《油藏物理》PPT课件.ppt

1,油 藏 物 理 基 础,周克厚石油工程学院2010年,2,3,储运工程,油藏工程,对整个油气藏的认识,Gas,Oil,Water,取一小块岩心出来研究,用户,采油工程,绪 论,WOC,GOC,一、研究对象,4,粒间孔隙介质(单重介质),岩石骨架,孔隙(含有Gas、Oil、Water等),基质,裂缝,溶洞,裂缝-孔隙裂缝-溶洞,双重或多重介质,油层物理研究内容,渗流力学研究内容,抽象出来研究,抽象出来研究,二、研究内容,5,等径毛细管(半径r相等),不等径毛细管(半径r不相等),理想的地质或岩石模型,油层物理研究的主要内容：研究岩石、流体的物理性质以及流体在岩石中的渗流机理的一门学科。,渗流力学研究内容：流体在油气层中的渗流形态及渗流规律,6,学习油层物理的目的：为油气田开发方案设计提供必备的一些参数（地层岩石的物性参数；地层流体的物性参数；多相共渗时岩石与流体相互作用的物性参数。）本课程的主要内容：1、如何获取、这些参数值主要内容之一。,2、分析讨论一些驱油机理主要内容之二。课程特点：,7,第一篇储层流体的物化性质,8,第一章 油气藏流体的化学组成与性质,石油与天然气从化学组成上讲是同一类物质。主要是由烷烃、环烷烃和芳香烃这三种饱和烃构成，其化学通式为CnH2n+2。在常温常压下：C1C4为气态 是天然气的主要成分 C5C15为液态 是石油的主要成分 C16以上为固态 即石蜡 第一节 石油的化学组成一、石油的元素组成 石油主要含碳、氢元素，也含有氧、硫、氮以及其它一些微量元素。按质量百分比：碳含量占83%87%氢含量占11%14%二者合计一般占95%99%非碳、氢元素总含量不过1%5%详见教材表1-1和表1-2,9,二、石油中烃类化合物烷烃 环烷烃 和 芳香烃 三、石油中的非烃类化合物 含氧化合物环烷酸、苯酚和脂肪酸等 含硫化合物硫化氢、硫醇、硫醚和噻吩等 含氮化合物吡咯、吡啶、喹啉、吲哚和咔唑等 胶质和沥青质属非烃化合物，多为高分子杂环 的氧、硫、氮化合物，对石油的性质影响较大 四、原油的分子量、含蜡量及胶质、沥青质含量 原油的分子量 含蜡量（包括石蜡和地蜡）胶质含量：分子量约3001000 沥青质含量：分子量大于1000，含硫量,10,第二节 原油的物性与分类 一、原油的物理性质 1、颜色 原油颜色主要与原油中轻重组分及胶质、沥青质含量有关，胶质沥青质含量越高原油颜色越深。2、原油的密度与相对密度 原油的密度是指单位体积原油的质量 地面原油的相对密度定义为原油的密度与某一温度和压力下的水的密度之比。我国习惯上是指1atm、20C时的原油与1atm、4C纯水的密度之比，用 d420 表示。,11,3、凝固点 原油的凝固点是指原油冷却时由流动态到失去流动性的临界温度点。原油凝固点一般在-5650 C之间，凝固点高于40 C的原油称为高凝油。4、原油的粘度 原油流动时内部摩擦而引起的阻力大小的度量。5、闪点 闪点或闪火点是只指可燃液体的蒸汽同空气的混合物在接近火焰时能短暂闪火时的温度。原油的闪点一般在30180 之间 6、荧光性 原油在紫外光照射下发出一种特殊光亮的特征称为原油的荧光性 7、旋光性 原油的旋光性是指偏光通过原油时，偏光面对其原来的位置旋转一定角度的光学特性 8、导电率 原油为非极性物质，是非导体，原油电阻率为10111018 m,12,二、地面原油的分类,1、按含硫量分为：低硫原油原油中硫的含量在.以下含硫原油原油中硫的含量在.之间高硫原油原油中硫的含量在.以上、按胶质沥青质含量分为：少胶原油原油中胶质沥青质含量在以下胶质原油原油中胶质沥青质含量在之间多胶原油原油中胶质沥青质含量在以上、按含蜡量分为：少蜡原油原油中含蜡量在以下含蜡原油原油中含蜡量在之间高含蜡原油原油中含蜡量在以上、按原油的关键组分分为：凝析油密度小于.（）的原油石蜡基原油密度小于.（）的原油混合基原油密度小于.（）的原油环烷基原油密度大于.（）的原油,13,说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。,、按地面脱气原油相对密度分为：轻质油、中质油、重质油（见教材表）三、地层原油分类低粘油油层条件下原油粘度低于中粘油油层条件下原油粘度低于高粘油油层条件下原油粘度低于稠油油层条件下原油粘度高于，相对密度大于.凝析油地层条件下为气相烃类，开采时气藏压力低于露点压力后凝析出液态烃挥发油地层条件下呈液态，相态上接近临界点，在开发过程中挥发性强，收缩率高；油气比一般在之间，一般相对密度小于.