油藏物理第一章(地层油水的性质).ppt

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1、第四节 地层油的高压物性参数 1 地层油的密度和相对密度 2 地层原油的溶解气油比 3 地层原油的体积系数 4 地层原油的压缩系数 5 地层原油的粘度 6 原油凝固点,1、地下原油由于溶解有大量的天然气。其密度通常要比地面脱气原油密度小。2、地下原油密度随温度的增加而下降。3、当压力小于饱和压力时，由于随压力增加，溶解的天然气量增加，因而原油密度减小；当压力高于饱和压力时，天然气已全部溶解，随压力增加原油受压缩，因而原油密度增大。,一.地层油的密度和相对密度,地层原油的特点：地层原油处于高温高压状态，油中溶解有大量的天然气。,A、当PPb时：Rs不随压力的变化而改变，为原始溶解气油比Rs i。

2、B、当PPb时：Rs随压力降低而降低。（压力降低，一部分气体已从地层原油中逸出，溶解于原油中的气量减少，故溶解气油比Rs减少。）C、当PPb(饱和压力)时，Rs为最大值。,二.地层原油的溶解气油比（Rs）,1、Rs定义：地层油的溶解气油比Rs是指单位体积地面原油在地层压力、温度下所溶有的天然气在标准状态下的体积。2、Rs与压力的变化关系,三、地层原油的体积系数1、地层原油单相体积系数（Bo）Bo定义：原油在地层条件下的体积(即地层油体积)与其在地面脱气后的体积之比，原油地下体积系数，简称为原油体积系数，用Bo表示，即：2、原油体积系数随压力的变化关系(1)当PPb 时，体积系数随压力的降低而增

3、加。（这是由于单相地层油体积Vf 的膨胀，故Bo增加。）(2)当PPb时，Bo随压力降低而减小。（这是由于随地层压力的降低，溶解气量减小，地层油体积Vf 收缩，故Bo随压力降低而减小。）(3)当PPb时，体积系数Bo最大。（这是由于单相地层油体积在Pb时膨胀达到最大。）,2、原油收缩系数地层油由地下至地面脱气后，其体积必然变小，这种现象称为地层原油的收缩，收缩的程度用原油收缩系数或原油收缩率表示：（1）定义收缩系数为原油体积系数的倒数，即o=1B oVosVf。用收缩系数乘以地层条件下的体积，可求得地面脱气油体积；反之，用体积系数乘以地面脱气油体积，也可求得地层油体积。这样很方便地进行地面油体

4、积与地层油体积的换算。（2）收缩率定义为。从物理意义上讲，反应了原油采至地面后体积的收缩量。,3、地层油气两相体积系数（Bt）,地层油气两相体积系数是指:当油层压力低于饱和压力时，地层中原油和析出气体的总体积与它在地面脱气后原油体积之比，用符号Bt表示。,(1)当地层压力大于或等于饱和压力(即PPb)时，RsRsi，使RsiRs0，则BtBob，即两相体积系数等于单相油体积系数。(2)当地层压力降低到地面大气压时，油中溶解气全部脱出，Rs0；此时，Bg1，Bo1，故得出Bt1+Rsi，此时Bt为最大值。(3)由于Bo、Bg、Rs均为压力P的函数，Bt也是压力的函数，Bt-P关系曲线如图43中虚

5、线所示。,中国石油大学（北京）,111,四、地层原油的压缩系数,所谓原油压缩系数是指地层油体积随压力的变化的变化率。在等温条件下原油的压缩系数：,五、地层原油的粘度,地层原油粘度是石油工程计算中的重要参数之一。它是影响油井产量的重要因素，有些原油由于粘度过大，致使油井无法产油。,1、原油的分子量越大，则粘度越高。2、原油中非烃含量（即胶质-沥青含量）越高，则粘度越高。,五、地层原油的粘度 原油粘度的主要影响因素有原油的分子量、原油中非烃含量（即胶质-沥青含量）、压力、温度。,3、原油粘度对于温度的变化是很敏感的。温度提高，原油粘度降低。,50C时，500mPa.s 100C时，100mPa.s

6、 8mPa.s/10C,4、压力对地层原油粘度的影响(1)当PPb 时，粘度随压力的降低而减小。(2)当PPb时，粘度随压力降低而增大。（这是由于随地层压力的降低，溶解气量减小。）(3)当PPb时，粘度最小。,六、原油凝固点,石蜡的初始结晶温度，随溶解气量的增加而降低。,原油的凝固点是指原油冷却由流动态到失去流动性的临界温度点。,三个温度点：凝固点、反常点、析蜡点三个区域：固体区、牛顿流体、非牛顿流体,牛顿流体,假塑性,屈服塑性,典型未饱和油藏地层油高压物性参数随压力的变化规律,第五节 地层水的高压物性,地层水或称油层水是指处于油藏边部和底部的边水和底水、层间水以及与原油同层的束缚水的总称。束

