凝析气藏及非常规气藏的开发

5.凝析气藏及非常规气藏一凝析气藏的形成（一）基本概念地下：单一气相（油逆蒸发气化或分散于气相中），为凝析气地面：气、油同产，产气为主，液态烃称为凝析油凝析气是指地下温度、压力条件下呈气态,随温度、压力降低呈反凝析现象的一种特殊类型的天然气。反凝析过程中析出的液态烃类称为凝析油。在地下深处较高温、高压条件下的烃类气体，采到地面后，温度、压力降低，凝结出部分液态烃，这种含有一定数量凝析油的气藏称为凝析气藏。逆凝结:压力减小气体变为液体,或液相增加,与正常凝结刚好相反。逆蒸发:压力增大液相反而减小,以至蒸发的现象,与正常蒸发刚好相反。泡点：温度（或压力）一定时，开始从液相中分离出第一批气泡的压力（或温度）。对于纯化合物，泡点也就是在某压力下的沸点。露点：温度（压力）一定情况下，单一气体或气体混合物处于开始冷凝成液体的温度（或压力）。汽液平衡时，液相的泡点即为汽相的露点。饱和蒸汽压：在密闭条件中，在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸气所具有的压力。相图：也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数(如温度、压力)之间关系的一种图1、纯物质的临界状态（二）凝析气藏的形成临界点（C）：气液两相界限消失，气液两相内涵性质相同。内涵性质是指与物质数量无关的性质，如密度、粘度、表面张力等。纯物质临界点也是气液两相共存的最高温、压点。临界温度：临界点C的温度——纯物质能液化的最高温度。即液体能维持液相的最高温度。当T﹥TC时，无论再加多大压力，该物质也不液化。临界压力：临界点C的压力——临界温度时纯物质的气体液化所需的最低压力。表：若干物质的临界参数物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.5物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)物质名称临界温度(℃)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.5物质名称物质名称临界温度(℃)临界温度(℃)临界压力(atm)临界压力(atm)物质名称物质名称临界温度(℃)临界温度(℃)临界压力(atm)临界压力(atm)水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷水二氧化碳氮硫化氢甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷环戊烷374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6374.231.0-146.9100.4-82.132.396.8152.0134.9238.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6218.572.933.588.945.848.242.036.036.044.6正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷正戊烷异戊烷环己烷正己烷正庚烷正辛烷正癸烷正十一烷正十二烷198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.6198.0187.8280.0234.7267.0296.7346.3369.4390.633.332.940.029.927.024.621.219.018.533.332.940.029.927.024.621.219.018.571.171.1℃的℃的PP--VV曲线：曲线：（1）随P↑，V丙烷↓；（2）过A点后，V丙烷继续↓，但P保持不变；（3）过B点后，即使加极大压力，V也不变。87.887.8℃℃的的PP--VV曲线：曲线：随T↑，水平线段缩短（A’B’＜AB）。96.896.8℃的℃的PP--VV曲线曲线：水平线段缩成一点KK，在此温度以上的曲线，水平线段完全消失。71.171.1℃时：℃时：丙烷被压缩到A开始液化；气体量↓，液体量↑，V丙烷逐渐↓；到B点时，气体全部液化，因液体压缩性小，故加极大P，V也不变。从从AA到到BB：液相与气液相与气相共存相共存。P没变，表明在一定T下，液体有一定的饱和蒸气压。T↑，液体饱和蒸气↑。K点：临界点临界点，该点的T、P即为临界温度临界温度和临界临界压力压力。该T以上，气体在任何P下都不能液化。气液两相共存的最高温度K1和最高压力B1，分别称为临界凝析温度和临界凝析压力。临界点K为泡点线（DB1曲线）与露点线（BK1曲线）的交点。已经不再是两相共存的最高温度或压力。K1为临界凝结温度（最高临界温度），代表气液两相并存的最高温度（105Pa）（℃）气相液相液体体积百分含量等值线2、双组分烃类物系相图B1为临界凝结压力，高于该值，无论温度多高，体系也不能液化的压力。等温加压情况下：A→B→1→2→E，在A点物质为气相，加压至B点，开始出液滴（露点），压力继续增加至1点，液体数量逐渐增大；但从1到2点，加压反而使液体逐渐减少，气相增多，至2点物质全部气化。由1→2，等温增压出现气化特征，称为逆蒸发；由2→1，等温减压出现液化特征，称为逆凝结。（105Pa）（℃）气相液相液体体积百分含量等值线等压升温情况下：C→D→4→3，C点为液体，升温至D点，开始出气泡（泡点），由D→4，气体数量逐渐增大；但从4→3点，升温反而使气体数量减少直至最终全部液化。由4→3，为逆凝结；由3→4，为逆蒸发。