，体积系数大于.。高凝油凝固点高于的高含蜡原油。,14,第三节天然气的化学组成,天然气是以石蜡族低分子饱和烃气体和少量非烃气体组成的混合物。按其化学组成，甲烷（CH4）占绝大部分（7098%），乙烷（CH6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等含量不多。此外，还含有少量的非烃类气体。如硫化氢（H2S）、有毒的有机硫（硫醇RSH、硫醚RSR等）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮（N2）及水气，有时也含微量的稀有气体，如氦（He）和氩（Ar）等。,15,典型天然气的组成 单位：体积百分数,16,说明：延长及陕北产量来自股份公司西部规划。,第四节油气藏分类分类方法一,17,分类方法二,根据流体的组成、相态特征，参考矿场生产流体气油地面原油密度和生产流体中甲烷的摩尔含量等参数，近似地划分为以下几种油气藏类型：（1）气藏：以甲烷为主，还含有少量乙烷、丙烷和丁烷。（2）凝析气藏：含有甲烷到辛烷的烃类。地层原始条件下为气态，随压力下降会凝析出液态烃（地面相对密度为0.720.80，浅色，称凝析油）（进一步细分见表1-9）（3）挥发性油藏（也称临界油气藏）：其特点是含有C8以上的烃类构造上部接近于气体，下部接近于油，但油气无明显分界面，原油具挥发性，相对密度为0.70.8（4）油藏：油藏流体中以液相烃为主，油中溶有一定量的天然气，地面相对密度为0.800.94，国外常将这类常规油藏中的原油称为黑油。（5）重质油藏（有称稠油油藏）：这类油藏原油粘度高、相对密度大。（地面脱气原油相对密度为0.9341.0、地层温度条件下脱气原油粘度为10010000mPas）,18,分类方法三,按地层流体性质划分的界限对油气藏分类（陈元千，1987）其它分类方法：按油气藏的埋藏深度分为 浅层油气藏：埋深小于1500m 中深层油气藏：埋深15002800m 深层油气藏：埋深28004000m 超深层油气藏：埋深大于4000m,19,说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。,第五节 地层水的化学组成与性质,一.地层水的化学组成 地层水溶液中常见的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2、Fe2+、Sr2+、Li+；常见的阴离子为Cl-、SO42-、HCO3-以及CO2、NO3Br-、I-，也含有一些其它微量离子。地层水中含矿物盐的总浓度用矿化度表示，记为mg/L或ppm。地层水的总矿化度表示水中正、负离子含量的总和。油田地层水的矿化度差别很大，从几千到几十万不等。当讨论离子间相互作用时，由于阴阳离子是按等当量化合反应，因此，在判断水型时，常用离子毫克当量浓度表示水中的含盐量，离子毫克当量浓度=离子浓度/离子化合当量 如：氯离子浓度为7896mg/L，而氯离子的化合当量为35.3，则氯离子的毫克当量浓度为7896/35.3=225.6毫克当量/升。二.地层水的水型分类 1.水型分类苏林分类法 按照水中化学成分，即主要离子的毫克当量浓度比，把地层水分为四个水型：硫酸钠型（Na2SO4）地面水；重碳酸钠水型（NaHCO3）陆相环境水氯化镁水型（MgCl2）海洋环境水；氯化钙水型深层构造密闭水（Cacl2）,20,2.水型判断,阴阳离子的结合顺序是按离子亲合能力的大小而进行的。判断原则是：Na+K+Cl-202.65 172.40 Mg2+SO42-2.05 12.31 Ca2+HCO3-2.05 22.30 水型的命名是以氯离子和钠离子反应完时生成的化合物的名称来命名的。而不是以化合物的多少来命名的。,21,第一节天然气的高压物性,22,说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。,第二章 天然气是高压物理性质,第一节 天然气的视分子量和密度一.天然气的组成 1.天然气及其分类 广义的讲，天然气是从地下、在常温常压下呈气态的可燃气体的统称，是以烃类为主并含少量非烃气体的混合物。（1）按矿藏特点，天然气可分为油藏伴生气和非伴生气；（2）按组成，可分为干气和湿气（或贫气和富气）；以井口流出物在标准状态下含量计 干气：C5以上重烃低于13.5cm3/m3 湿气：C5以上重烃超过13.5cm3/m3 贫气：C3以上重烃低于94cm3/m3 富气：C3以上重烃超过94cm3/m3（3）按H2S和CO2含量可分为酸气和净气。