7、缚水是油藏形成时残余在孔隙中的水，它与油气共存但不参与流动，因此称为束缚水。地层水是与石油天然气紧密接触的地层流体，边水和底水常作为驱油的动力，而束缚水尽管不流动，但它在油层微观孔隙中的分布特征直接影响着油层含油饱和度。,了解地层水的性质和组成具有如下意义：（1）可以判断边水流向、判断断块的连通性，分析油井出水原因；（2）研究注入水的配伍性、分析储层伤害原因和程度（如结垢）；（3）为油田污水处理及排污设计的提供依据。（4）根据油田水型判断沉积环境。,第五节 地层水的高压物性,一、地层水的化学组成及地层水的分类二、地层水的高压物性,1)、天然气在地层水中的溶解度 2)、地层水的压缩系数3)、地层

8、水的体积系数 4)、地层水的粘度,第五节 地层水的高压物性,一、地层水的化学组成,1、化学组成地层水在地层中长期与岩石和原油接触，通常含有相当多的金属盐类，如钾盐、钠盐、钙盐、镁盐等，尤其以钾盐、钠盐最多，故称为盐水。地层水溶液中:1)常见的阳离子为Na+、K+、Ca2+、Mg2+，2)常见的阴离子为Cl、SO42、HCO3及CO32、NO3、Br、I 3)不同种类的微生物，其中最常见的是非常顽固的厌氧硫酸还原菌，它们助长了油井套管的腐蚀，在注水过程中导致地层堵塞。这些微生物的来源尚不十分清楚，它们可能存在于封闭油藏中，或由于钻井而带入地层。4)微量有机物质，如环烷酸、酯肪酸、胺酸、腐植酸和其

9、它比较复杂的有机化合物等。因为这些有机酸对注入水洗油能力有直接影响，所以，在油田注水的水质选择上要对它们予以重视。,2、矿化度与离子毫克当量浓度矿化度:代表水中矿物盐的总浓度，用mgL或ppm（百万分之一）来表示。地层水的总矿化度表示水中正、负离子含量之总和。原始地层条件下，高矿化度的地层水处于饱和溶液状态，当由地层流至地面时，会因为温度、压力降低，导致盐从地层水中析出，严重时还可在井筒中结盐，给生产带来困难。离子毫克当量浓度:离子毫克当量浓度等于某离子的浓度除以该离子的当量。例如，已知氯离子(Cl)的浓度为7896mgL，而氯离子的化合当量35.3，则氯离子的毫克当量浓度789635.322

10、5.6毫克当量升。,第五节 地层水的高压物性,一、地层水的化学组成,3、硬度 地层水的硬度是指地层水中钙、镁等二价阳离子含量的大小。在使用化学驱(如注入聚合物或活性剂等)时，水的硬度太高，注入化学剂会产生沉淀而影响驱替效果。所以，在油田生产中必须对地层水的矿化度、硬度有清楚的认识。,二、地层水的水型分类,1、水型分类苏林分类法,(1)硫酸钠(Na2SO4)水型：代表大陆冲刷环境条件下形成的水，一般来说，此水型是环境封闭性差的反映，该环境不利于油气聚集和保存。地面水多半为该水型。(2)重碳酸钠(NaHCO3)水型：代表大陆环境条件下形成的水型，该水型水在油田中分布很广，它的出现可作为含油良好的标

11、志。(3)氯化镁(MgCl2)水型：代表海洋环境下形成的水。该水型一般多存在于油、气田内部。(4)氯化钙(CaCl2)水型：代表深层封闭构造环境下形成的水，环境封闭性好，有利于油、气聚集和保存，是含油气良好的标志。,图48 离子化合顺序示意图,2、水型判断方法阴、阳离子的结合顺序,三、地层水的高压物性,1、天然气在地层水中的溶解度天然气在地层水中的溶解度是指地面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（单位：（标）m3m3）。,地层水的压缩系数定义为地层水单位压力变化时的体积变化率，其数学表达式为：,式中：Cw 地层水的压缩系数，MPa1；Vw 地层水的体积，m3；,地层

