УДК 553.981.6

Прогнозирование коэффициента сжимаемости пластовых газов

Н.В. ДОЛГУШИН, А.А. НОВИКОВ, В.А. МОСЕНДЗ, С.И. ТРЕГУБ (Коми фил. ВНИИгаз)

Достоверность подсчета запасов газа и конденсата и прогнозных показателей разработки газоконденсатных месторождений (ГКМ) во многом зависит от точности определения начального и прогнозирования текущих значений коэффициента сжимаемости пластового газа (z). Для этого широко используются графики Брауна, менее известны графики Максвелла. Однако высокая точность (до ±1-2 %) по этим графикам соответствует лишь газам на основе которых был построен график, и имеющим плотность по воздуху 0,63- 0,65 г/см³. Для газов с высоким содержанием конденсата погрешность нахождения z может достигать более 20 %.

Для вычисления z УВ-смесей рекомендуется большое число расчетных методов [1]. Чтобы воспользоваться ими, надо знать компонентный состав смеси, критические давления и температуру, температуру кипения и ацентрический фактор компонентов смеси, но при давлениях выше 10 МПа по большинству методов отмечается высокая погрешность, а при давлениях более 40 МПа только уравнение Бенедикта-Вебба-Рубина (приведенная форма) позволяет определять z с погрешностью до 5%.

Таким образом, для ГКМ с высоким содержанием конденсата и пластовым давлением даже для начальных условий z рассчитывается со значительной погрешностью. С еще большей погрешностью осуществляется прогноз изменения z при проектировании разработки, так как исходные данные для текущих условий определяются расчетным путем, исходя из начальных состава и свойств пластового газа и конденсата. В связи с этим важное значение приобретает разработка методов определения z для начальных условий и прогнозирования изменения его для ГКМ с высокими содержаниями конденсата и пластовыми давлениями.

Предлагаемая авторами методика основана на экспериментальных исследованиях на установках RVT и уравнениях объемного и массового материального баланса. Для решения поставленной задачи не требуется специальных исследований на этих установках. Дополнительно, во время опытов по дифференциальной конденсации пластового газа, замеряется выпускаемый из бомбы через минусовую ловушку газ и выделившийся в ловушке конденсат, определяются состав газа и свойства конденсата.

Исходя из аддитивности парциальных объемов компонентов газовой смеси количественная характеристика газоконденсатной смеси может быть выражена через занимаемый его объем при нормальных условиях (Р=0,101 МПа Т=20 °С).

Особенностью газоконденсатной смеси является то, что при первоначальных пластовых условиях она вся находится в газовой фазе, а при снижении пластового давления ниже давления начала конденсации - в газовой и жидкой. Извлекаемая из бомбы смесь также разделяется на газовую и жидкую фазы.

Объем бомбы (Vб) при моделировании начальных пластовых условий с рекомбинированной пробой приравнивается к начальному газонасыщенному объему залежи. При снижении давления в бомбе объем газовой фазы уменьшится на величину объема, занятого выпавшим сырым конденсатом (Vб-Vс.к). Этот объем отождествляется с текущим газонасыщенным.

Формула объемного материального баланса основана на равенстве первоначального объема газоконденсатной смеси и сумм объемов добытых и оставшихся в залежи УВ. Отдельные элементы его следующие: 1) начальный объем пластового газа в бомбе, приведенный к нормальным условиям (Q₀); 2) суммарный объем добытого из бомбы пластового газа (Qд)-Qд=Qд.г.с+Qд.г.дб+Qд.дб.к, где Qд.г.с. - добытый газ сепарации, прошедший минусовую ловушку, Qд.г.дб - добытый газ дебутанизации, полученный при дебутанизации выпавшего в ловушке конденсата, Qд.дб.к - дебутанизированный конденсат, выделившийся из добываемого газа и пересчитанный на газовую фазу при нормальных условиях; 3) объем газоконденсатной смеси, выпавшей в бомбе в составе сырого конденсата (Qв) - Qв= Qв.г.дг+Qв.г.дб+Qв.дб.к, где Qв.г.дг, Qв.г.дб - газ дегазации и дебутанизации при разгазировании выпавшего в бомбе сырого конденсата, Qв.дб.к- дебутанизированный конденсат, выпавший в бомбе в составе сырого конденсата и пересчитанный на газовую фазу при нормальных условиях; 4) объем газоконденсатной смеси, находящейся в бомбе в газовой фазе, на основании объемного баланса (Qг.ф) - Qг.ф =Q₀-Qд.г.с.-Qд.г.дб-Qд.дб.к-Qв.гд-Qв.г.дб-Qв.дб.к.

