定容凝析氣藏動儲量計算簡易新方法*

鹿克峰 程超逸

(中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335)

采用物質平衡方法計算凝析氣藏動儲量始于20世紀80年代，Hagoort、Jones等考慮凝析氣反凝析的影響，提出的采用Z2代替Z，估算凝析氣藏天然氣儲量的P/Z2曲線圖法[1-3]；20世紀90年代，國內開始基于摩爾守恒原理建立凝析氣藏物質平衡方程式[4]，后續相繼發展了帶油環[5]、異常高壓[6]、考慮凝析水含量[7]、考慮水溶氣[8]影響的凝析氣藏物質平衡方程式，實現各種復雜條件下凝析氣藏動儲量計算；同在20世紀90年代，Walsh考慮各種類型油氣藏自由氣相中的凝析油含量Rv，提出廣義物質平衡式(GMBE)[9-10]，可完全繼承Havlena-Odeh傳統物質平衡方程式(CMBE)的線性化處理方法[11-12]，實現揮發油和凝析氣藏動儲量計算。采用物質平衡方法計算凝析氣藏動儲量，所需資料除地層流體PVT數據外，地層壓力數據也是必需的，且計算相對繁瑣。隨著Blasingame物質平衡時間的提出[13]，基于流壓的產量高級遞減計算動儲量的方法得以發展，包括流動物質平衡法[14]、動態物質平衡法[15-16]等，突破動儲量計算必需地層壓力的限制，但目前主要局限于采用衰竭式方式開發的干氣藏或地層廢棄壓力高于飽和壓力的油藏。

認識到“儲層凝析油達不到流動條件時，取相同衰竭壓力或天然氣采出程度，理論氣油比與PVT等容衰竭實驗氣油比相同”，本文提出了采用生產氣油比匹配實驗氣油比，確定衰竭式開發的定容凝析氣藏動儲量的簡易新方法。新方法僅需PVT等容衰竭數據，突破現有方法對地層壓力、井底流壓需求的限制，計算過程簡單，且計算結果與依賴壓力數據的Walsh廣義物質平衡方程式近似，具有重要的推廣應用價值。

1 簡易新方法的提出

Fetkovich考慮原油脫氣、凝析氣反凝析作用，首次提出油氣兩相共存的油氣藏中，油相、氣相相對滲透率比值的計算方法[17]，即

(1)

式(1)中：Krg為氣相相對滲透率，無量綱；Kro為油相相對滲透率，無量綱；μg為地下凝析氣黏度，mPa·s；μo為地下凝析油黏度，mPa·s；Bg為天然氣體積系數，m3/m3；Bo為凝析油體積系數，m3/m3；GOR為瞬時氣油比，m3/m3；Rs為凝析油溶解氣油比，m3/m3；rs為凝析油含量，m3/m3。

對原始狀況不存在油相的凝析氣藏，隨地層壓力降低至露點壓力以下，儲層中也會出現油氣兩相，同樣符合式(1)的計算條件。將式(1)整理成計算瞬時氣油比的表達式(為后續與Walsh廣義物質平衡方程式組合應用，將原文公式中rs用相同物理意義的Rv代替)

(2)

式(2)中：Rv為凝析油含量，m3/m3。

式(2)右邊對天然氣采出程度積分可得到單位天然氣儲量下的累產油，進而得到累積氣油比計算式為

(3)

式(3)中：Rps為累積氣油比，m3/m3；Rg為天然氣采出程度。

可見，在儲層中的凝析油達到臨界流動飽和度時，瞬時氣油比、累積氣油比取決于凝析油含量及油氣相對滲透率。在反凝析油飽和度低于臨界流動飽和度，即儲層中凝析油不流動時，將Kro=0分別代入式(2)、(3)可得

(4)

(5)

可見，不考慮凝析油流動時，瞬時氣油比、累積氣油比主要取決于凝析油含量，與凝析氣藏PVT等容衰竭實驗測定氣油比是相同的。

凝析氣PVT等容衰竭實驗通常設定6～8級衰竭壓力，對每一級先進行退泵降壓，再進行恒壓進泵，退泵降壓過程析出的凝析油滯留在容器的底部，恒壓進泵過程氣相從容器頂部排出，每一級衰竭壓力下最終都保持相同的容積[18]。實驗過程反映出，不管容器中析出凝析油飽和度的高低，凝析油始終滯留在容器底部，說明實驗實際上模擬了定容凝析氣藏衰竭式開發時凝析油不流動的情況。通過實驗，可獲取天然氣偏差因子、凝析油含量、天然氣及凝析油采出程度、瞬時氣油比、累積氣油比等參數隨衰竭壓力的變化數據，通過衰竭壓力這一中介參數，可獲取氣油比與天然氣采出程度關系。在實驗完成后，通常利用相態模擬軟件對實驗數據進行擬合，進而擴展到任一壓力下相關參數。

