油藏物理地層油水的性質(zhì)市公開課獲獎?wù)n件

1、第四節(jié) 地層油高壓物性參數(shù) 1 地層油密度和相對密度 2 地層原油溶解氣油比 3 地層原油體積系數(shù) 4 地層原油壓縮系數(shù) 5 地層原油粘度 6 原油凝固點第1頁第1頁1、地下原油由于溶解有大量天然氣。其密度通常要比地面脫氣原油密度小。2、地下原油密度隨溫度增長而下降。3、當壓力小于飽和壓力時，由于隨壓力增長，溶解天然氣量增長，因而原油密度減??；當壓力高于飽和壓力時，天然氣已所有溶解，隨壓力增長原油受壓縮，因而原油密度增大 。 一. 地層油密度和相對密度地層原油特點：地層原油處于高溫高壓狀態(tài)，油中溶解有大量天然氣。第2頁第2頁 A、當PPb時： Rs不隨壓力改變而改變，為原始溶解氣油比Rs i。

2、 B、當PPb時： Rs隨壓力減少而減少。（壓力減少，一部分氣體已從地層原油中逸出，溶解于原油中氣量減少，故溶解氣油比Rs減少。） C、當PPb(飽和壓力)時， Rs為最大值。二. 地層原油溶解氣油比（ Rs ） 1、 Rs定義：地層油溶解氣油比Rs是指單位體積地面原油在地層壓力、溫度下所溶有天然氣在原則狀態(tài)下體積。 2、 Rs與壓力改變關(guān)系第3頁第3頁三、地層原油體積系數(shù)1、地層原油單相體積系數(shù)（ Bo ）Bo定義：原油在地層條件下體積(即地層油體積)與其在地面脫氣后體積之比，原油地下體積系數(shù)，簡稱為原油體積系數(shù)，用Bo表示，即：2、原油體積系數(shù)隨壓力改變關(guān)系 (1)當PPb 時，體積系數(shù)隨

3、壓力減少而增長。（這是由于單相地層油體積Vf 膨脹，故Bo增長。） (2)當PPb時， Bo隨壓力減少而減小。（這是由于隨地層壓力減少，溶解氣量減小，地層油體積Vf 收縮，故Bo隨壓力減少而減小。） (3)當PPb時，體積系數(shù)Bo最大。（這是由于單相地層油體積在Pb時膨脹達到最大。） 第4頁第4頁2、原油收縮系數(shù)地層油由地下至地面脫氣后，其體積必定變小，這種現(xiàn)象稱為地層原油收縮，收縮程度用原油收縮系數(shù)或原油收縮率表示：（1）定義收縮系數(shù)為原油體積系數(shù)倒數(shù)，即o=1B oVosVf。用收縮系數(shù)乘以地層條件下體積，可求得地面脫氣油體積；反之，用體積系數(shù)乘以地面脫氣油體積，也可求得地層油體積。這樣很

4、以便地進行地面油體積與地層油體積換算。（2）收縮率定義為 。從物理意義上講， 反應(yīng)了原油采至地面后體積收縮量。第5頁第5頁3、地層油氣兩相體積系數(shù)（ Bt ） 地層油氣兩相體積系數(shù)是指:當油層壓力低于飽和壓力時，地層中原油和析出氣體總體積與它在地面脫氣后原油體積之比，用符號Bt表示。 (1)當?shù)貙訅毫Σ恍∮诨虻扔陲柡蛪毫?即PPb)時，RsRsi，使RsiRs0，則BtBob，即兩相體積系數(shù)等于單相油體積系數(shù)。(2)當?shù)貙訅毫p少到地面大氣壓時，油中溶解氣所有脫出，Rs0；此時，Bg1，Bo1，故得出Bt1+Rsi，此時Bt為最大值。(3)由于Bo、Bg、Rs均為壓力P函數(shù)，Bt也是壓力函數(shù)，

