凝析、低滲氣藏流體相態(tài)與滲流機理

前言

早在2000多年前的漢朝時期，我們的老祖先就在四川自流井（今自貢市）鉆鑿深達1000m的直井，開采地下天然氣和鹵水，用天然氣熬鹵水，精制出質(zhì)量很好的食鹽，18世紀中葉這種天然氣鹽化工業(yè)曾經(jīng)非常發(fā)達。我國是世界上開發(fā)利用天然氣最早的國家。新中國成立后，在中國共產(chǎn)黨的領導下，我國石油和天然氣工業(yè)獲得飛速發(fā)展，油氣勘探開發(fā)的理論和技術以及儲量和產(chǎn)量都達到了較高水平。2009年全國天然氣年產(chǎn)量已達870×10。m。，居世界第六位。天然氣是一種清潔的環(huán)保能源，國家對大力發(fā)展天然氣工業(yè)非常重視。近些年來，我國已在塔里木盆地、四川盆地、陜甘寧盆地及海上發(fā)現(xiàn)了儲量豐富的大型、特大型氣田和凝析氣田，其中在塔里木盆地、渤海灣地區(qū)以及海上的深部地層發(fā)現(xiàn)了高壓一超高壓高溫凝析氣藏和低滲透氣藏。今后會發(fā)現(xiàn)更多的天然氣藏和凝析氣藏，其儲量和產(chǎn)量必將快速增長，我國的天然氣工業(yè)將步人相應的快速發(fā)展時期。我國的高壓一超高壓高溫凝析氣藏流體的特點是凝析液組成中有高含量的高碳數(shù)烴（其中包括重凝析烴和蠟組分）。在氣藏開發(fā)過程中，儲層內(nèi)會出現(xiàn)復雜的氣一液一固多相的相態(tài)變化、變相態(tài)滲流和固相沉積等特征。高壓低滲透和特低滲透氣藏儲集巖具有復雜的孔喉結構，在開發(fā)過程中會出現(xiàn)明顯的儲集巖變形及耦合滲流特征。這些因素對流體滲流過程和氣田開發(fā)效果影響較大。這類氣田開發(fā)面臨著相當復雜的、國內(nèi)外尚未較好解決的理論問題及技術難題。為此，2001年以趙文智教授和劉文匯研究員為首席科學家的國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目“高效天然氣藏形成分布與凝析、低效氣藏經(jīng)濟開發(fā)的基礎研究”中，設立了“氣一液一固復雜相變及滲流理論研究”課題。該課題聚集了中國石油勘探開發(fā)研究院和有關院校的中青年科技專家，在課題長胡永樂教授的組織、領導和親自參加下，進行了深入研究，獲得了較大進展。他們在我國首先較系統(tǒng)地研究了深層高壓一超高壓高溫凝析氣藏流體在原始狀態(tài)、降壓開采及注氣保持地層壓力開采等條件下的氣一液一固三相相態(tài)變化規(guī)律、機理和數(shù)學模型；針對我國低滲一特低滲氣藏巖性特征，較系統(tǒng)地研究了非達西滲流、滑脫效應、壓敏效應、啟動壓力梯度、高含水飽和度等因素對氣體滲流的影響規(guī)律、機理和數(shù)學模型；研究了上覆巖層壓力引起氣層變形和氣層參數(shù)變化的理論；還研究了氣體滲流過程中固體顆粒運移的流固耦合理論模型及最佳流速等。他們的研究已取得可喜的進展，其中凝析氣氣一液一固三相相態(tài)理論有很好的理論創(chuàng)新意義和實際應用價值，已應用于氣田開發(fā)實際并取得了效果和效益。他們在科學研究中的努力進取、奮發(fā)創(chuàng)新、相互學習、團結合作，獲得了出成果、出人才的回報。現(xiàn)在他們將成果的一部分編輯出版，我非常樂意推薦他們的這一著作。