（105Pa）（℃）气相液相液体体积百分含量等值线逆凝结和逆蒸发现象出现于临界点与临界凝析温度点和临界凝析压力点之间，常称之为“逆行区”。这是凝析气藏形成的基本原因。某种多组分烃类物系的相图K-临界点(T=52.8℃)；K1-临界凝结温度；1-压力超过泡点压力的油藏；2-压力超过露点压力的凝析气藏；3-单相气藏(纯气藏)；4-泡点曲线；5-露点曲线；6-物系中液体所占体积百分率；A-纯气藏；B-凝析气藏；C-油藏；D-油气藏3、多组分烃类物系的相态与凝析气藏的形成存液相存气相气液双相凝析气等温条件下开采开正常采地面（18.7MPa）（15.5MPa）凝析气藏以高气油比（600~800m3气/m3油）和轻烃组分高度富集为特征。在一定温度、压力范围内，存在逆蒸发和逆凝结现象，使一部分液态烃反溶于气相形成单一气相。在地下烃体系呈气相，在地面同时有气和凝析油产出。并不是地下所有气体采到地面都变成了凝析油。凝析气藏特征：凝析气藏的形成条件：烃类物系中气体数量多于液体数量,才能为液相反溶于气相创造有利条件；地层埋藏较深，地层温度介于烃类物系的临界温度与凝析温度之间，地层压力超过该温度的露点压力，这种物系才可能发生显著的逆蒸发现象。因此，随着埋深增加，地层温度和压力会增加。当地层温度达到油-气物系的临界温度时，地层压力越大，油气物系越容易转化为单相气态，大大促进地下储集层内油气的运移，形成凝析气藏。说明：石油和天然气都是成分非常复杂的混合物，其临界条件非常复杂。石油-甲烷物系必须加压到100MPa以上，才能变成单相气态。但实验证明，流体性质和外界条件等因素都可以改变油-气物系的临界压力（1）在石油-甲烷物系中，存在甲烷最近的同系物时，可以大大降低其临界压力，便于石油向气相过渡（2）石油密度越小，临界压力越低；重质高含硫石油在50MPa时也不可能转化为气态（3）用CO2代替CH4，可以降低油-气物系的临界压力（4）岩石的存在可以降低油-气物系的临界压力，特别是对高胶质石油（5）岩石中含水时，会增大油-气物系的临界压力（三）地下油气藏相态的识别收集地层压力、地层温度及地层条件下油-气物系的烃类组分百分含量,编制烃类物系的相图。2、根据油气成分的经验预测法Z=A+B+++BCCCCC=12345+Z450纯气藏80Z≤450凝析气藏15Z≤80带油环凝析气藏7Z≤15凝析气油藏Z≤7油藏A=C2/C31、编制油—气物系的相图二非常规气藏的形成及特征非常规天然气藏：在地下的赋存状态和聚集方式与常规天然气藏具有明显差异的天然气聚集。主要包括：深盆气藏、煤层气藏和天然气水合物指在特殊地质条件下形成的，具有特殊圈闭机理和分布规律的非常规天然气藏，因分布在盆地深部或构造底部，故称为深盆气藏它不是一种特殊天然气,也不是赋存于盆地某一深度线以下的天然气深盆气藏主要是在毛细管压力的作用下，存在于具有低孔，低渗特征储层的构造下倾方向上的天然气聚集体，向储层的构造上倾方向,虽然孔渗性变好,但却通过气水过渡带向上形成含水饱和带。具有典型的“气水倒置”特征（一）深盆气藏（DeepBasinGasPools）研究开发历程深盆气藏最早于1927年发现于圣胡安盆地20世纪50年代初最早投入开发1976年在加拿大西部阿尔伯达盆地发现牛奶河、艾尔姆华士和霍得利等巨型深盆气藏，探明储量1.9×1012m31979，Masters提出了深盆气藏的概念。指分布在盆地深部的天然气，由于深盆气常常储集在致密低孔渗岩层中，Spencer等（1986）又称其为致密储层气（Tightgasreservoirs）。认为气水相对渗透率的变化可以为深盆气的成藏提供遮挡条件，即当地层含水饱和度达到60%时，致密储层就对天然气形成了几乎完全的遮挡，从而形成了水堵封闭20世纪80年代，美国相继在12个大型盆地（例如圣胡安、尤因塔—皮申斯、丹佛、大绿河、粉河、风河等盆地）发现巨大的深盆气资源，并投入开采和利用英里烟煤（沥青煤）次烟煤（沥青煤）美国含煤区域(APerrodon等，1998)美国西部地区致密砂岩气藏盆地（Spencer,1989）没有表示的致密砂岩气盆地还有BigHorn,Hanna(Wyoming)和Raton(ColoradoandNewMexico)。jc气源岩的大面积高效生排烃：煤及煤系地层北美的深盆气藏多位于向斜盆地轴部或构造下倾部位，多属前陆盆地或山间盆地。盆地多紧靠物源区，碎屑沉积活跃，沉降快速，海陆交互环境的含煤地层发育，成岩作用又加快了致密储层的形成，因此特殊的构造沉积环境成为深盆气形成的有利场所。按发育的构造背景,分为：斜坡型；前渊型；深凹型2、深盆气系统的基本特征1）天然气聚集呈连续性巨大规模地分布在盆地深凹区、构造下倾部位或斜坡部位2）天然气区常为异常高压或异常低压3）气水倒置，常缺少底水和边水4）聚气储层致密、低孔渗，但其中含有高孔渗体5）含气层厚度可从几米厚的单层到数千米厚的多层叠置6）气区上方和上倾方向无传统意义上的盖层和封闭条件7）为热成因气，运移驱动力为天然气生成增压形成的异常高压即高压气体驱替储层中的毛细管水。天然气聚集区上方和上倾方向为毛细管力封闭3.深盆气藏主要特征（1）气水倒置同一储层中“上水下气”，没有明显的气水界面（2）源—藏伴生：源岩多位于紧邻致密储层的下方（3）异常地层压力：异常高压或异常低压（4）缺乏边－底水，气藏边界不受构造等深线控制（5）气藏是盆地储层下倾方向的天然气聚集体，不存在常规意义的圈闭（6）储层多为致密砂岩。主要源岩为煤系地层甜点：深盆气藏的致密砂岩中孔渗性较好的岩体部分。主体上表现为各类砂体分布，也可以体现为裂隙发育带，它是深盆气藏内具有工业勘探价值的基本目标。1一气源岩(如煤层等)；2一深盆气藏内部甜点；3一深盆气的饱含气带；4一深盆气藏气水过渡带；5一饱含水带(区域含水储层)；6一岩性圈