方 洋, 李冰環(huán), 王國(guó)政, 王軍委, 王兆遠(yuǎn), 孫玉炳

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探測(cè)試公司)

伊拉克境內(nèi)沒(méi)有能滿足外資公司數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的PVT實(shí)驗(yàn)室，各油公司油氣藏流體高溫高壓物性分析樣品需要運(yùn)輸?shù)降习莸鹊?，由于高壓含硫樣瓶需要連續(xù)的清關(guān)和入關(guān)手續(xù)，運(yùn)輸檢驗(yàn)等，往往3～5個(gè)月才能得到分析結(jié)果，無(wú)法滿足各油公司快速評(píng)價(jià)油層和勘探快速?zèng)Q策的要求，同時(shí)運(yùn)輸期間會(huì)產(chǎn)生昂貴的樣瓶租金和清入關(guān)費(fèi)用，且含硫樣瓶長(zhǎng)時(shí)間存放不及時(shí)分析，部分樣瓶的組分發(fā)生變化，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[1-3]。

把實(shí)驗(yàn)室搬到油田現(xiàn)場(chǎng)，是伊拉克境內(nèi)油公司的強(qiáng)烈需求，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難重重，國(guó)外服務(wù)公司也在不斷嘗試。主要受制于PVT實(shí)驗(yàn)室占地面積大，且海外現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣。為此長(zhǎng)城鉆探測(cè)試公司和法國(guó)ST合作，將大型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的要求，解決了空間布局，適合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱要求，設(shè)計(jì)有多處亮點(diǎn)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)，在伊拉克多個(gè)油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，取得了良好的效果和評(píng)價(jià)。

一、模塊化的移動(dòng)式設(shè)計(jì)

斯倫貝謝公司在十多年前在北美就將移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，其設(shè)計(jì)核心是一體化設(shè)計(jì)，利用設(shè)備高集成度來(lái)節(jié)省空間和減輕重量，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室能夠集成于一個(gè)6 m集裝箱，其缺點(diǎn)是所有設(shè)備都是微型化和特制化，微型化就是把設(shè)備縮小至30%～50%，是以犧牲數(shù)據(jù)質(zhì)量為代價(jià)，特制化就是要重新研發(fā)和生產(chǎn)一批微型化設(shè)備，需要大量的研發(fā)和制造費(fèi)用[4]。

為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量并減少購(gòu)置成本，且達(dá)到移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室要求，經(jīng)對(duì)比研究后決定采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊是一個(gè)獨(dú)立的功能單元，為合理利用空間，部分模塊設(shè)備帶有腳輪，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)階段選擇模塊之間的連接，保證能在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)完成全部實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為保證數(shù)據(jù)精度，主體設(shè)備選擇仍采用大型實(shí)驗(yàn)室相同設(shè)備，通過(guò)合理設(shè)計(jì)、空間布局和模塊編制，最優(yōu)化滿足現(xiàn)場(chǎng)空間條件，設(shè)備共劃分為八個(gè)功能模塊: ①全可視平衡釜；②氣量計(jì)；③毛細(xì)管黏度計(jì)；④安東帕高壓密度計(jì)；⑤油氣氣相色譜儀；⑥混樣系統(tǒng)；⑦配樣系統(tǒng)；⑧計(jì)量泵。

八個(gè)功能模塊當(dāng)中，全可視平衡釜和氣量計(jì)采用固定式串聯(lián)，其它六個(gè)模塊全部采用移動(dòng)式設(shè)計(jì)，其中混樣系統(tǒng)和配樣系統(tǒng)設(shè)置為開(kāi)放式，即進(jìn)行長(zhǎng)距離細(xì)管線連接，管線貼壁走線，不用時(shí)可拆除另外放置。計(jì)量泵、毛細(xì)管黏度計(jì)和安東帕高壓密度計(jì)等采用近距離連接，并考慮到實(shí)驗(yàn)順序預(yù)留高壓管線，而油氣氣相色譜儀則在氣量計(jì)預(yù)留惰性管線接入口。

設(shè)備整體集成于兩個(gè)6 m標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。并根據(jù)海外沙漠條件進(jìn)行固定處理，可根據(jù)伊拉克境內(nèi)油公司需要運(yùn)輸?shù)饺我挥吞铿F(xiàn)場(chǎng)快速提供PVT流體分析服務(wù),設(shè)備可以直接運(yùn)到勘探井井場(chǎng)，將新鮮的井下樣品直接分析，幫助油公司進(jìn)行快速勘探?jīng)Q策。

二、系統(tǒng)功能和優(yōu)勢(shì)

核心平衡釜(法國(guó)ST公司)容積為240 mL，最高工作壓力200 MPa,溫度150℃，超越多數(shù)相態(tài)實(shí)驗(yàn)室。能夠完成普通黑油、稠油、凝析油氣、干氣等的恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)、定容衰竭實(shí)驗(yàn)和差異分離實(shí)驗(yàn)等，能夠取得飽和壓力、單級(jí)和多級(jí)氣油比、體積系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、Y函數(shù)、高溫高壓密度和黏度等參數(shù)，設(shè)備主要參數(shù)包括釜體容積等，和大型實(shí)驗(yàn)室一致[5-6]，遠(yuǎn)大于斯倫貝謝現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室釜體容積25 mL，其受限于釜體容積只能完成部分實(shí)驗(yàn)，然后結(jié)合相態(tài)軟件去模擬其余參數(shù)，只適合現(xiàn)場(chǎng)快速分析而對(duì)結(jié)果精度要求不高的情況。