5、 Bt-P關(guān)系曲線如圖43中虛線所表示。第6頁第6頁 中國石油大學(xué)（北京）111第7頁第7頁四、地層原油壓縮系數(shù) 所謂原油壓縮系數(shù)是指地層油體積隨壓力改變改變率。在等溫條件下原油壓縮系數(shù)： 第8頁第8頁第9頁第9頁 五、地層原油粘度 地層原油粘度是石油工程計算中主要參數(shù)之一。它是影響油井產(chǎn)量主要原因，有些原油由于粘度過大，致使油井無法產(chǎn)油。 第10頁第10頁 1、原油分子量越大，則粘度越高。2、原油中非烴含量（即膠質(zhì)-瀝青含量）越高，則粘度越高。五、 地層原油粘度 原油粘度主要影響原因有原油分子量、原油中非烴含量（即膠質(zhì)-瀝青含量）、壓力、溫度 。第11頁第11頁 3、 原油粘度對于溫度改變是

6、很敏感。溫度提升，原油粘度減少。第12頁第12頁 50C時，500mPa.s 100C時，100mPa.s 8mPa.s/10C第13頁第13頁 4、壓力對地層原油粘度影響(1)當PPb 時，粘度隨壓力減少而減小。(2)當PPb時，粘度隨壓力減少而增大。（這是由于隨地層壓力減少，溶解氣量減小。） (3)當PPb時，粘度最小。第14頁第14頁 六、原油凝固點石蠟初始結(jié)晶溫度，隨溶解氣量增長而減少。 原油凝固點是指原油冷卻由流動態(tài)到失去流動性臨界溫度點。 第15頁第15頁 三個溫度點：凝固點、反常點、析蠟點三個區(qū)域：固體區(qū)、牛頓流體、非牛頓流體牛頓流體假塑性屈服塑性第16頁第16頁典型未飽和油藏地

7、層油高壓物性參數(shù)隨壓力改變規(guī)律第17頁第17頁第五節(jié) 地層水高壓物性 地層水或稱油層水是指處于油藏邊部和底部邊水和底水、層間水以及與原油同層束縛水總稱。 束縛水是油藏形成時殘余在孔隙中水，它與油氣共存但不參與流動，因此稱為束縛水。 地層水是與石油天然氣緊密接觸地層流體，邊水和底水常作為驅(qū)油動力，而束縛水盡管不流動，但它在油層微觀孔隙中分布特性直接影響著油層含油飽和度。第18頁第18頁理解地層水性質(zhì)和構(gòu)成含有下列意義： （1）能夠判斷邊水流向、判斷斷塊連通性，分析油井出水原因； （2）研究注入水配伍性、分析儲層傷害原因和程度（如結(jié)垢）； （3）為油田污水處理及排污設(shè)計提供依據(jù)。 （4）依據(jù)油田水

8、型判斷沉積環(huán)境。 第19頁第19頁第五節(jié) 地層水高壓物性 一、地層水化學(xué)構(gòu)成及地層水分類二、地層水高壓物性 1)、天然氣在地層水中溶解度 2)、地層水壓縮系數(shù)3)、地層水體積系數(shù) 4)、地層水粘度第20頁第20頁第五節(jié) 地層水高壓物性 一、地層水化學(xué)構(gòu)成1、化學(xué)組成地層水在地層中長久與巖石和原油接觸，通常含有相稱多金屬鹽類，如鉀鹽、鈉鹽、鈣鹽、鎂鹽等，尤其以鉀鹽、鈉鹽最多，故稱為鹽水。地層水溶液中: 1) 常見陽離子為Na+、K+、Ca2+、Mg2+， 2) 常見陰離子為Cl、SO42、HCO3及CO32、NO3、Br、I 3) 不同種類微生物，其中最常見是非常頑固厭氧硫酸還原菌，它們助長了油

9、井套管腐蝕，在注水過程中造成地層堵塞。這些微生物起源尚不十分清楚，它們可能存在于封閉油藏中，或因為鉆井而帶入地層。 4) 微量有機物質(zhì)，如環(huán)烷酸、酯肪酸、胺酸、腐植酸和其它比較復(fù)雜有機化合物等。因為這些有機酸對注入水洗油能力有直接影響，因此，在油田注水水質(zhì)選擇上要對它們給予重視。 第21頁第21頁2、礦化度與離子毫克當量濃度礦化度: 代表水中礦物鹽總濃度，用mgL或ppm（百萬分之一）來表示。地層水總礦化度表示水中正、負離子含量之總和。 原始地層條件下，高礦化度地層水處于飽和溶液狀態(tài)，當由地層流至地面時，會由于溫度、壓力減少，造成鹽從地層水中析出，嚴重時還可在井筒中結(jié)鹽，給生產(chǎn)帶來困難。離子毫

