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超高壓氣田天然氣中氣態(tài)水含量確定方法優(yōu)選

文檔作者：孫雷1 羅軍1 張建業(yè)2 謝偉2 劉景儀3 魏瑾1 文檔來(lái)源： 1．西南石油大學(xué) 2．塔里木油田公司 3．南加州大學(xué)Viterbi工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2023年08月15日
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2016年12月
第35卷第6期
大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)
Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing
Dec．，2016
V01．35 No．6
DOI：10．3969／J．ISSN．1000—3754．2016．06．015
超高壓氣田天然氣中氣態(tài)水含量確定方法優(yōu)選
孫雷1 羅軍1 張建業(yè)2 謝偉2 劉景儀3 魏瑾1
(1．西南石油大學(xué)，四川成都610500；2．塔里木油田公司，耨疆庫(kù)爾勒841000；
3．南加州大學(xué)Viterbi工程學(xué)院，加州洛杉磯90089—091 1，美國(guó))
摘要：地層天然氣中往往存在一定量的氣態(tài)水，氣態(tài)水的存在會(huì)影響氣田正常開(kāi)發(fā)，如井筒積液、水合物堵塞、
腐蝕管線(xiàn)，特別對(duì)于存在高礦化度地層水的高溫高壓或超高壓氣田，壓力下降造成的地層水蒸發(fā)甚至可能使地
層產(chǎn)生“鹽析”，污染儲(chǔ)集層。因此，氣態(tài)水含量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)于高溫高壓或超高壓氣田的開(kāi)發(fā)具有重要意義。
以KS2高溫超高壓氣田為例，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外高溫超高壓條件下天然氣中氣態(tài)水含量確定方法進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)
現(xiàn)超高壓條件下，由于氣態(tài)水含量較低等原因，實(shí)驗(yàn)方法難以準(zhǔn)確測(cè)定，經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算誤差較大，而結(jié)合能
夠適應(yīng)極性物質(zhì)如水、鹽相平衡計(jì)算的HV混合規(guī)則的狀態(tài)方程法計(jì)算結(jié)果較為可靠，同經(jīng)典的Mcketta-Wehe
圖版一起，能夠適應(yīng)高溫超高壓條件下天然氣中氣態(tài)水含量預(yù)測(cè)，從而為高溫超高壓氣田開(kāi)發(fā)提供一定依據(jù)。
關(guān)鍵詞：超高壓氣田；氣態(tài)水含量；狀態(tài)方程法；HV混合規(guī)則；Mcketta—Wehe圖版
中圖分類(lèi)號(hào)：TE375 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1000—3754(2016)06—0082—07
METHOD OPTIMIZATIoN FOR DETE剮MINING THE WATER
VAPOR CONTENTS IN THE NATURAL GAS OF
ULTRAHIGH．PRESSURE GASFIELDS
SUN Leil。LUO Jun 1，ZHANG Jianye2，XIE Wei2，LIU Jingyi3，WEI Jinl
(1．Southwest Petroleum University，Chengdu 610500。China；2．Tarim Oi絎eld Company，Korla 841000，China；
3．Viterbi School of Engineering，University of Southern California，Los Angeles 90089—09 1 1，USA)
Abstract：There always exit a certain amount of gaseous water in the situ natural gas，this condition may affect the
normal development of the gasfield，such as causing the bottom—hole liquid loading，hydrate blockage and pipeline
corrosion。especially for the high—temperature high—pressure and uhrahigh-pressure gasfield with high—salinity forma—
tion water。the“salting—out”may occur due to the water vaporization when the pressure decreases，and contaminate
the formations。Therefore the accurate prediction of the water vapor contents possesses important implications for the
development of the gasfield stated above．Taking KS2 high—temperature ultrahigh·pressure gasfieid as example，with
the help of the contrasts and analyses of the determining methods of the contents in the natural gas under the conditions
of the high temperature and ultrahigh pressure at home and abroad，for the latter condition，the experimental
metllod Was found to difficult to accurately to test and determine and moreover the calculated error by the empirical
收稿日期：2016．01．15 改回日期：2016—06—10
基金項(xiàng)目：中國(guó)石油天然氣股份有限公司“十二五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“天然氣開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2011B一1507)。
作者簡(jiǎn)介：孫雷，男，1954年生，教授，從事油氣相態(tài)理論與測(cè)試、氣田與凝析氣田開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)以及注氣提高采收率方