為滿足集裝箱的操作條件，根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)部分實(shí)驗(yàn)流程和測(cè)量方法做了相應(yīng)變化，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件。常規(guī)樣品分析時(shí)間為3～5 d[7]，而移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)流體分析服務(wù)可將分析時(shí)間縮減至1～2 d，主要是新鮮樣品的前處理時(shí)間短，移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)分析單次實(shí)驗(yàn)時(shí)間：①濕氣：16～24 h；②凝析氣：12～18 h；③揮發(fā)油：8～16 h；④黑油:8～16 h；⑤重油：24～48 h,可大大減少結(jié)果等待時(shí)間，說(shuō)明移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室具有明顯的現(xiàn)場(chǎng)快速分析優(yōu)勢(shì)。

三、系統(tǒng)驗(yàn)證

為驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，伊拉克北部Ismail-1井取樣共三層，每次取2個(gè)平行樣，其中一個(gè)樣送往瑞士SGS標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室(主體平衡釜都來(lái)自ST公司)，另外一個(gè)樣用來(lái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室分析，其分析結(jié)果比對(duì)情況見(jiàn)表1～表4。通過(guò)三層樣品分析驗(yàn)證，可確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室能夠滿足西方公司對(duì)數(shù)據(jù)的要求。

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可見(jiàn)，飽和壓力、氣油比和高壓黏度等數(shù)據(jù)與SGS大型實(shí)驗(yàn)室相符較好，結(jié)果精確度高。

表1 Ismail-1井各層泡點(diǎn)壓力

表2 Ismail-1井各層閃蒸氣油比

表3 Ismail-1井各層多級(jí)脫氣氣油比

表4 Ismail-1井各層飽和壓力時(shí)黏度

四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前，現(xiàn)場(chǎng)流體快速分析實(shí)驗(yàn)室已在伊拉克多個(gè)油田得到應(yīng)用，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，分析速度快，逐漸為各油公司所接受，為勘探開(kāi)發(fā)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

1. 黑油樣品現(xiàn)場(chǎng)分析實(shí)例

伊拉克南部AD油田某井為明確油藏流體參數(shù)和構(gòu)造儲(chǔ)量情況，在2 814.44 m處用PDS取樣器井下取樣，取樣前控制油嘴，地面壓力和產(chǎn)量穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)分析的粗側(cè)泡點(diǎn)壓力為19.7 MPa，低于該樣品的開(kāi)啟壓力25.2 MPa和井底取樣壓力22.3 MPa，說(shuō)明該樣品取樣期間為單相存在，未發(fā)生組分逸失，為合格樣品，可進(jìn)行相態(tài)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)混樣和轉(zhuǎn)樣等前處理操作，嚴(yán)格控制進(jìn)樣條件，確保整個(gè)過(guò)程組分保持一致，最后測(cè)得該樣品在油藏條件下(23.2 MPa和81.44℃)泡點(diǎn)壓力為19.9 MPa；單級(jí)脫氣氣油比131.35 m3/m3，多級(jí)脫氣氣油比143.36 m3/m3，多級(jí)分離器氣油比為136.52 m3/m3，油相體積系數(shù)1.354，油藏條件下的密度和黏度分別為0.748 4 g/cm3和1.448 mPa·s。實(shí)驗(yàn)共耗時(shí)2.5 d，為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供參數(shù)依據(jù)見(jiàn)表5。

2. 凝析氣井現(xiàn)場(chǎng)分析實(shí)例

K435井為伊拉克北部電廠供氣井，日產(chǎn)凝析氣287 161 m3、凝析油62.3 m3，為明確儲(chǔ)層目前開(kāi)發(fā)狀況和進(jìn)一步核實(shí)儲(chǔ)量，在地面同時(shí)取穩(wěn)定的凝析油氣樣，通過(guò)復(fù)配得到井下樣品。復(fù)配后折算的閃蒸氣油比和生產(chǎn)氣油比誤差低于2%，達(dá)到復(fù)配井下樣品目的，同時(shí)對(duì)分離器油氣樣品進(jìn)行色譜分析，結(jié)果見(jiàn)圖1，說(shuō)明樣品合格，可以進(jìn)一步混樣和轉(zhuǎn)樣等操作，然后進(jìn)入高壓平衡釜進(jìn)行相態(tài)實(shí)驗(yàn)，最終該樣品的結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3，實(shí)驗(yàn)共耗時(shí)4 d。

表5 AD油田某井差異分離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖1 分離器油氣樣品組分平衡比

圖2 等組分膨脹實(shí)驗(yàn)

五、結(jié)論

(1)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，合理布局標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，將大型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備引入海外現(xiàn)場(chǎng)，建立了具有移動(dòng)式特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)PVT分析實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了將油藏流體樣品現(xiàn)場(chǎng)快速分析的能力，幫助伊拉克各油公司進(jìn)行快速勘探開(kāi)發(fā)方案決策。

圖3 定容衰竭實(shí)驗(yàn)

(2)為驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，通過(guò)和瑞士SGS標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)比對(duì)，經(jīng)過(guò)三層樣品數(shù)據(jù)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，飽和壓力、氣油比和高壓黏度等數(shù)據(jù)與SGS大型實(shí)驗(yàn)室相符較好，結(jié)果精確度高，確認(rèn)移動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室能夠滿足西方公司對(duì)數(shù)據(jù)的要求。

(3)該系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確的提供油藏流體高壓物性數(shù)據(jù)，在勘探開(kāi)發(fā)快速評(píng)價(jià)儲(chǔ)層和方案決策方面有重要作用。目前現(xiàn)場(chǎng)流體快速分析系統(tǒng)已在伊拉克多個(gè)油田得到應(yīng)用，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，分析速度快，逐漸為各伊拉克油公司所認(rèn)可和青睞。