每m3天然气中含硫量小于1克为净气，大于1克为酸气。,23,2.天然气组成的表示方法,天然气是组成有三种表示方法：（1）摩尔组成（2）体积组成（3）质量组成 事实上，原油的组成也同样可以用上述三种方法表示。,24,例1-1 天然气重量组成换算成摩尔组成,25,二.天然气的分子量,定义：在0C、760mmHg下，体积为22.4升的天然气所具有的质量称为该种天然气的分子量。显然，这是一个假想的分子量，也称视分子量。已知天然气的组成，求天然气的分子量 天然气组成不同，分子量也不同，因此，天然气没有固定的分子量，产自不同油气藏的天然气分子量各不相同。三.天然气的密度和相对密度 1.密度：定义为单位体积天然气的质量，用符号g表示：,26,在一定温度和压力下天然气 密度可以由气体状态方程求出:2.相对密度 天然气的相对密度定义为:在相同温度和压力下,天然气的密度和干燥空气的密度之比:因为干燥空气的分子量为28.96,故:若已知天然气相对密度时，可用上式求得天然气的分子量。天然气的相对密度可以近似地看成是一个不温度和压力变化的常数。一般天然气的相对密度在0.550.8之间，当重烃含量或非烃含量高时，天然气的相对密度也可能大于1。,27,第二节 天然气的状态方程和对比原理,一.理想气体状态方程 理想气体状态是指气体分子无体积，气体分子之间无相互作用力的一种假想气体：注意各参数的单位和R的取值。二.真实气体状态方程 在理想气体状态方程中引入一个修正系数Z，得到：上式称为天然气的压缩型状态方程，式中通常称为压缩因子。其物理意义为：一定量真实气体所具有的实际体积与相同温度、压力下等量的理想气体所占体积之比。,28,当：Z 1时，实际气体比理想气体难于压缩；气体分子间距离小于分子作用半径 Z r0）Z=1时，实际气体与理想气体接近。（L=r0，或压力很低）所以说压缩因子Z 实际反映了实际气体比理想气体更易于压缩或更难于压缩的程度。Z并非常数，它随气体的种类（或组成）、压力、温度的变化而变化。确定天然气压力因子的办法有三种：1.通过实验测定；2.计算与图表结合确定（图版法）；3.用状态方程求解。,29,说明：延长及陕北产量来自股份公司西部规划。,30,说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。,三.对比状态原理 1.对比状态原理及天然气的Z值求法 纯组分气体的压缩因子Z，根据给定的温度和压力可以直接从相应的压缩因子图版查取,31,根据实际气体状态方程：方程中a、b是与物质性质有关的特征参数，因此，不同的气体，有不同图版。天然气是混合物，如何用统一的图版来确定天然气的压缩因子呢？不同气体，虽然在不同的温度和压力下的性质（包括压缩因子）不同，临界参数也不同，但在各自的临界点确有共同的特性，如果以临界状态作为描述气体状态的基准点，设定一组对比参数，不同的气体只要对比参数相同，则处于对比状态。不同气体处于相同的对比状态时，许多内涵性质也近似相同，这就是对比状态原理。对于化学性质近似而且临界温度相差不大的物质，对比状态的具有很高的精度。对比参数定义为：,32,对比状态原理推导:实际气体状态方程范德华方程 在临界点 以上三式联立求解：,33,或：取：,34,代入VDW原式：改写为：令：则：因此：,35,所以，任意组成的天然气，都只用同一张图版来确定其压缩因子,36,求Z值 A.已知T、P和气体摩尔组成求压缩因子。解（1）.求视临界温度和视临界压力：（2）.求视对比温度和视对比压力：（3）.根据计算出的和查天然气压缩因子图版得Z。,37,B.已知天然气的相对密度 和T、P，求其压缩因子。解：（1）.根据 由图2-4中查出TPC、PPC；（2）.计算视对比温度和视对比压力：（3）.根据计算出的和查天然气压缩因子图版得Z。,38,C.当天然气中非烃气体含量不高时（N22%,CO21%,）解：(1).可按经验公式估算出视临界压力和视临界温度 对于干气：对于凝析气：也可以按教材公式(2-15)和(2-16)计算（2）.求视对比压力和视对比温度，由图2-3查得Z值。,39,2.非烃校正（1）.图版修正法 也可以由图2-6查去或按教材公式2-18计算,40,视对应温度：,pc,pr,T,T,T,=,=,8,.,212,49,273,+,=1.51,对应压力：,25,.,2,54,.,4,2,.,10,=,=,=,pc,P,P,P,在,图,上,查,得,Z=0.8,13,1,摩尔,的,体积,V=,02,10,*,2,.,10,),49,273,(,*,08025,.,0,*,1,*,813,.,0,=,+,=,=,P,ZnRT,V,升,41,(2).