面的研究工作。
E—mail：sunleiswpi@163．corn 第35卷第6期孫雷等：超高壓氣田天然氣中氣態(tài)水含量確定方法優(yōu)選‘83·
formula method had a large deviation；while the computed results of EOS method integrating with HV mixing rule
were pretty reliable，for the rule is applicable for the water and salt phase equilibrium calculation，and furthermore
with the help of the classic Mcketta—Wehe board chart。the EOS method can adapt itself to the gaseous water COB—
tent prediction under high—temperature and ultrahigh pressure conditions，thus a certain evidences can be provided
for the development of such high—temperature and ultrahigh-pressure gasfield．
Key words：ultrahigh—pressure gasfield：water vapor content；the equation of state(EOS)method；HV mixing
rule：Mcketta．Wehe board chart
氣藏在成藏過(guò)程中始終伴隨著地層水的存在，
包括能夠參與流動(dòng)的游離水和不能流動(dòng)的束縛水。
氣藏投入開(kāi)發(fā)前，地層流體始終處在氣水兩相平衡
的狀態(tài)之下。隨著氣藏投入開(kāi)發(fā)和壓力的下降，蒸
發(fā)進(jìn)入天然氣中的氣態(tài)水含量會(huì)不斷增加，進(jìn)入井
筒隨溫度的降低氣態(tài)水產(chǎn)生凝析可能造成氣井井底
積液，降低產(chǎn)能，或者在地面低溫低壓條件與天然
氣形成天然氣水合物，堵塞閥門(mén)和管線(xiàn)，當(dāng)存在酸
性氣體時(shí)，還可能腐蝕管線(xiàn)¨1。同時(shí)，高溫高壓、
超高壓氣田地層水礦化度往往較高，在生產(chǎn)過(guò)程由
于壓力的降低，地層水不斷蒸發(fā)，礦化度不斷升
高，當(dāng)剩余地層水礦化度超過(guò)鹽溶極限(溶解度)
時(shí)，就會(huì)發(fā)生“鹽析”【2圳，降低氣井產(chǎn)能，因此，
天然氣中氣態(tài)水含量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)于高溫高壓及超
高壓氣田的開(kāi)發(fā)具有重要意義。目前天然氣中氣態(tài)
水含量的確定方法有很多，如實(shí)驗(yàn)測(cè)試法”剖、圖
版法[7]、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法舊。8。、狀態(tài)方程計(jì)算
法‘19之1。、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法心2∞1等，這些方法在較
低溫度壓力條件下，對(duì)于氣態(tài)水含量的確定均有一
定的準(zhǔn)確性，然而對(duì)于高溫高壓特別是高溫超高壓
條件下，預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性尚不清楚。近年來(lái)隨著我國(guó)
特別是塔里木盆地如克深2、迪那2等超高壓氣田
的相繼發(fā)現(xiàn)，超高壓條件下天然氣中氣態(tài)水含量的
準(zhǔn)確預(yù)測(cè)顯得越來(lái)越重要。
克深2氣田地層溫度為167℃，地層壓力為
115 MPa左右，壓力系數(shù)高達(dá)1．73，屬于典型的高
溫超高壓氣田，目前已處于開(kāi)發(fā)中后期，氣井產(chǎn)水
的影響越來(lái)越明顯，因此，本文以克深2氣田為研
究對(duì)象，進(jìn)行高溫超高壓條件下氣態(tài)水含量確定方
法的適用性討論，以期能夠?yàn)楦邷爻邏簹馓锏拈_(kāi)
發(fā)提供一定依據(jù)。
1實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)’狽4試方法能夠較準(zhǔn)確、較直觀地確定天然
氣中氣態(tài)水含量，然而由于設(shè)備承壓以及安全等原
因，目前國(guó)內(nèi)外超高壓條件下氣態(tài)水含量的實(shí)驗(yàn)測(cè)
試研究較少，為了確定實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試結(jié)果的可靠
性，本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試采用新研發(fā)的能適應(yīng)高溫超高壓
條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了超高壓條件下天然
氣中氣態(tài)水含量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
1．1實(shí)驗(yàn)設(shè)備
本次實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括高壓驅(qū)替泵、高溫高壓
配樣器、液氮冷阱、氣水分離器、氣量計(jì)、電子天
平和氣相色譜儀等(圖1)。其中采用液氮冷阱的
深冷分離方式是因?yàn)橐旱溱蹇墒箿囟冉档?
一100 oC以下，從而將分離器中的天然氣冷凍成固
態(tài)的天然氣水合物，在緩慢撤出冷阱后隨著溫度的
緩慢回升，水合物逐漸分解，分解后的水分子就凝
結(jié)為液態(tài)水，從而獲得氣態(tài)水含量的測(cè)定。
“¨、。舭ff b!：2 尚潞¨㈨【悼器；立潑婦。：?馴；
④一氣水分離器：⑤一氣量計(jì)：⑥一電子天平；⑦一氣相色譜儀
⑧～天然氣和地層水樣品；⑨一恒溫系統(tǒng)
圖1天然氣中氣態(tài)水含量測(cè)試流程
Fig．1 Flow chart for the test ofthe water vapor content
1．2實(shí)驗(yàn)過(guò)程
實(shí)驗(yàn)中共選取了克深2氣田3口氣井
(KS201、KS3、KS202)進(jìn)行天然氣中氣態(tài)水含量
測(cè)試，實(shí)驗(yàn)溫度為地層溫度(分別為164．5。
163．6，171．6℃)，最高實(shí)驗(yàn)壓力為地層壓力(分
別為116．15，115．88，120．6 MPa)。此外，為了
研究壓力和礦化度對(duì)氣態(tài)水含量的影響，進(jìn)行了不
同壓力和不同礦化度(12×104，16×104，20×
104mg／L)下天然氣氣態(tài)水含量測(cè)試。

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