內(nèi)容概要

本書內(nèi)容共分5章，主要介紹：流體相態(tài)基本概念、凝析氣藏開發(fā)過程中流體相態(tài)變化特征、高溫高壓高含蠟凝析氣降壓過程中氣一液一固三相實驗及理論分析；凝析氣在長巖心實驗裝置和微觀多孔介質(zhì)物理模型中相態(tài)變化、液相聚集機理實驗及其基本數(shù)學模型；凝析氣在高溫高壓條件下通過多孔介質(zhì)的滲流機理實驗及其數(shù)學模型分析；低滲透氣藏開采過程中動態(tài)特征，啟動壓力梯度、滑脫效應、壓敏效應、高含水飽和度、大壓差開采等對氣體滲流影響分析；氣層受上覆巖層壓力作用產(chǎn)生變形特性的理論等?！　”緯晒└叩仍盒?、研究院及生產(chǎn)單位有關專業(yè)人員學習參考。

書籍目錄

序前言第一章 凝析氣藏流體相態(tài)特征　第一節(jié) 凝析氣藏流體相態(tài)特征概述　第二節(jié) 國內(nèi)外凝析氣研究現(xiàn)狀及趨勢　　一、凝析氣藏流體相態(tài)實驗　　二、多組分氣液平衡理論研究　　三、多孔介質(zhì)中流體相態(tài)　第三節(jié) 關于物質(zhì)相態(tài)的基本概念　　一、物質(zhì)相態(tài)的基本概念　　二、單組分相態(tài)　　三、二組分相態(tài)　　四、三組分相態(tài)　　五、四組分相態(tài)　　六、多組分油氣藏流體相態(tài)　第四節(jié) 凝析氣相態(tài)特征和“反凝析”、“反蒸發(fā)”概念　第五節(jié) 臨界態(tài)一近臨界態(tài)流體相態(tài)特征　　一、臨界態(tài)一近臨界態(tài)流體研究概況　　二、油氣藏流體臨界態(tài)一近臨界態(tài)異常相態(tài)特性　　三、近臨界態(tài)流體相態(tài)急劇變化特征　　四、臨界態(tài)一近臨界態(tài)凝析氣藏流體異常的相態(tài)變化特征　　五、近臨界態(tài)凝析氣藏流體組成梯度和反常露點變化特征　　六、近臨界態(tài)凝析氣藏取樣　第六節(jié) 高壓高溫凝析氣藏流體相態(tài)特性研究　　一、目前高壓高溫凝析氣相態(tài)研究概況　　二、凝析氣一水相態(tài)特征　　三、高壓高溫條件下流體“反Joule Thomson效應”特性　　四、高壓高溫高含蠟凝析氣藏流體相態(tài)實驗研究　　五、高壓高溫高含蠟凝析氣恒溫等容衰竭相態(tài)特征研究　　六、高含蠟凝析氣藏注氣過程中混合流體露點壓力變化　第七節(jié) 高壓高溫高含蠟凝析氣的氣一液一固三相相態(tài)研究　　一、固相析出微觀原理試驗　　二、氣一固相態(tài)變化特征　　三、氣一液一固相態(tài)變化的壓力一溫度相圖　　四、固相沉積的理論解釋及固相蠟結構研究　　五、開采過程中固相沉積對井生產(chǎn)的影響問題　第八節(jié) 高壓高溫高含固相組分的儲層流體取樣、實驗及科研問題　參考文獻第二章 多孔介質(zhì)中凝析氣相態(tài)變化影響因素及滲流機理　第一節(jié) 國內(nèi)外多孔介質(zhì)中凝析氣相態(tài)變化研究現(xiàn)狀　　一、國外研究現(xiàn)狀　　二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀　　三、發(fā)展趨勢　第二節(jié) 長巖心和PVT筒聯(lián)合裝置中模擬凝析氣相態(tài)實驗　　一、實驗原理和流程　　二、相態(tài)實驗設備和實施準備　　三、建立壓力系統(tǒng)并飽和巖心　　四、模擬凝析氣同步衰竭相態(tài)實驗　第三節(jié) 微觀多孔介質(zhì)模型中模擬凝析氣相態(tài)實驗　　