加权处理方法：a.首先，将组分中的烃类部分看做一个整体，按归一化重新计算烃类组分的摩尔组成yi，如：.b.然后按已知组成计算出 烃类气体的压缩因子ZCH c.根据给定T、P查出 非烃气体的压缩因子ZN d.加权计算：Z=yNZN+（1-yN）ZCH,42,四.用状态方程求压缩因子 以SRK方程为例（1）.对于纯组分：其中：,旋转因子，可查表得,43,其中：,44,（2）.对于混合气体：其中：xii组分的摩尔浓度；互因子，可查表得。五.用状态方程关联式计算压缩因子（略）,45,第三节 天然气的高压物性,一.天然气的地层体积系数 1、定义：天然气在油藏条件下(P地,T地)的体积V与标态下(Psc=0.1MPa,Tsc=20)的体积Vsc之比。,46,实验方法,47,在矿场上常用 Bg 天然气地下储量：天然气地面储量：P 当P=const时，T Bg,48,二.天然气的等温压缩率 1、定义：在等温条件下，天然气随压力变化的体积变化率。其数学表达式为：,49,所以:理想气体z=1单组分气体多组分气体,组成一定，Ppc=const,50,则:代入Cg的表达式 视对比压缩系数,通过PpcPpr 查图版,51,计算法(最常用的方法)（1）.根据天然气的组成,先求出PPr、TPr和Z以及Z/Ppr 然后按公式2-56计算Cg（2）.根据天然气的组成,先求出PPr、TP查图2-8得：CPr 然后：Cg=CPr/PPc（3）.根据教材33页式(2-38),52,53,三.天然气的粘度1.低压下的气体粘度,定义：是因为天然气内部摩擦而引起的阻力。单位：达因秒/厘米2或克/厘米秒（也称泊）常用单位：厘泊(cp),1泊=100cp1厘泊=1毫帕秒(mpa s),P,g=const 原因：，但 g，而速度与压力无关，,T,g 原因：速度。,M(或)，g 原因：速度急剧下降。,T相同时，g(非烃)g(烃),54,2.高压下影响g的因素 3.确定天然气粘度的方法(1).图版法 已知天然气组成或相对密度,求在给定T、P下的粘度。解：a.计算天然气的分子量M，根据M或相对密度与T，在图2-11上查取g1；b.求视临界参数和视对比参数；c.从图2-12中查出高低粘度比 d.按式2-59计算在T、P下的天然气粘度g。,在高压下气体具有液体的性质,P,内摩擦阻力 g,T,内摩擦阻力 g,M,内摩擦阻力 g,55,（2）.任意T,1at下，单组分气体的g Golubev公式(指数式，经验关联式)（3）.任何T,1at下混合气体的g,其中：c*是1at,Tc时的粘度,56,说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。,57,第四节 天然气含水量和天然气水合物,含水蒸汽的天然气称为湿天然气，天然气含水量与下列因素有关：（1）.随温度增加而增加；随压力增加而减少；（2）.随含盐量增加而减少；（3）.相对密度越大，含水量越少。通常用绝对湿度或相对湿度（水蒸汽饱和度）描述天然气中含水量的多少。1绝对湿度 每1M3的湿天然气所含水蒸气的质量称为绝对湿度，其关系式如下：若湿天然气中水蒸气的分压达到饱和正气压，则饱和绝对湿度可以写成：饱和绝对 湿度是指在某一温度下天然气中含有的最大的水蒸汽量。,58,2相对湿度 在同样的温度下，绝对湿度与饱和绝对湿度之比，称为相对湿度：绝对干燥的天然气，Pvw=0，则=0；当湿天然气达到饱和时，pVW=pSV,=1,对一般天然气：01。3天然气含水量的确定方法 二天然气水合物 1水合物的形成与天然气水合物资源 2天然气开采过程中防止井筒出现水合物 3气态天然气转变为水合物储运,59,第三章 油气藏烃类的相态和汽夜平衡第一节 油气藏烃类的相态特征,一相态及其表示方法 一个组成不变的体系，状态参数压力、温度和比容（p、T、v)之间的关系用状态方程来表示：状态方程是体系相态的数学描述方法，将状态方程以图示法表示就是相图。相图是表示体系状态变化的坐标图，它实质上是状态方程度图示表示法。系统的相态不仅与物质组成有关，而且还取决于改体系的压力和温度。立体相态和平面相态,60,二单、双组分体系的相态特征,1单组分体系（即纯物质）的 相图（pT相图）特征：一点一线两区。