12、水的压缩系数Cw与压力、温度和溶解气量的关系表示在图49中,恒温条件下地层水体积随压力的变化率，m3/MPa,2、地层水的压缩系数 计算油层的弹性能量时，地层水的弹性是相当重要的一个方面。,3、地层水的体积系数 定义为等量的地层水在地下的体积与其在地面条件下的体积之比，其数学表达式为：,式中：Bw地层水的体积系数；小数 Vw在地层条件下，地层水的体积，m3；Vws该地层水在地面条件下的体积，m3。,地层水的体积系数与温度、压力以及溶气的大小有关。地层水的体积系数随着温度的增加而增加，随着压力的增加而减小；,地层水的粘度与温度、压力和含盐量的关系见图411和图412所示。由图可以看出：温度对地层

13、水的粘度影响较大，随着温度的增高而粘度大大降低，但压力对其影响甚微。,4、地层水的粘度,测定油气高压物性的方法 1、PVT实验装置 2、油气样品准备 3、黑油的相态及物性测定(1)饱和压力和压缩系数的测定(2)地层油溶解气油比和体积系数的测定(3)地层油粘度的测定,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,4、凝析气的相图及物性测定 5、干气的物性分析6、实验数据的匀整（1）高于饱和压力时原油体积系数Bo的匀整（2）低于饱和压力时两相体积系数的匀整（3）天然气体积系数Bg的匀整,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,图4-14 地层油高压物性分析流程示意图,在矿场实际中，最常用的方法是室内实验对原

14、油和天然气高压物性的分析和实测，其分析的流程简图如图414所示。,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,1、PVT实验装置 用来测定油气高压物性的装置称为高压物性仪，或简称为PVT仪。图415为原油高压物性仪的流程示意图，其主要由以下几部分组成：(1)PVT筒(5)、(6)：这是装置的核心，是油样或气样达到相平衡的高压容器，一般带有视窗。用于黑油的PVT筒视窗在上部，以观察泡点。用于凝析气的PVT筒视窗在下部，以观察露点。视窗的材料为蓝宝石或高强度玻璃。图中仪器由(5)、(6)两个PVT筒组成，一个为主釜，另一个为副釜。两个PVT筒之间通过管线相连，并有一个毛细管粘度计旁路。(2)高压计量泵(

15、13)、(14)：可以加压并计量PVT筒油气的体积，图中PVT筒中与活塞相连接的就是高压计量泵的螺杆，油气体积的计量通过传感器探测活塞的位置并由计算机程序测算并记录。(3)压力表(11)、(12)：测量高压容器内的压力。(4)油气分离器(2)和气量计(1)：当进行差异分离脱气实验时，测量产出的气体体积。(5)高压粘度计：由毛细管(4)和压差传感器(6)组成，在线测量高压含气油的粘度。(6)恒温箱：将PVT筒、高压粘度计等全部置于恒温箱内，保持地层温度。(7)外部转样设备：包括取样器(7)、转样器恒温水浴(8)和转样泵(10)以及转样泵的工作液储罐(9)。,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,

16、图415 地层油高压物性仪（无汞PVT仪）流程示意图,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,计算出不同压力P下的Y值，绘制Y-P关系曲线(图417)，一般为直线。,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,矿场常用的地层油饱和压力的图版如图418所示。由于该图考虑了与饱和压力有关的多种因素，故该图具有较高的精度，与实测值通常仅差7。查图时，从溶解气油比开始，考虑地面原油密度、地层温度，天然气密度，根据实际数值在相应的曲线上依次拐弯转折，最后得到饱和压力。也可采用该图版从目前饱和压力开始反求溶解气油比，但要注意所用压力不能高于油藏原始饱和压力，因为，实际油藏高于

17、饱和压力的溶解气油比与饱和压力下的溶解气油比相等。,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,二、图版法求地层原油的高压物性参数 1、查图版求地层原油的饱和压力 2、查图版求地层油体积系数 3、利用图版求地层油粘度,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,地层原油体积系数与溶解气油比、天然气相对密度、地面原油相对密度以及地层温度间的相关关系相关图版如图419所示。,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,第六节 地层油、气高压物性参数的测算,3.3 经验关系式法计算原油高压物性参数 1、计

18、算地下原油粘度贝格斯(Beggs)和诺宾森(Robinson)曾提出，由油层温度下脱气油粘度来确定油层条件下的原始粘度的相关公式为：(422)(423)式中：o油层条件下原油粘度，mPas；od油层温度下脱气原油粘度，mPas；o地面脱气油密度，gcm3；Rs溶解气油比，m3t。,三、经验关系式法计算原油高压物性参数 2、计算饱和压力下的原油体积系数 利用Standing(斯坦丁)经验相关关系，计算饱和压力下的原油体积系数的关系式为：(424)式中：Bob饱和压力下的原油体积系数m3/m3；Rs溶解气油比，m3t；地面原油相对密度，无因次；地面天然气相对密度，无因次；t油藏温度,一、物质平衡方

