2008年5月 断 块 油 气 田 第l5卷第3期 物质平衡方程应该考虑元素硫沉积的影响。 其物质平 衡方程的基本形式为 nsi=nwp+n +ns (1) 2方程通式推导 2.1 气藏原始地下储量 由气体非理想状态方程可得,气藏原始地下储量 物质的量为 器=器 (2) 将气藏容积换算到地面标准条件下的体积为 G=Vo/B (3) 2.2开发过程中某一压力下的累积采出量 高含硫气藏累积采出井流物物质的量为 ㈩ 2.3沉积固态元素硫量 1982年,Chrastil提出了固体在超临界气体中的 溶解度公式[10]: Rs=ps kexp(a/T+b) (5) 而Roberts E“ 利用Chrastil的热力学模型,并结合 Brunner和Woll的实验数据n ,建立了硫在酸气中 溶解度的关联式: Rs=ps4exp(一0.4666/T一4.5711) (6) 又P = /ZRT (7) 所以Rs=( /ZRT) exp(-0.4666/T一4.5711)(8) 已知: Ams=Vg si— gRs (9) gs=(VgRsl—VgRs)ps (10) 忽略固体硫的压缩性,元素硫在气藏目前条件下 的体积为 Gs=Vs=(VsiRsl—V.Rs)Ps (11) 沉积固态元素硫物质的量为 ns= =—— M : :— M 【lZ 、 ‘J 2.4气藏剩余气量 当气藏采出一定气量后,气藏的压力从原始地层 压力下降到某个地层压力,气藏压降为△P(△P= 一 P)。对于高含硫气藏,气藏的孔隙体积会因压力的下 降而收缩,气藏中的束缚水体积会因压力的下降而膨 胀,水体中的水会因压力的下降而侵入气藏,固态硫也 会因压力的下降而析出沉积并且膨胀,以上诸因素均 减小了气藏的容积。 孔隙体积的减小量为 82 cp△P= (13) 其中 cp=啬 (14) 束缚水体积的膨胀量为 AV : C △P:一Vx,S, ̄C ,,AP. .(15) l一.) 由于气藏一般不采用注水开发,因此,气藏被水侵 量占据的孔隙体积即气藏的存水量为 △W。=W。一W (16) 考虑以上几个因素,剩余气量的地下体积为 Vg=Vgi—AVP—AV 一AW。一Gs (17) 即 一 AP一 )_Gs(18) 4-co=竿 告测式(18 写成 V =V i(1一C △ 一∞)一Gs (19) 从而得到气藏剩余气物质的量为 -,g (20)【zu) 2.5高含硫气藏物质平衡方程通式 联立式(1)一(4)、(12)、(19)和(20),得 虬一 + [ i 二 垒 二 2二 !]+ R 。ZRT 。g 二 ! (21) s 将式(3)代入式(21)并经整理后,得高含硫气藏物 质平衡方程通式为 一 兹 Bg 咫 ( 1 -C AP 一∞) 奇警=轰’等 开发过程中,任一压力下天然气的体积系数为 轰‘ ZT (24) 将式(22)--(24)变形,可得高含硫气藏物质平衡 方程通式的另一种表达式: CpBs -Gs +psZRTGs G: (25)5) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第15卷第3期 卞小强,等:高含硫气藏物质平衡方程通式的新推导 2008年5月 P一互PscTG p+ GspsR T : Pi GB ̄ zi 量,m3;W 为气藏采出的水在地面条件下的体积,in。;Z r,26 , 、 。 』。 l一乙。‘ f, 』 8 Z Gs—G i(1一C △P一∞) 、~ 为气藏原始条件下天然气的偏差系数;Z为气藏目前 条件下天然气的偏差系数; 为天然气在标准条件下 的偏差系数;T为气藏的温度,K; 为标准条件下的 温度,K; gi为天然气在原始压力下的体积系数; 为 天然气目前压力下的体积系数; 为气藏侵入水的体 积系数;Cp为岩石孔隙体积压缩系数,MPa~;Cw为气 3实例分析 以四川I东北部飞仙关某高含硫干气气藏X为例 进行研究,气藏的组分及基本参数见表1。 表1 高含硫气藏×的组成及基本参数 组分 浓度/(mol・L-’) 基本参数 数据 H2S 11.3 /K 376.1 CO2 6.98 只/MPa 40.02 CH-80.61 (实测) 1.018 4 C2H6 0.04 C。/MPa-’ 1.2×10 N2 1.06 0 该气藏从2002年开始投产,至2006年底地层压 力下降到30 MPa,实测的Z=0.928 6,累积产气量为 16.02×108m。。利用推导的物质平衡方程及文献[14] 中的数据(ps=1 960 kg・m ;Ms=256 kg・kmol ),可以 得到计算的地质储量为89.75×10。