两区:汽相区和液相区一线:汽、液相共存线（饱和蒸汽压线）一点:临界点（饱和蒸汽压线的终点）临界点的温度称为临界温度TC临界点的压力称为临界压力Pc临界点是两相共存的最高温度和最高压力点；高于临界温度时，无论加多大压力体系都不会出现液相。在临界点，体系为没有气态液体之分的流体。泡点压力：温度一定，体系中出现第一批气泡时的压力，记为pb露点压力：温度一定，体系中出现第一批液滴时的压力，记为pd,61,62,2.双组分体系的p-T相图,特征：三点三线三区。三线：泡点线、露点线和等液量线三区：泡点线外侧为液相区 露点线外侧为气相区 泡点线和露点线包围的区域为两相区.三点：C,CT,Cp 临界点：仅仅是泡点线和露点线的交 点，不再是两相共存的最高温度和最高压力点 临界凝析温度点：两相共存的最高温度点 临界凝析压力点：两相共存的最高压力点,63,相图形状特征 1.任何双组分混合物的两相区必位于两纯物质饱和蒸汽压线之间；2。混合物的临界压力往往高于两纯组分的临界压力，而混合物的临界温度则介于两纯组分 的临界压力之间；3。随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右移动；4。混合物中哪一组分含量占优势，露点线或泡点线就靠近哪一组分的饱和蒸汽压线；5。两组分的浓度越接近，两相区的面积就越大，某一组分的浓度很高时，两相区就变得很狭长。,64,65,三、多组分系统的相态特征,66,用相图判断油气藏类型1.首先看地层条件点在相图中的位置；2.其次看地面分离器在相图中的位置；,1.未饱和油藏2.带气顶的饱和油藏3.凝析气藏4.气藏,67,68,69,第二节 汽液相平衡,一.相态方程假设：系统中i组分的摩尔浓度为zi；组分i在汽、液中的浓度为yi、xi，系统的总摩尔数为1。则：,命题已知：1摩尔总组成为Zi的混合物，在P、T条件下达到汽液两相平衡，求：1.汽液两相的摩尔分数nl和ng；2.汽液两相的组成，即xi和 yi,70,令：所以上式即为相态方程,71,当系统有m个组分，就可以写出m个相态方程，其中有m+1个未知数（x1，x2，xixm，ng），但还有一个方程，即：故：同理：,72,泡点方程：在泡点线上，露点方程：在露点线上，平衡比的求取图版法,73,74,75,76,1.闪蒸计算：已知zi，T，p，求ng，NL，xi，yi 解:（1）.选择图版pcv，根据T，p查Ki；（2）.设ng初值，按闪蒸方程计算（3.）如果不等于1，则调整ng值，直到等于1为止。2.泡点计算：已知zi和T,求pb 解:(1).假设泡点压力初值(2).根据温度和泡点压力初值查Ki,(3).计算 是否等于1,(4).如果不等于1,调整pb值,重新计算,直到等于1为止。3.露点计算：已知zi和T，求pd 解:(1).假设露点压力初值(2).根据温度和露点压力初值查Ki,(3).计算 是否等于1,(4).如果不等于1,调整pb值,重新计算,直到等于1为止。*调整方向,两相区内1,两相区外1,77,78,平衡比的求取计算法 热力学汽液两相平衡条件:化学位相等 在恒温条件下,逸度fi与化学位有:故可导出:则:,79,以SRK方程为例:解方程 三个Z的根中,最大的正根为汽相为汽相混合物的ZV值,最小的正根为液相混合物的ZL值.逸度系数的计算公式为:对汽相 对液相,80,闪蒸计算时,可采用牛顿迭代法加速收敛 令:,81,则:当 时,ng即为所求.Ki的初值可用理想溶液的Wilson公式计算:计算中Ki要进行调整,Ki不正确,则,82,调整方法:1.归一化处理 2.按逸度系数计算 相态方程的应用 1.计算相图;2.级次分离工作参数计算;3.油藏数值模拟计算。,83,第三节 油气体系中气体的溶解与分离,一.油气分离 1.闪蒸分离 包括一次脱气和多级脱气,84,一次脱气：脱出的气体多，气体较重，气中含轻质油较多；多级脱气：脱出的气体少，气体较轻，气中含轻质油较少。,85,86,二.天然气在原油中溶解度 1.天然气在原油中是溶解度和溶解系数 溶解度与压力的关系：压力增加，溶解度增加。溶解系数并非常数。,87,2.溶解度与温度的关系 温度增加，溶解度减少，,88,3.溶解度与气体、原油性质的关系 油、气组分的性质越接近 则天然气在原油中的溶解度 就越大。,89,4.容解过程与分离过程的关系 一次脱气曲线与容解曲线是相互重合的，而多级脱气得到的溶解曲线和脱气曲线是不相重合的。饱和蒸汽压大的组分其溶解曲线和脱气曲线较为接近；而饱和蒸汽压较小的组分，其溶解曲线和脱气曲线相差很大。