10、克當量濃度: 離子毫克當量濃度等于某離子濃度除以該離子當量。 比如，已知氯離子(Cl)濃度為7896mgL，而氯離子化合當量35.3，則氯離子毫克當量濃度789635.3225.6毫克當量升。第22頁第22頁 第23頁第23頁第五節(jié) 地層水高壓物性 一、地層水化學(xué)構(gòu)成3、硬度 地層水硬度是指地層水中鈣、鎂等二價陽離子含量大小。在使用化學(xué)驅(qū)(如注入聚合物或活性劑等)時，水硬度太高，注入化學(xué)劑會產(chǎn)生沉淀而影響驅(qū)替效果。因此，在油田生產(chǎn)中必須對地層水礦化度、硬度有清楚結(jié)識。 第24頁第24頁二、地層水水型分類 1、水型分類蘇林分類法 (1)硫酸鈉(Na2SO4)水型：代表大陸沖刷環(huán)境條件下形成水，普

11、通來說，此水型是環(huán)境封閉性差反應(yīng)，該環(huán)境不利于油氣匯集和保留。地面水多半為該水型。 (2)重碳酸鈉(NaHCO3)水型：代表大陸環(huán)境條件下形成水型，該水型水在油田中分布很廣，它出現(xiàn)可作為含油良好標志。 (3)氯化鎂(MgCl2)水型：代表海洋環(huán)境下形成水。該水型普通多存在于油、氣田內(nèi)部。(4)氯化鈣(CaCl2)水型：代表深層封閉結(jié)構(gòu)環(huán)境下形成水，環(huán)境封閉性好，有助于油、氣匯集和保留，是含油氣良好標志。第25頁第25頁 第26頁第26頁 第27頁第27頁 圖48 離子化合順序示意圖 2、水型判斷辦法陰、陽離子結(jié)合順序 第28頁第28頁 第29頁第29頁 三、 地層水高壓物性 1、天然氣在地層水

12、中溶解度天然氣在地層水中溶解度是指地面條件下單位體積地層水，在地層壓力、溫度條件下所溶解天然氣體積（單位：（標）m3m3）。 第30頁第30頁 地層水壓縮系數(shù)定義為地層水單位壓力改變時體積改變率，其數(shù)學(xué)表示式為：式中：Cw 地層水壓縮系數(shù)，MPa1； Vw 地層水體積，m3； 地層水壓縮系數(shù)Cw與壓力、溫度和溶解氣量關(guān)系表示在圖49中 恒溫條件下地層水體積隨壓力改變率，m3/MPa 2、地層水壓縮系數(shù) 計算油層彈性能量時，地層水彈性是相稱主要一個方面。 第31頁第31頁 第32頁第32頁3、地層水體積系數(shù) 定義為等量地層水在地下體積與其在地面條件下體積之比，其數(shù)學(xué)表示式為：式中：Bw地層水體積

13、系數(shù)；小數(shù) Vw在地層條件下，地層水體積，m3； Vws該地層水在地面條件下體積，m3。第33頁第33頁 地層水體積系數(shù)與溫度、壓力以及溶氣大小相關(guān)。 地層水體積系數(shù)伴隨溫度增長而增長，伴隨壓力增長而減??； 第34頁第34頁 地層水粘度與溫度、壓力和含鹽量關(guān)系見圖411和圖412所表示。 由圖能夠看出：溫度對地層水粘度影響較大，伴隨溫度增高而粘度大大減少，但壓力對其影響甚微。4、地層水粘度第35頁第35頁第36頁第36頁 第37頁第37頁 測定油氣高壓物性辦法 1、PVT試驗裝置 2、油氣樣品準備 3、黑油相態(tài)及物性測定 (1)飽和壓力和壓縮系數(shù)測定 (2)地層油溶解氣油比和體積系數(shù)測定 (3

