移动式油气藏流体PVT实验室研制及应用

方 洋, 李冰环, 王国政, 王军委, 王兆远, 孙玉炳

(中国石油长城钻探测试公司)

伊拉克境内没有能满足外资公司数据质量要求的PVT实验室，各油公司油气藏流体高温高压物性分析样品需要运输到迪拜等地，由于高压含硫样瓶需要连续的清关和入关手续，运输检验等，往往3～5个月才能得到分析结果，无法满足各油公司快速评价油层和勘探快速决策的要求，同时运输期间会产生昂贵的样瓶租金和清入关费用，且含硫样瓶长时间存放不及时分析，部分样瓶的组分发生变化，影响数据的准确性[1-3]。

把实验室搬到油田现场，是伊拉克境内油公司的强烈需求，但实现起来困难重重，国外服务公司也在不断尝试。主要受制于PVT实验室占地面积大，且海外现场环境恶劣。为此长城钻探测试公司和法国ST合作，将大型实验室设备，通过合理设计，达到了现场移动实验室的要求，解决了空间布局，适合现场标准集装箱要求，设计有多处亮点。通过对系统数据准确度的检验，在伊拉克多个油田进行了现场服务，取得了良好的效果和评价。

一、模块化的移动式设计

斯伦贝谢公司在十多年前在北美就将移动式实验室应用于现场，其设计核心是一体化设计，利用设备高集成度来节省空间和减轻重量，整个实验室能够集成于一个6 m集装箱，其缺点是所有设备都是微型化和特制化，微型化就是把设备缩小至30%～50%，是以牺牲数据质量为代价，特制化就是要重新研发和生产一批微型化设备，需要大量的研发和制造费用[4]。

为保证数据质量并减少购置成本，且达到移动式实验室要求，经对比研究后决定采用模块化设计，每个模块是一个独立的功能单元，为合理利用空间，部分模块设备带有脚轮，根据不同实验阶段选择模块之间的连接，保证能在标准集装箱内完成全部实验过程，为保证数据精度，主体设备选择仍采用大型实验室相同设备，通过合理设计、空间布局和模块编制，最优化满足现场空间条件，设备共划分为八个功能模块: ①全可视平衡釜；②气量计；③毛细管黏度计；④安东帕高压密度计；⑤油气气相色谱仪；⑥混样系统；⑦配样系统；⑧计量泵。

八个功能模块当中，全可视平衡釜和气量计采用固定式串联，其它六个模块全部采用移动式设计，其中混样系统和配样系统设置为开放式，即进行长距离细管线连接，管线贴壁走线，不用时可拆除另外放置。计量泵、毛细管黏度计和安东帕高压密度计等采用近距离连接，并考虑到实验顺序预留高压管线，而油气气相色谱仪则在气量计预留惰性管线接入口。

设备整体集成于两个6 m标准集装箱。并根据海外沙漠条件进行固定处理，可根据伊拉克境内油公司需要运输到任一油田现场快速提供PVT流体分析服务,设备可以直接运到勘探井井场，将新鲜的井下样品直接分析，帮助油公司进行快速勘探决策。

二、系统功能和优势

核心平衡釜(法国ST公司)容积为240 mL，最高工作压力200 MPa,温度150℃，超越多数相态实验室。能够完成普通黑油、稠油、凝析油气、干气等的恒质膨胀实验、定容衰竭实验和差异分离实验等，能够取得饱和压力、单级和多级气油比、体积系数、热膨胀系数、Y函数、高温高压密度和黏度等参数，设备主要参数包括釜体容积等，和大型实验室一致[5-6]，远大于斯伦贝谢现场移动实验室釜体容积25 mL，其受限于釜体容积只能完成部分实验，然后结合相态软件去模拟其余参数，只适合现场快速分析而对结果精度要求不高的情况。