,90,第四节 用相态方程求解油气分离问题的实例,一.已知混合物组成zi和地层温度T，求体系的泡点压力pb.根据内插法求得泡点压力pb为23.06MPa.,91,二.已知油井产物的总组成，计算一次脱气和多级脱气两种脱气方式的脱气量和汽液组成。因为脱气压力不高，选用收敛压力为35.0的值图版，查出各组分的平衡常数：,92,93,多级脱气计算结果,94,95,最终结果：一次脱气结果：ng=0.6027,nl=0.397,96,97,三.微分分离计算,分离过程如图，分离出的气体中组分i的摩尔数等于液体中损失的掉的组分i的摩尔数：yidn=xin-(xi-dxi)(n-dn)yidn=xin-xin+ndxi+xidn-dxidn忽略dxidn,并用Kixi代替yi Kixidn=ndxi+xidn Kixidn-xidn=ndxi(Ki-1)xidn=ndxi或者：假定在一定压力变化范围内值保持不变，积分从而：或者,98,微分脱气计算举例 第一种，已知系统组成和终点压力，求脱出的气体摩尔数。例：下表组成的系统在26.7 C，由泡点压力4.1MPa微分脱气到 2.7MPa时所分离出的气体摩尔数。,99,第二种，已知系统组成和要分离出的气体摩尔数，求终点 压力。例：已知组成和温度，从泡点压力4.1MPa开始进行微分分离，欲分离出10摩尔的气体，求终点压力。,100,第四章 地层油和地层水的高压物性,第一节 地层油的高压物性 一.地层原油的溶解油气比RS 定义：地层油的溶解油气比RS是指单位体积的地面原油在地层条件下所溶解的天然气量(m3（标）/m3).,101,102,二.地层原油的体积系数Bo 定义：原油的体积系数，是地层油体积与地面脱气油体积之比，用Bo表示。当:ppb,p,Bo,103,104,三.地层油的两相体积系数Bt 定义：PPb时，在给定 P、T条件下，地层油Vf和其释出气体的总体积(两相体积)与地面原油体积VOS之比。,105,106,四.地层油的压缩系数,定义：在等温条件下，地层原油随压力变化的体积变化率。,107,108,五.地层原油的粘度,109,110,第二节 地层水的高压物性,1.天然气在地层水中的溶解度 定义：天然气在地层水中的溶解度是指地面体条件下单位体积地层水在地层压力、温度条件下所溶解的天然气体积。在高温高压地层条件下，地层水中溶有大量的盐，只溶有少量的天然气，10MPa压力下溶气量，一般不超过12m3/m3。天然气在纯水中的溶解度主要取决于压力与温度，地层水含盐量增加，溶解气量减少。,111,112,2.地层水的压缩系数,定义：在等温条件下，地层水随压力变化的体积变化率。影响Cw的因素 i)P Cw;ii)T50,T Cw;iii)Rs Cw,Rs的影响可以校正；iv)矿化度 Rs Cw；,纯水压缩系数,113,114,3.天然气的体积系数,定义：地层水在地下的体积与地面条件下的条件之比。Bw=0.991.06，一般取Bw=1.0影响Bw的因素 i)P Bw;ii)T Bw;iii)Rs Bw;iv)矿化度 Rs Bw,115,116,4.地层水的粘度,地层水的粘度与压力、温度和含盐量有关。温度对地层水影响较大，温度升高，粘度大幅下降；含盐量影响不大；压力压力影响甚微,117,118,图版法求地层原油的高压物性参数,119,120,121,说明：延长及陕北产量来自股份公司西部规划。,122,123,124,说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。,油气藏物质平衡方程简介,125,油藏原始储气量,采出气量,剩余地下气量,=,+,气顶气量,原始油中溶解气量,产油量,平均累积生产气油比,气顶的游离气,油中溶解气量,+,=,+,+,气顶容积,原始气体体积系数,原始储油量,原始油气比,扩张后气体容积,气体体积系数,剩余油量,溶解油气比,+,+,mNBoi Bgi+N Rsi=Np Rp+V Bg+(N-Np)Rs,126,整理后的油藏物质平衡方程的一般形式,1.无气顶时，m=Vg/Vo=0.方程简化为：,127,2.无边水、底水、注入水时，W,WP等于零，方程简化为：3.无气顶，又无边、底水和注入水时，方程简化为：物质平衡方程中参数分三类：第一类：油气高压物性参数，如：RSi,RS,Bgi,Bg,Boi,Bo,Bt,Bti,Bw;第二类：生产统计数据，如：NP,WP,RP第三类：未知数据，有：N,m,W,128,129,第二章 储层岩石的物理性质,130,第一节 岩石的粒度组成和比面,一、岩石的粒度组成1、定义:构成岩石的各种大小不同的颗 粒含量，用重量百分数表示。