14、)地層油粘度測定 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第38頁第38頁4、凝析氣相圖及物性測定 5、干氣物性分析6、試驗數(shù)據(jù)勻整 （1）高于飽和壓力時原油體積系數(shù)Bo勻整 （2）低于飽和壓力時兩相體積系數(shù)勻整（3）天然氣體積系數(shù)Bg勻整 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第39頁第39頁 圖4-14 地層油高壓物性分析流程示意圖 在礦場實際中，最慣用辦法是室內(nèi)試驗對原油和天然氣高壓物性分析和實測，其分析流程簡圖如圖414所表示。第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第40頁第40頁1、PVT試驗裝置 用來測定油氣高壓物性裝置稱為高壓物性儀，或簡稱為PVT儀。圖415為原油高壓物性儀流程示意圖，其主要

15、由下列幾部分構(gòu)成：(1)PVT筒(5)、(6)：這是裝置關(guān)鍵，是油樣或氣樣達到相平衡高壓容器，普通帶有視窗。用于黑油PVT筒視窗在上部，以觀測泡點。用于凝析氣PVT筒視窗在下部，以觀測露點。視窗材料為藍寶石或高強度玻璃。圖中儀器由(5)、(6)兩個PVT筒構(gòu)成，一個為主釜，另一個為副釜。兩個PVT筒之間通過管線相連，并有一個毛細管粘度計旁路。(2) 高壓計量泵(13)、(14)：能夠加壓并計量PVT筒油氣體積，圖中PVT筒中與活塞相連接就是高壓計量泵螺桿，油氣體積計量通過傳感器探測活塞位置并由計算機程序測算并統(tǒng)計。(3)壓力表(11)、(12)：測量高壓容器內(nèi)壓力。(4)油氣分離器(2)和氣量

16、計(1)：當進行差別分離脫氣試驗時，測量產(chǎn)出氣體體積。(5)高壓粘度計：由毛細管(4)和壓差傳感器(6)構(gòu)成，在線測量高壓含氣油粘度。 (6)恒溫箱：將PVT筒、高壓粘度計等所有置于恒溫箱內(nèi)，保持地層溫度。(7)外部轉(zhuǎn)樣設(shè)備：包括取樣器(7)、轉(zhuǎn)樣器恒溫水浴(8)和轉(zhuǎn)樣泵(10)以及轉(zhuǎn)樣泵工作液儲罐(9)。第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第41頁第41頁 圖415 地層油高壓物性儀（無汞PVT儀）流程示意圖 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第42頁第42頁 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第43頁第43頁 計算出不同壓力P下Y值，繪制Y-P關(guān)系曲線(圖417)，普通為直線。第六節(jié) 地層油

17、、氣高壓物性參數(shù)測算第44頁第44頁 礦場慣用地層油飽和壓力圖版如圖418所表示。由于該圖考慮了與飽和壓力相關(guān)各種原因，故該圖含有較高精度，與實測值通常僅差7。查圖時，從溶解氣油比開始，考慮地面原油密度、地層溫度，天然氣密度，依據(jù)實際數(shù)值在相應(yīng)曲線上依次拐彎轉(zhuǎn)折，最后得到飽和壓力。 也可采用該圖版從當前飽和壓力開始反求溶解氣油比，但要注意所用壓力不能高于油藏原始飽和壓力，由于，實際油藏高于飽和壓力溶解氣油比與飽和壓力下溶解氣油比相等。 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第45頁第45頁二、圖版法求地層原油高壓物性參數(shù) 1、查圖版求地層原油飽和壓力 2、查圖版求地層油體積系數(shù) 3、利用圖版求地層

18、油粘度 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第46頁第46頁 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第47頁第47頁 地層原油體積系數(shù)與溶解氣油比、天然氣相對密度、地面原油相對密度以及地層溫度間相關(guān)關(guān)系相關(guān)圖版如圖419所表示。第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第48頁第48頁 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第49頁第49頁 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第50頁第50頁 第六節(jié) 地層油、氣高壓物性參數(shù)測算第51頁第51頁3.3 經(jīng)驗關(guān)系式法計算原油高壓物性參數(shù) 1、計算地下原油粘度貝格斯(Beggs)和諾賓森(Robinson)曾提出，由油層溫度下脫氣油粘度來擬定油層條件下原始粘度相關(guān)公式