in。。 综合地质资料、试井资料和测井资料等,该气藏飞 仙关实际地质储量是86.31×10。m3,计算值与实际值 相对误差为3.98%。可能的原因为:气藏开采后,随着压 力的下降可能有外来水进入地层,但计算时未考虑;气 藏原始条件下,束缚水饱和度很小,在计算时将其忽略。 通过以上分析可以得出,新建的高含硫气藏物质 平衡方程通式可以计算含硫气藏的地质储量及压降的 变化,并分析引起误差的原因,给气藏工程师们提供了 又一新的手段。 4符号说明 /7, i为气藏原始物质的量,kmol;凡 为累积产出井 流物物质的量,kmol;rt 为气藏剩余物质的量,kmol;rts 为气藏中沉积元素硫的物质的量,kmol;只为气藏的原 始地层压力,MPa;P为气藏的目前地层压力,MPa;尸s。 为地面标准条件下的压力;Vgi为气藏原始容积,in。;V 为目前条件下气藏的体积,in。;V。为岩石的孔隙体积, m3;V 为气藏原始束缚水的体积,in。;Vs为沉积的固 态元素硫在地层条件下的体积,in。;G为气藏地质储 量,m3;G。为气藏累积采出气量,in。;Gs为沉积的元素 硫折算到标准条件下的体积,m3;AV。为孔隙体积的减 小量,m3;AV 为束缚水体积的膨胀量,in。;△ 。为气 藏的存水量,m3;We为侵入气藏的边底水体积即水侵 藏中束缚水的弹性压缩系数,MPa ;C。为气藏容积压 缩系数,MPa~;尺 为气藏原始条件下硫在酸气中的溶 解度,g・in ;尺。为气藏目前条件下硫在酸气中的溶解 度,g・in ;P 为高含硫气藏天然气的密度,kg・in ;Ps为 固态元素硫的密度,kg・in ; 为天然气的分子量,kg・ kmol ;sM为固态元素硫的分子量,kg・kmol ;Arns为地 层沉积固态元素硫的质量,kg; 为地层束缚水的饱和 度;∞为气藏存水体积系数;尺为通用体积常数,R= 0.008 314 MPa・in。・(K・kmo1)~; 、口、b、d为通过实验确 定的经验系数。 参 考 文 献 [1] 陈元千.异常高压气藏物质平衡方程的推导及应用[J] 石油学报, 1983。4(1):45—53. [2] 马永祥.对凝析气藏物质平衡方程的研讨[J].石油勘探与开发, 1997,24(6):45-50. [3]陈元千,董宁宇.气藏和凝析气藏物质平衡方程式的新推导[J].断 块油气田,1999,6(3):24—28. [4] 陈元千.预测油田天然气可采储量的方法[J].断块油气田,1999, 6(1):18-25. [5]李传亮 油藏工程原理[M].北京:石油工业出版社,2005:120-134 [6] 陈元千,李鋈.现代油藏工程[M].北京:石油工业出版社,2004: 1 12—127. [7]李中华,鲁章成,张庆生.应用物质平衡法测试抽油井的环空拟液 面[J].断块油气田,1997,5(1):32—36. [8]付亚荣,马永忠,童立强.利用BP神经网络预测高含硫油井的硫 化物应力腐蚀[J].断块油气田,2000,7(1):47—50. [9]张勇,陈定明.高含硫气藏物质平衡方程的推导[J].石油地 质,2006,27(6):724—725. [10]Chrastil J.Solubility of solids and liquids in supercritieal gases[J]. The Journal ofPhysical Chemistry,1982,86(15):3016—3021. [11] Robeas B E.The effect of sulfur deposition OU gaswell inflow performance[A].SPE 36707,1996. [12]Brunner E,Woll W.Solubility of sulfur in hydrogen sulfide and sour  ̄ses[J].SPEJ,1980,20(5):377—384. [13]Brunner E,Place Jr M C,w0u W H.Sulfur solubility in sour gas[J]. JPT,1988,40(12):1587—1592. [14]Shuai X S,Meisen A.New correlations predict physical properties of elementla sulfur[J].Oil&GasJournal。1995,93(42):50-55. (编辑滕春鸣J 83
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