2、分析方法:常用的砂岩粒度组成分析方法有：A、筛析法(D0.074mm)B、沉降法(0.0015D0.074mm)C、光学法(D0.0015mm),131,A 筛析法(D0.05mm),a、将筛子由粗到细 叠放并固定在筛分机上,对已破碎和分解的岩石颗粒进行筛析,记录每个筛子上颗粒的质量.b、筛孔的大小表示有mm和目两种.c、相邻两级筛孔孔眼大小的级差为 或d、一套筛子共25级,132,B 沉降法(D0.05mm),测定原理:,颗粒直径的平均值处理:,133,3、粒度组成表示方法:,A、表格法,B、图形法,粒度组成分布曲线,粒度组成累积分布曲线,134,4、粒度参数:,A、不均匀系数,B、分选系数,C、标准偏差,=120 越接近1粒度分布越均匀,S=12.5 分选好S=2.54.5 分选中等S 4.5 分选差,越小分选性越好,135,资料来源：美国石油情报周刊（2002年12月23日公布）。说明：分项栏中的位次为在世界最大50家石油公司中的排名位次。中海油未进入世界50强，指标值为2002年数据。,5、平均粒度:,A、粒度中值d50,B、粒度平均值dm,136,二、岩石的比面,1、定义:单位体积的岩石内岩石骨架的总表 面积或单位体积岩石内孔隙总面积。,单位：1cm2/cm3=10dm2/dm3=100m2/m3,粗砂岩（10.5mm）950cm2/cm3,细砂岩（0.250.125）9502300cm2/cm3,粉砂岩（0.06250.0039）2300cm2/cm3,137,2、比面的三种表示:,三者间的关系:,138,每一粒砂子的表面积为:,3、比面的确定方法:,每一粒砂子的体积:,单位体积岩石中，颗粒所占体积为:Vs=1-,单位体积内岩石的颗粒总数为:,139,单位体积中岩石颗粒总表面积应为:,如果，岩石中每一种粒径颗粒的比面为:,140,因此，总表面积为:,校正系数C=1.21.4,(2)、流动实验法,计算公式:,141,实验装置:,马略特瓶,开 关,量 筒,漏 斗,U型压力计,岩 心,岩心夹持器,142,第二节 岩石的孔隙度,一、孔隙的分类,孔 隙,按成因分,粒间孔隙,按孔隙大小分,按生成时间分,按组合关系分,按连通性分,杂基内微孔隙,晶体次生晶间孔隙,超毛细管孔隙0.5,毛细管孔隙0.50.0002,微毛细管孔隙0.0002,次生孔隙,原生孔隙,喉道,孔道,连通孔隙,死孔隙,纹理及层理缝,裂缝孔隙,溶蚀孔隙,143,144,二、孔隙度的定义,指岩石的孔隙体积与岩石外观体积的比值,常用百分数表示，记为,三、孔隙度的分类,A 绝对孔隙度,指岩石的总孔隙体积与岩石外观体积的比值,145,B 有效孔隙度 指岩石的有效孔隙体积与岩石外观体积的比值.C 流动孔隙度 指岩石中可以流动的孔隙体积与岩石外观体积的比值.很显然:,146,四 孔隙度的测量,饱和煤油法:,147,四 孔隙度的测量,148,四 孔隙度的测量,149,150,151,152,153,154,五、影响孔隙度的因素,1.颗粒的排列方式,2.颗粒的分选性,分选越好，孔隙度也越大.,3.颗粒圆球度,颗粒越园，越大.,正方形排列 47.6%,菱形排列 25.9%,155,4.岩石颗粒间胶结物的含量及胶结类型 胶结物含量越高，越小，所以说接触胶结的孔隙胶结的基底胶结 5.油藏的埋藏深度 多孔介质的孔隙度总是随油层埋芷深度加深而减小。6.孔隙度的应用,156,第三节 储层岩石的压缩性,一、岩石的压缩系数Cf,1、岩石颗粒变形示意图:,2、定义:指油层压力每改变一个单位 时，单位体积岩石内孔隙体积 的变化值，单位为：1/MPa。,157,3、表示方法:,4、三种表示方法:,以视体积为基数,岩石的压缩系数一般为(236)*10-4MPa-1,一般用岩石压缩系数测定仪测定.,158,以孔隙体积为基数,以岩石骨架体积为基数,5、三者之间的关系:,159,二、储层综合弹性压缩系数Ct,1、定义:油层压力每改变一个单位时，单位体,积的岩石中所排出的液量，单位：,1/MPa。,2、表示方法:,综合反映了油藏弹性能量的大小.Ct越,大,表明油藏的弹性能量越充足.,160,3、Ct与Co和Cw的关系:,161,第四节 储层岩石流体饱和度,一、流体饱和度是定义:,单位孔隙体积中某相流体所占的分,数.