認識到“儲層凝析油達不到流動條件時，取相同天然氣采出程度，理論氣油比與PVT等容衰竭實驗氣油比相同”，提出采用生產氣油比匹配實驗氣油比，確定衰竭式開發的定容凝析氣藏動儲量的簡易新方法。具體做法是：

1)據實驗結果，作出實驗室累積氣油比與天然氣采出程度的關系曲線；

2)實際凝析氣藏累積產氣量、累積生產氣油比為已知，但因儲量未知，天然氣采出程度也是未知的，可預先假定一天然氣儲量，計算天然氣采出程度，進而得到實際氣藏的累積生產氣油比與天然氣采出程度的關系曲線；

3)對比實際、實驗室累積氣油比與天然氣采出程度關系曲線，若二者存在偏差，重新給定天然氣儲量，直至二者吻合，此時給定的天然氣儲量即為所求的天然氣動儲量。

理論上也可通過對比瞬時氣油比曲線實現動儲量計算，然而，實際凝析氣藏瞬時生產氣油比通常波動較大，而實驗曲線光滑且規律，對比存在不確定性。實際應用中，推薦以累積生產氣油比為基準，瞬時生產氣油比作參考。

對資料需求上，常用的物質平衡類方法須有平均地層壓力及PVT數據，產量高級遞減類方法須有井底流壓及PVT數據，而新方法僅需流體PVT數據，但對PVT等容衰竭實驗衰竭壓力級數有更高要求：現有凝析氣PVT等容衰竭實驗衰竭壓力通常設定6～8級，而定容凝析氣藏天然氣采收率一般為60%～80%，采氣速度為3%～6%，需要生產2～3年方可獲取第一級衰竭壓力下的氣油比值，明顯會影響到方法應用。因此，對處于開發前期評價階段的凝析氣藏，需結合氣藏的開發設想或開發方案，確定衰竭實驗壓力級數；對已經錯過最佳取樣時機(地層壓力已低于露點壓力)的在生產凝析氣藏，可通過現有商業化相態模擬軟件，對有限實驗數據進行有效擬合的前提下，預測加密后衰竭壓力下的相關參數。

已有文獻指出，高凝析油含量凝析氣藏在生產過程中，凝析油飽和度會高于臨界流動飽和度而產生流動，若凝析油的流動對累積氣油比產生不可忽視的影響，將影響到新方法評估動儲量的準確性，因此本文接下來作進一步討論。

2 新方法適用性分析

2.1 考慮凝析油流動的定容凝析氣藏動態預測方法

研究凝析油流動對累積氣油比的影響，須基于式(3)進行預測，必然涉及到凝析油飽和度計算以及凝析氣藏的物質平衡方程式。

考慮凝析氣反凝析以及凝析油脫氣收縮機理，新推導出的凝析油飽和度(定義為地層油體積除以烴孔隙體積，與PVT實驗飽和度統一)計算方程式為

(6)

式(6)中：So為凝析油飽和度；Rvi為原始凝析油含量，m3/m3；Bgi為原始天然氣體積系數，m3/m3。

Walsh廣義物質平衡方程式[10]，在凝析氣藏定容衰竭條件時可簡化為

F=GfgiEg

(7)

其中：

(8)

(9)

式(7)～(9)中：F為累積產出烴類地下體積，104m3；Gfgi為干氣儲量，104m3;Eg為單位干氣儲量的膨脹量，m3/m3；Np為累積產油量，104m3。

因Np=Gp/Rps,且Rg=Gp/Gfgi,則式(8)代入式(7)整理得到采氣程度計算式為

(10)

在已知氣藏PVT參數以及氣油相對滲透率曲線時，組合式(10)、式(6)及式(3)，以累積氣油比Rps為目標，采用迭代法即可實現考慮凝析油流動的累積氣油比預測。

2.2 凝析油流動對累積生產氣油比的影響

通常凝析油飽和度與凝析油含量正相關，研究對象首選特高凝析油含量凝析氣藏，如果凝析油流動對累積氣油比的影響不大，那本文方法對常見的低、中、高凝析油含量的凝析氣藏便均適用。

選擇SPE27684文獻中Western Overthrust Belt氣藏數據[9]，該氣藏原始地層壓力為39.99 MPa，飽和壓力為37.58 MPa，原始凝析油含量為929 cm3/m3，屬罕見的特高凝析油含量凝析氣藏，詳細儲層流體PVT參數及油氣相滲曲線數據列于表1。分別采用3種油氣相對滲透率曲線對累積氣油比作敏感性分析：①采用文獻中氣藏實驗測定的油氣相滲曲線(圖1a)，凝析油臨界流動飽和度Sorg=0.187 5(占烴孔隙體積)；②保持文獻中油氣相滲曲線形態不變，將凝析油臨界流動飽和度調整為0(圖1b)；③油相始終不流動，即Kro=0，氣相相對滲透率采用文獻數據(圖1c)。3種相滲曲線形態依次可理解為凝析油部分可動、凝析油完全可動、凝析油始終不動的情況。