19、程式的推导1、油藏物质平衡原则物质平衡就是指：在油田开发阶段的某一时期流体的采出量加上剩余的储存量等于流体的原始储量。如 油藏中原有的气量产出气量+油藏中剩余气量2、假设条件孔隙介质的孔隙度与压降无关，即在压力发生变化时，孔隙度不发生变化。气体在水中溶解度很小，在此可以忽略不计油气两相在任一压力下均能在瞬间达到平衡油藏温度在整个开发过程中始终保持不变,第七节 油气藏物质平衡方程,一个带有气顶饱和油藏，并且在开发过程中有水侵入。油藏在开发前后采出油、气、水的体积、压力变化情况如图所示：,中国石油大学（北京）,符号说明：N原始储油量，标米3 G原始储气量，标米3Rsi原始溶解气油比，标米3/米3

20、Np累积采油量，标米3Rp累积平均生产气油比，标米3/米3（采出气量/采出油量）Rs油芷压力降为P时的溶解油气比，标米3/米3W在油芷压力降至P时，侵入油带的水量，标米3Wp累积产水量，标米3m原始气顶容 积与油带容积之比值Boi原始条件下地层油的体积系数 Bo压力降为P时地层油的体积系数Bgi原始油芷压力下气体的体积系数 Bg在压力为P时气体的体积系数Bti原始油芷压力下油气两相体积系数 Bt在压力为P时地层油气两相体积系数Bw在压力为P时地层水的体积系数,中国石油大学（北京）,（油藏中原始储气量）地面=（采出气量+剩余在地下气量）地面气顶气量+溶解气量=产油量生产气油比+剩余气顶气量+剩余

21、溶解气量气顶气量=mNBoi/Bg 溶解气量（原始）=NRsi（油藏中原始储气量）地面=mNBoi/Bgi+NRsi采出气量=RpNp剩余气顶气量=（m+1）NBoi-（N-Np）Bo-（W-Wp）Bw/Bg剩余溶解气量=（N-Np）Rs（采出气量+剩余在地下气量）地面=RpNp+（N-Np）Rs+（m+1）NBoi-（N-Np）Bo-（W-Wp）Bw/Bg代入上述方程得：,油气藏物质平衡方程,同学们注意：上式推导中应用了：Bt=Bo+(Rsi-Rs)Bg Bti=Boi,中国石油大学（北京）,中国石油大学（北京）,二、物质平衡方程的分析讨论,1、参数分类 第一类：油、气高压物性参数：Rsi，

22、Rs，Bgi，Bg，Boi，Bo，Bti，Bt，Bw，这些参数可由实验确定。第二类：生产统计数据，Np、Wp、Rp，这些参数由现场统计资料确定。第三类：地质参数，N，m，W，m可由测井资料确定，N，W 为未知数据 所以要应用物质平衡方程就必须搞好生产统计资料，认真测定各项高压物性参数，并进行匀整处理。但是方程中含有N、m、w三个未知数，所以要解这个方程还得附加一个方程，一般讲，m可以通过测井来确定，所剩下的N、w可以借助于最小二乘法解不同时期的平衡方程式组而得。,中国石油大学（北京）,2、方程简化,因为上述方程是对于有气顶、有边底水的油气藏而言的，但对于不同的油藏实际情况来说，该方程可以简化。

23、油藏为封闭性的弹性驱动油藏：即无边底水、无注入水、无气顶 所以 m=0，W=0，Wp=0，N=Np(Rp-Rsi)Bg+Bt)/(Bt-Boi)油藏为有边底水、有注入水、无气顶的饱和油藏 所以 m=0，Bti=Boi，（PiPb）N=Np(Rp-Rsi)Bg+Bt)-（W-Wp）Bw/(Bt-Boi),中国石油大学（北京）,3、平衡方程式的评估,优点：可以避免油层非均质和多相渗流计算的困难 可以预测油层压力及采收率 计算简单缺点：由于物质平衡方程式的导出是建立在前面的几个假设条件之上的，而实际情况并非如此，所以这样就会产生一些误差，主要表现在：相平衡在油油不易迅速达到 PVT数据中的脱气过程不能完全反映出油层 同井及分离器内的实际脱气过程。地层的平衡压力难确定，特别是厚油层、倾斜地层、非均质、稠油油藏更是如此 实际油藏中因为存在有油水过渡带，所以油水艰难划分，所以m的取值也有困难。,中国石油大学（北京）,中国石油大学（北京）,