为满足集装箱的操作条件，根据模块化设计特点，对部分实验流程和测量方法做了相应变化，以适应现场条件。常规样品分析时间为3～5 d[7]，而移动式现场流体分析服务可将分析时间缩减至1～2 d，主要是新鲜样品的前处理时间短，移动式现场分析单次实验时间：①湿气：16～24 h；②凝析气：12～18 h；③挥发油：8～16 h；④黑油:8～16 h；⑤重油：24～48 h,可大大减少结果等待时间，说明移动式实验室具有明显的现场快速分析优势。

三、系统验证

为验证系统的准确性，伊拉克北部Ismail-1井取样共三层，每次取2个平行样，其中一个样送往瑞士SGS标准实验室(主体平衡釜都来自ST公司)，另外一个样用来现场实验室分析，其分析结果比对情况见表1～表4。通过三层样品分析验证，可确认现场实验室能够满足西方公司对数据的要求。

通过数据对比可见，饱和压力、气油比和高压黏度等数据与SGS大型实验室相符较好，结果精确度高。

表1 Ismail-1井各层泡点压力

表2 Ismail-1井各层闪蒸气油比

表3 Ismail-1井各层多级脱气气油比

表4 Ismail-1井各层饱和压力时黏度

四、现场应用

目前，现场流体快速分析实验室已在伊拉克多个油田得到应用，数据准确性高，分析速度快，逐渐为各油公司所接受，为勘探开发决策提供数据支撑。

1. 黑油样品现场分析实例

伊拉克南部AD油田某井为明确油藏流体参数和构造储量情况，在2 814.44 m处用PDS取样器井下取样，取样前控制油嘴，地面压力和产量稳定。现场分析的粗侧泡点压力为19.7 MPa，低于该样品的开启压力25.2 MPa和井底取样压力22.3 MPa，说明该样品取样期间为单相存在，未发生组分逸失，为合格样品，可进行相态实验。通过混样和转样等前处理操作，严格控制进样条件，确保整个过程组分保持一致，最后测得该样品在油藏条件下(23.2 MPa和81.44℃)泡点压力为19.9 MPa；单级脱气气油比131.35 m3/m3，多级脱气气油比143.36 m3/m3，多级分离器气油比为136.52 m3/m3，油相体积系数1.354，油藏条件下的密度和黏度分别为0.748 4 g/cm3和1.448 mPa·s。实验共耗时2.5 d，为储层评价提供参数依据见表5。

2. 凝析气井现场分析实例

K435井为伊拉克北部电厂供气井，日产凝析气287 161 m3、凝析油62.3 m3，为明确储层目前开发状况和进一步核实储量，在地面同时取稳定的凝析油气样，通过复配得到井下样品。复配后折算的闪蒸气油比和生产气油比误差低于2%，达到复配井下样品目的，同时对分离器油气样品进行色谱分析，结果见图1，说明样品合格，可以进一步混样和转样等操作，然后进入高压平衡釜进行相态实验，最终该样品的结果见图2、图3，实验共耗时4 d。

表5 AD油田某井差异分离实验数据表

图1 分离器油气样品组分平衡比

图2 等组分膨胀实验

五、结论

(1)通过模块化设计，合理布局标准集装箱，将大型实验室设备引入海外现场，建立了具有移动式特点的现场PVT分析实验室，实现了将油藏流体样品现场快速分析的能力，帮助伊拉克各油公司进行快速勘探开发方案决策。

图3 定容衰竭实验

(2)为验证系统的准确性，通过和瑞士SGS标准实验室的数据比对，经过三层样品数据验证发现，饱和压力、气油比和高压黏度等数据与SGS大型实验室相符较好，结果精确度高，确认移动式现场实验室能够满足西方公司对数据的要求。

(3)该系统能够快速准确的提供油藏流体高压物性数据，在勘探开发快速评价储层和方案决策方面有重要作用。目前现场流体快速分析系统已在伊拉克多个油田得到应用，数据准确性高，分析速度快，逐渐为各伊拉克油公司所认可和青睐。