一、微觀多孔介質(zhì)模型中模擬凝析氣相態(tài)實驗方案設計　　二、微觀孔隙網(wǎng)絡模型的凝析氣相態(tài)實驗圖像分析　　三、微觀可視夾珠模型凝析氣相態(tài)實驗圖像分析　第四節(jié) 孔隙結構中凝析氣相態(tài)計算　　一、孔隙結構中凝析氣相態(tài)計算數(shù)學模型　　二、計算實例和分析　參考文獻第三章 伴隨相態(tài)變化的氣液滲流規(guī)律　第一節(jié) 凝析氣藏變相態(tài)滲流力學研究進展　　一、凝析氣液流動機理　　二、凝析氣藏中凝析氣液相對滲透率的影響因素　　三、凝析氣井產(chǎn)能計算　　四、現(xiàn)有理論認識的局限性　　五、研究方向　第二節(jié) 高溫高壓下多孔介質(zhì)中凝析氣、液變相態(tài)滲流機理實驗　第三節(jié) 多孔介質(zhì)中伴隨氣液相態(tài)變化的滲流規(guī)律　　一、伴有相態(tài)變化過程的氣液兩相滲流機理　　二、伴隨氣液相態(tài)變化的滲流方程的建立　第四節(jié) 凝析氣井開采時產(chǎn)層中凝析液聚集、分布及滲流規(guī)律　　一、凝析氣井開采時產(chǎn)層中凝析液聚集與分布規(guī)律　　二、多孔介質(zhì)中伴有相變過程的多相流一固一熱耦合滲流數(shù)學模型　第五節(jié) 揮發(fā)性油藏流體滲流機理　　一、揮發(fā)性油藏流體氣液兩相隨壓力變化的滲流機理實驗　　二、含水揮發(fā)性油藏降壓開采及水驅(qū)滲流微觀模型實驗結果分析　參考文獻第四章 低滲透氣藏滲流特征　第一節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀　　一、研究歷史　　二、近期理論和實驗研究進展　第二節(jié) 低滲透氣藏主要特征　　一、低滲透氣藏儲層性質(zhì)及其動態(tài)主要特征　　二、低滲透氣藏的滲流特征　第三節(jié) 壓敏效應實驗資料分析　　一、孔隙體積和孔隙度隨凈圍壓的變化　　二、空氣滲透率和克氏滲透率隨凈圍壓的變化特征　　三、巖石壓縮系數(shù)隨凈圍壓的變化　第四節(jié) 含水飽和度對氣體滲流影響的實驗研究　　一、低滲透巖心氣體滲流實驗結果　　二、井底積液對氣體滲流的影響　第五節(jié) 低滲透巖心低速氣流啟動壓差實驗　　一、氣體通過低滲透巖心確定啟動壓差實驗　　二、實驗啟動壓力梯度的計算　　三、啟動壓力梯度與滲透率關系　　四、實驗結果分析和實驗數(shù)據(jù)適用性　第六節(jié) 低滲透氣藏考慮滑脫效應氣體滲流數(shù)學模型　　一、滑脫效應機理數(shù)學模型　　二、考慮低滲氣藏滑脫效應非達西滲流機理數(shù)學模型　參考文獻第五章 巖石變形特性及其滲流規(guī)律　第一節(jié) 概述　第二節(jié) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀　　一、國外變形介質(zhì)儲層滲流力學理論研究的發(fā)展　　二、國內(nèi)變形介質(zhì)儲層滲流力學理論研究的發(fā)展i　　三、變形介質(zhì)氣藏滲流理論研究的現(xiàn)狀　　四、現(xiàn)有研究的局限性　第三節(jié) 變形介質(zhì)氣藏的變形實驗　　一、實驗裝置及實驗方法　　二、實驗結果　第四節(jié) 多孔介質(zhì)變形特性的理論　　一、多孔介質(zhì)的孔隙性及孔隙結構特征　　二、變形介質(zhì)儲層巖石的變形特性理論研究　　三、多孔介質(zhì)孔隙的彈性理論及力學模型　第五節(jié) 變形介質(zhì)對巖石特性參數(shù)的影響　　一、壓力變化對孔隙含水飽和度影響的理論分析　　二、應力與毛管壓力之間的關系研究　