表1 Western Overthrust Belt氣藏儲層流體及油氣相對滲透率數據

圖1 敏感性分析的3種油氣相對滲透率曲線

采用本文提出的考慮凝析油流動的定容凝析氣藏動態預測方法，基于表1所列流體參數，計算得到凝析油飽和度與天然氣采出程度關系(圖2a)，可見3種相滲曲線計算的凝析油飽和度差異較小，且主要開發期內都明顯高于氣藏相滲實驗測定的臨界流動飽和度。從累積氣油比、瞬時氣油比與天然氣采出程度關系(圖2b、圖2c)可以看出，凝析油部分可動(代表氣藏實驗相滲條件)與凝析油始終不流動(代表PVT等容衰竭實驗條件)計算的氣油比曲線基本重合，考慮凝析油完全可動的情況下，計算氣油比曲線才會出現稍低于前兩種的情況。因常見凝析氣藏凝析油含量通常低于本例，故可認為本文方法對常見的低、中、高凝析油含量的凝析氣藏均適用。

圖2 凝析油流動性敏感性分析結果

3 方法應用與驗證

選取西湖凹陷平北構造一高凝析油含量氣藏，該氣藏原始地層壓力34.16 MPa，儲層測試滲透率為76 mD，實驗室PVT分析原始凝析油含量為450 cm3/m3。表2列出了PVT等容衰竭實驗數據經PVTi軟件擬合后獲取的流體參數。

表2 平北構造某凝析氣藏PVT等容衰竭實驗獲取的儲層流體參數

采用本文提出的簡易新方法，確定生產曲線與實驗曲線最佳匹配時的原始天然氣儲量為2.44億m3(圖3)，進而，據原始凝析油含量可確定原始凝析油儲量為10.99萬m3。

圖3 簡易新方法確定平北構造凝析氣藏動儲量

采用物質平衡方法對新方法計算結果進行驗證。在氣藏錄取了足夠的地層壓力資料后，可直接采用物質平衡方程式計算動儲量，分2種方法計算，方法1考慮凝析氣中凝析油含量及凝析油脫氣的影響，采用廣義物質平衡方程式計算，即式(7)～式(9)；方法2不考慮凝析氣中凝析油含量及凝析油脫氣的影響，采用常規物質平衡計算，即將Rv=0、Rs=0代入式(8)、式(9)，可簡化為常規定容氣藏物質平衡方程式：

F=NpRpsBg=GpBg

(11)

Eg=Bg-Bgi

(12)

兩種方法都可通過F～Eg進行直線回歸，直線斜率即為天然氣動儲量。目標氣藏共計進行7次關井壓力恢復，動儲量結果如圖4所示，方法1計算天然氣動儲量為2.42億m3，方法2為2.50億m3，簡易新方法計算結果與采用廣義物質平衡方程式(方法1)的非常接近。

圖4 廣義物質平衡與常規物質平衡動儲量計算結果

為了方法驗證的需要，選取的實例具有豐富的地層壓力監測資料，對未測取地層壓力或無法獲取有效地層壓力的凝析氣藏，同樣可以采用簡易新方法計算。

本文方法僅適用于定容凝析氣藏，對于水驅氣藏本文的研究思路可以借鑒：首先依據等容衰竭實驗確定衰竭壓力與實驗氣油比關系，再依據實際生產氣油比標定得到氣藏地層壓力，最后，以Walsh廣義物質平衡方程式代替經典物質平衡方程式，水域模型計算方法與干氣藏完全相同，借鑒現文獻中做法[19-21]，二者結合完成動儲量計算。

4 結論

1)Fetkovich油氣兩相氣油比預測方程式反映出當儲層反凝析油飽和度達不到流動條件時，生產氣油比取決于儲層凝析油的含量；而凝析氣PVT等容衰竭實驗也是在保持凝析油始終不排出條件下測定的?；谶@兩點認識，對衰竭式開發的定容凝析氣藏提出采用實際生產氣油比擬合實驗氣油比曲線，確定天然氣動儲量的簡單方法。

2)基于本文創建的考慮凝析油流動的定容凝析氣藏動態預測方法，以特高凝析油含量的凝析氣藏為例，對凝析油流動性與累積氣油比的關系進行敏感性分析，明確凝析油在完全可流動與完全不流動狀態下，氣油比預測結果差異很小，證明簡易新方法對低、中、高凝析油含量的各類凝析氣藏都具有較好的適用性。

3)簡易新方法僅需PVT等容衰竭數據和產量數據，突破現有方法對地層壓力、井底流壓需求的限制，且計算過程簡單，計算結果與Walsh廣義物質平衡方程式相近。