19、為： (422) (423)式中：o油層條件下原油粘度，mPas； od油層溫度下脫氣原油粘度，mPas； o地面脫氣油密度，gcm3； Rs溶解氣油比，m3t。第52頁第52頁三、 經(jīng)驗關(guān)系式法計算原油高壓物性參數(shù) 2、計算飽和壓力下原油體積系數(shù) 利用Standing(斯坦丁)經(jīng)驗相關(guān)關(guān)系，計算飽和壓力下原油體積系數(shù)關(guān)系式為： (424)式中：Bob飽和壓力下原油體積系數(shù)m3/m3； Rs溶解氣油比，m3t； 地面原油相對密度，無因次； 地面天然氣相對密度，無因次； t油藏溫度, 第53頁第53頁一、物質(zhì)平衡方程式推導(dǎo)1、油藏物質(zhì)平衡原則物質(zhì)平衡就是指：在油田開發(fā)階段某一時期流體采出量加上剩

20、余儲存量等于流體原始儲量。如 油藏中原有氣量產(chǎn)出氣量+油藏中剩余氣量2、假設(shè)條件孔隙介質(zhì)孔隙度與壓降無關(guān)，即在壓力發(fā)生改變時，孔隙度不發(fā)生改變。氣體在水中溶解度很小，在此能夠忽略不計油氣兩相在任一壓力下均能在瞬間達到平衡油藏溫度在整個開發(fā)過程中始終保持不變第七節(jié) 油氣藏物質(zhì)平衡方程第54頁第54頁 一個帶有氣頂飽和油藏，并且在開發(fā)過程中有水侵入。油藏在開發(fā)前后采出油、氣、水體積、壓力改變情況如圖所表示： 第55頁第55頁 中國石油大學(xué)（北京）符號闡明：N原始儲油量，標米3 G原始儲氣量，標米3Rsi原始溶解氣油比，標米3 /米3 Np累積采油量，標米3Rp累積平均生產(chǎn)氣油比，標米3 /米3（采

21、出氣量/采出油量）Rs油芷壓力降為P時溶解油氣比，標米3 /米3W在油芷壓力降至P時，侵入油帶水量，標米3Wp累積產(chǎn)水量，標米3m原始氣頂容 積與油帶容積之比值Boi原始條件下地層油體積系數(shù) Bo壓力降為P時地層油體積系數(shù)Bgi原始油芷壓力下氣體體積系數(shù) Bg在壓力為P時氣體體積系數(shù)Bti原始油芷壓力下油氣兩相體積系數(shù) Bt在壓力為P時地層油氣兩相體積系數(shù)Bw在壓力為P時地層水體積系數(shù)第56頁第56頁 中國石油大學(xué)（北京）（油藏中原始儲氣量）地面=（采出氣量+剩余在地下氣量）地面氣頂氣量+溶解氣量=產(chǎn)油量生產(chǎn)氣油比+剩余氣頂氣量+剩余溶解氣量氣頂氣量=mNBoi/Bg 溶解氣量（原始）=NRs

22、i（油藏中原始儲氣量）地面= mNBoi/Bgi +NRsi采出氣量=RpNp剩余氣頂氣量=（m+1）NBoi-（N-Np）Bo-（W-Wp）Bw/Bg剩余溶解氣量=（N-Np）Rs（采出氣量+剩余在地下氣量）地面=RpNp + （N-Np）Rs + +（m+1）NBoi-（N-Np）Bo-（W-Wp）Bw/Bg代入上述方程得：第57頁第57頁 油氣藏物質(zhì)平衡方程同窗們注意： 上式推導(dǎo)中應(yīng)用了：Bt=Bo+(Rsi-Rs)Bg Bti=Boi第58頁第58頁 中國石油大學(xué)（北京） 第59頁第59頁 中國石油大學(xué)（北京）二、物質(zhì)平衡方程分析討論1、參數(shù)分類 第一類：油、氣高壓物性參數(shù)：Rsi，Rs，Bgi，Bg，Boi，Bo，Bti，Bt，