Коэффициент сжимаемости для начальных условий рассчитывается по формуле: , где р, Т - давление и температура в бомбе, МПа и К; Vб - объем бомбы при р и Т, л; Т_н - нормальная температура, 293 К; Q₀ - условно приведенный к нормальным условиям объем пластового газа, загруженного в бомбу, л.

Результаты, полученные при определении объема пластового газа в нормальных условиях, являются правильными, хотя теоретически такое решение не совсем строго. Объясняется это тем, что пластовый газ при приведении его к нормальным условиям не может существовать в однофазном состоянии, поскольку из него выделяется жидкая фаза - конденсат. Достоверность определения и прогнозирования z обеспечивается при хорошем техническом состоянии установки PVT и правильной технологии: герметичность всех узлов, точная тарировка бомбы, высокая точность замеров газовой и жидкой фаз при дифференциальной конденсации.

Для проверки технического состояния установки PVT, точности тарировки бомбы обязательным условием является предварительное контрольное исследование коэффициента сжимаемости в необходимом диапазоне давлений для газа с известными значениями z. На рисунке приведены результаты определения z для гелия по табличным данным [2] и экспериментальным исследованиям на установке УГК-3. Результаты свидетельствуют о высокой точности определения этого коэффициента на бомбе PVT. Для установления пластовых потерь конденсата проводится серия опытов и для каждого из них находим z пластового газа при начальных условиях.

В процессе изучения дифференциальной конденсации пластового газа скв. 74 Западный Соплесск было проведено восемь определений z, среднее значение которого составило 0,953. Результаты параллельных опытов свидетельствуют о хорошей воспроизводимости и точности исследований.

Сравним результаты экспериментального и расчетных методов определения z. Пластовый газ представлялся как смесь семи индивидуальных компонентов и восемнадцати фракций дебутанизированного конденсата. Расчеты проводились по формуле Латонова - Гуревича с вычислением критических параметров по уравнениям Хенкинсона - Томаса - Филипса (z= 1,024, погрешность 7,5 %) и Латонова-Гуревича (z=1,045, погрешность 9,7%) [1]. Также были сделаны расчеты по уравнению Пенга - Робинсона (z= 1,029, погрешность 8 %).

Анализ применения рассмотренных расчетных методов указывает на значительную погрешность их: z завышается на 7-10 %.

Прогноз изменения z в процессе разработки месторождения на режиме истощения, полученный на основании экспериментальных исследований на установке УГК-3, приведен на рисунке. Здесь также представлены результаты определения z на установке УГК-3 по промысловым пробам для текущих условий, которые свидетельствуют об удовлетворительной точности для задач проектирования и контроля разработки предлагаемой авторами методики определения и прогнозирования изменения г для ГКМ с высоким содержанием конденсата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуревич Г.Р., Брусиловский А.Н. Справочное пособие по расчету фазового состоянияи свойств газоконденсатных смесей.- М.: Недра.- 1984.

2. Термодинамические свойства гелия/В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов и др.-М.: Изд-во стандартов.- 1984.

Рисунок Кривая сравнения прогнозных и фактических данных изменения коэффициента сжимаемости z пластового газа (I) и гелия (II) Западно-Соплесского ГКМ:

1 - расчетные данные; 2 - прогнозные (экспериментальные) значения (скв, 74); 3 - результаты исследований: - коэффициент сжимаемости и давление загрузки