、B為與具體油樣有關的常數(shù)。

A、B由以下兩式計算：

(3)

(4)

2) 對于Ki j，采用PREOS提供的原始數(shù)據，對于擴展組分沒有提供數(shù)據的，根據原始數(shù)據外推求值。

3) 通過對大量現(xiàn)有試驗數(shù)據的回歸，將CO2的參數(shù)調整為：a(Tc)= 0.272 755，b=0.020 834。

4) 對α函數(shù)，采用Twn提出的以下形式：

α=α0+ω(α1-α0)

(5)

(6)

(7)

式中：ω為偏心因子，無量綱，可查表或計算得到；Tr為對比溫度，等于系統(tǒng)溫度與臨界溫度的比值，無量綱。

2.2 計算結果與分析

利用以上改進的PREOS，通過相平衡閃蒸計算可解得 CO2-原油多組分體系的飽和壓力。對圖3中3個油樣進行計算，結果見圖4。對比試驗值和計算值可以看出，改進的PREOS計算的 CO2-原油多組分體系的飽和壓力與試驗值非常吻合，是一種比較理想的飽和壓力計算方法。

圖4 飽和壓力試驗值與計算值對比

3 結 論

1) 當注入CO2的摩爾分數(shù)達到60%以上時， CO2-原油多組分體系一般可達到一次接觸混相的狀態(tài)。

2) 對特定油田的不同油樣，注入不同摩爾分數(shù)CO2所對應的相對飽和壓力曲線是一致的，可用回歸曲線進行預測。

3) 改進的PREOS用于計算 CO2-原油多組分體系的飽和壓力，結果與試驗值非常吻合，證明其為一種比較理想的飽和壓力計算方法。

參 考 文 獻

[1] Danesh A.油藏流體的PVT與相態(tài)[M].沈平平，韓冬，譯.北京：石油工業(yè)出版社，2000：20-256.

[2] 劉炳官，朱平，雍志強，等.江蘇油田CO2混相驅現(xiàn)場試驗研究[J].石油學報，2002，23(4)：56-60.

[3] 王利生,郭天民.江漢油藏油及其注二氧化碳體系高壓粘度的實驗測定[J].石油大學學報：自然科學版,1994,18(4):125-130.

[4] Dong M，Huang S S，Srivastava R. A laboratory study on near-miscible CO2injection in Steelman reservoir[J].Journal of Canadcan Petroleum Technology，2001，40(2):53-61.

[5] Srivastava R K，Huang S S.Laboratory investigation of Weyburn CO2miscible flooding[J].Journal of Canadcan Petroleum Technology，2000，39(2):41-51.

[6] Coats K H,Smart G T.Application of a regression-based EOS PVT program to laboratory data[J].SPE Reservoir Engineering,1986,1(3):277-299.