第六節(jié) 含固相顆粒的氣層顆粒運移模型建立與求解　　一、孔隙中顆粒的懸浮速度研究　　二、不規(guī)則顆粒及顆粒群懸浮速度　　三、固體、氣體速度比的理論分析與運用　　四、升力系數(shù)的研究　　五、混合比的研究　　六、地層氣流臨界速度模型的建立與求解　　七、開發(fā)過程中地層流體最佳流速研究　參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：前面進行了長巖心和PVT筒內(nèi)同時模擬凝析氣排氣降壓衰竭實驗，微觀可視孔隙網(wǎng)絡模型和微觀可視夾珠模型分別開展模擬凝析氣降溫降壓和反向升溫升壓實驗。這些試驗結果提供的結論性認識為：（1）對比孔隙介質(zhì)中實測的模擬凝析氣露點壓力比PVT筒內(nèi)高，滲透率越低或孔隙半徑越小的多孔介質(zhì)露點壓力越高。（2）當體系壓力降至露點壓力以下延續(xù)降壓過程中，凝析液首先在孔隙表面形成液相薄膜，隨后在孔隙喉道和最小半徑孔隙中凝聚，并逐漸形成帶彎月面的液柱。（3）隨著降壓，凝析液量增多，這種動態(tài)逐漸向較大孔隙擴展，直至孔隙中被凝析液聚集、充填及毛管之間匯聚。（4）在大孔隙中凝析液聚集在孔壁周圍，形成液包氣。2）多孔介質(zhì)中模擬凝析氣相態(tài)隨溫度、壓力變化的理論分析儲集層多孔介質(zhì)具有顆粒細、孔隙小、比面積（單位多孔介質(zhì)內(nèi)孔隙內(nèi)表面積）巨大，流體與儲層介質(zhì)問存在多種界面等特點。多孔介質(zhì)的孔隙結構異常復雜，儲存空間主要由各種不同大小孔隙和復雜彎曲度孔道及細小喉道組成。固體與流體物質(zhì)之間的分子引力作用，使物質(zhì)表面具有表面能。多孔介質(zhì)表面相對來說是一種低能表面。表面能越低，孔隙壁面的吸附力越大。吸附能力強弱與多孔介質(zhì)比表面、孔喉大小和形狀、壓力和溫度等有關。由于巖心孔隙比表面積巨大，因而吸附力也大?？紫侗砻娴奈搅?，首先對質(zhì)量大的重烴引力較大，最容易被壁面吸附。在體系壓力高于露點壓力時，孔隙介質(zhì)壁面形成重烴占優(yōu)的蒸汽吸附膜，并隨相對壓力（相對于飽和壓力）增加吸附膜增厚。由于孔隙壁面附近重烴含量高，遠離部分較低，因此平衡狀態(tài)下凝析氣組分處于非均勻分布，靠近孔隙壁面附近的重烴容易在較高壓力下凝析為液相。而PVT筒中模擬凝析氣組分比較均勻分布，所以多孔介質(zhì)中模擬凝析氣露點壓力比PVT筒中露點壓力高。當體系壓力低于露點壓力時，蒸汽吸附膜重烴凝析為表面液膜。液體界面張力和毛管力隨之起作用。隨著壓力持續(xù)下降凝析液逐漸增多時，毛管力作用使更多重烴轉(zhuǎn)移到液相中，導致液柱升高和形成彎液面，以及氣、液相組成和各組分的逸度產(chǎn)生差異。由于多孔介質(zhì)孔隙半徑越小和滲透率越低，孔隙比面積越大，吸附力和毛管力也越大，所以小孔隙、低滲透巖心內(nèi)模擬凝析氣露點壓力比大孔隙、較高滲透率巖心及PVT筒中凝析氣露點壓力更高。同時說明降壓過程中小孔隙、低滲透巖心內(nèi)模擬凝析氣最早到達露點壓力和形成凝析液，也最早凝析液增多、聚集、充填。顯然，凝析液形成、聚集、填充的順序是從小孔隙、低滲透到中孔隙、中滲透再到大孔隙、高滲透逐漸擴展及匯聚。最后，在大孔隙內(nèi)氣、液兩相形成液包氣平衡狀態(tài)。

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《凝析、低滲氣藏流體相態(tài)與滲流機理》：天然氣勘探開發(fā)基礎研究叢書。

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