常用百分数表示.,二、表示方法:,162,三、几种常见的饱和 1、原始含水饱和度(束缚水饱和度)Sw 2、原始含油饱和度Soi 3、当前油、气、水饱和度So、Sg、Sw 4、残余油饱和度Sor 四、饱和度的测定方法 1、油层物理法(干溜、蒸馏、色谱、CT技术)2、测井法 3、经验统计法,163,干溜法,蒸馏法,164,五、影响饱和度的因素 1、储层岩石的孔隙结构及表面性质的影响 这是影响油气饱和度的关键因素。一般来说,岩石颗粒较粗，则比面小孔隙、喉道半径大，孔隙连通性好，孔隙内避光滑，那么渗透性好，油气排驱水阻力小，油气饱和度就高，束缚水饱和度就低。2、油气性质的影响 油气密度不同，油气的饱和度就不同。粘度较高的油,排水动力小,油气不易进入孔隙,残余水含量高,油气饱和度就低，反之亦然。此外，油藏形成时，如油气排驱水动力大(如压力高)，即排驱能量高，排出的水多,油气饱和度就高。,165,第三节 油藏岩石的渗透率,一.油藏岩石渗透率的定义 油藏岩石允许流体通过的能力称为油藏岩石的渗透率。单位：m2二达西公式三达西公式应用条件岩石饱和并流动着单一流体；流动状态为层流；流体与岩石不发生物理、化学和物理化学反应。,166,167,例题,设有一块砂岩岩心,长度L=3厘米,截面积A=2厘米2,100%饱和粘度=1mPas的盐水,在压差P=0.2MPa下通过岩心的流量Q=0.5厘米3/秒根据达西公式如果上述岩心饱和粘度=3mPas的油,在同样压差P=0.2MPa下.油的流量Q=0.167cm3/秒,同样,根据达西公式,168,绝对渗透率是岩石的自身性质，它取决于岩石的孔隙结构；在层流、岩石与流体不起反应和100为流动流体饱和的条件下，岩石的绝对渗透率与所通过的流体性质无关。,如果是气体通过岩石时，当压力从P1变化到P2时，气体的体积亦必然随之变化，因此，,若把气体膨胀视为等温过程,按气体状态方程可令:,169,由上式,代入用平均气体流量表示达西公式:则:,170,气体滑动效应,液体在孔道中流动时,孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高,而且越靠近孔道壁表面,分子流速越低;气体则不然,靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。气体在孔道中的这种渗流特性称之为滑动效应,亦称克林肯柏效应。,171,172,滑动效应的特征,1、同一岩石，同一种气体，在不同的平均压力下测得的气体渗透率不同；底平均压力下气体渗透率比较高，高平均压力下气体渗透率比较低。2、同一岩石，同一平均压力，不同气体测得的渗透率不同。3、同一岩石，不同气体测得的渗透率和平均压力的直线关系交纵坐标于一点，该点的气体渗透率与同一岩石的液体渗透率是等价的，故称等价液体渗透率，亦称克林肯柏渗透率。克氏渗透率可以下式表示：,173,流量管气测渗透率方法（空气压水法）,一、测量原理二、计算公式,174,影响岩石渗透率的因素,一、沉积作用1.岩石骨架构成和岩石构造 所有影响岩石孔隙度的因素都将影响岩石的渗透率包括：岩石的颗粒粒度、颗粒的排列方式、颗粒的分选性、颗粒的圆球度、胶结物的含量和胶结方式、岩石埋藏深度等，在孔隙结构相同的情况下，孔隙度越大则渗透率越大。岩石的层理也影响渗透率：对砂岩垂向和水平方向渗透率差异明显 对碳酸盐岩，只具有原生孔隙的碳酸盐岩其水平渗透率大于垂向渗透率；而具有次生孔隙的碳酸盐岩，则垂向渗透率大于水平渗透率。,175,影响岩石渗透率的因素,2.岩石孔隙结构的影响 根据高才尼卡尔曼方程：k与成正比，与r的二次方成正比，与S的二次方成正比。粒度细、孔隙半径小，则岩石比面大，渗透率低。孔隙的连通性、迂曲度、孔壁粗糙度等也将影响渗透率的大小。,176,影响岩石渗透率的因素,二、成岩作用1.地层静压力的影响有效覆压越大，渗透率越小2.胶结作用胶结物的沉淀和胶结作用使孔隙通道变小，孔侯比增加，粗糙度增大，因而使渗透率降低。3.构造作用于其它作用构造作用形成的断裂和裂缝使得储层的孔隙度和渗透率增加，特别是对碳酸盐地层，可使非渗透层变为具有中高渗透率的储层。另外，工程和施工形成的粘土膨胀、各种孔道堵塞、外来流体与储层流体和岩石不配伍而产生的物化反应、孔隙表面吸附沥青石、石蜡、胶质等都将使渗透率降低。,177,第四节 渗透率和其它岩石物性的关系,一.毛管渗流定律 J.Kozeny(1927年)将泊稷叶公式应用到毛细管渗流中,实验并证明了在一定的流速范围内导管直径可以小到毛细管直径的情况,并建立了岩石-毛细管模型.孔隙空间简化处理成由等直径的平行毛