7章流体饱和度及测量方法.ppt

第七章：流体饱和度概念及测量方法,主讲人: 韩学辉 博士(后),储层中的含油、气、水饱和度直接反映储层中有效储集 空间中油、气、水的含量，是储层含油气性的重要参数， 也是估算石油储量和判断储层产液性质、水淹情况的基础参 数。因此，对其的评价是油气的勘探和开发的重要内容之一。 对于储层的测井评价而言，含油性作为测井“四性”之 一，是储层评价的核心内容。 从“地质刻度测井”的储层测井评价原则看，岩样的含油 水饱和度也是岩石物理实验的重要内容之一，不仅可以由其 获得测井估算储层含水饱和度的模型，而且也是检验储层饱 和度测井评价模型准确性的比较权威的资料。同时，配合 其它岩石物理实验的结果(如毛管压力)，也往往是正确认识 油气水分布特征和储层产液性质的重要依据。,例如： 用饱和度分析结果建立饱和度估算模型。,用饱和度分析结果检验饱和度评价模型的应用效果,高度h,用离心法、半渗透隔板法、压汞法等确定swi和sor,孔隙度、渗透率、粒度中值等,swi=f(、k),sor=f(、k),判断油气水分布特征和产液性质,饱和度(可由饱和度分析得到),主要内容:,7.1储层流体饱和度的概念 7.2岩样流体饱和度的测量方法 7.2.1岩样流体饱和度的测量性质和特点 7.2.2蒸馏抽提法测油、水饱和度、 7.2.3常规干馏法测量油、水饱和度 7.3流体饱和度测量结果的工程应用,7.1储层流体饱和度的概念,7.1.1储层流体饱和度的概念 1)储层中油、气、水含量的变化 如图所示，在成藏以前、成藏 过程中、成藏后的油气开发等各个 阶段，储层中的油、气、水含量是 不断动态变化的。如何描述油气水 含量的变化呢？,储层(油气初次运移之前，为水所充满),储层(油气初次运移，油气开始进入储层),储层(在浮力、水动力作用下油气二次运移，油气开始在储层中运移聚集),砂岩,泥岩,储层注水开发后，油、气产出,储层中油、气、水含量的变化,孔隙为水充满,水数量开始减少,水数量继续减少，最后仅为束缚水,水数量增加,2)饱和度的概念 某种流体(油、气、水)所充填的孔隙体积占全部孔隙体 积所占的百分数。 油、气、水的饱和度 、 、 可写为：,含油体积,含水体积,含气体积,gas,oil,water,matrix,porosity,含油气储层模型,有效孔隙体积,在生产实践中，人们发现了束缚水(irreducible water )和残余油(residual oil)，产生了束缚水饱和度(irreducible water saturation)和残余油饱和度(residual oil saturation)，丰富了饱和度的概念。 束缚水：指在通常的压力下不能移动的水。 束缚水饱和度：指束缚水体积占孔隙体积的百分数。 残余油：指在经过采油后不能采出的油。 残余油饱和度：指残余油体积占孔隙体积的百分数。,束缚水饱和度和残余油饱和度,油水相对渗透率曲线,在勘探和开发阶段，油藏工程师定义了 原始含油、气饱和度和剩余油气饱和度。 原始含油(气)饱和度：指油气藏未开发前 含油、气的饱和度。基本上，该饱和度对应 勘探阶段的含油、气的饱和度。 剩余油(气)饱和度：油藏开发一段时间 后的油(气)饱和度。既包括可动的尚未采出的 原油，也包括残余油。该饱和度对应于油藏 开发的不同阶段的含油、气饱和度。,3)概念的区分 原始含水饱和度和束缚水饱和度：二者不等，前者大于等于后者，仅在 油层相等。 剩余油饱和度和残余油饱和度：二者不等，前者大于等于后者，仅在油 井生产时含水率100%与前者相等。,油藏中的油水分布,7.1.2含油气储层的地质模型,residual oil,irreducible water,matrix,porosity,油层地质模型,movable oil,油藏中的油水分布,油层：产出有工业价值的原油油流，不产水或含水小于10%,residual oil,irreducible water,matrix,porosity,油水同层地质模型,movablewater,movable oil,油藏中的油水分布,油水同层：油水同出，含水10%90%,含油水层：含水90%,residual oil,irreducible water,matrix,porosity,水层地质模型,movable water,油藏中的油水分布,水层：含水率100%,irreducible water,matrix,porosity,纯水层地质模型,movable water,油藏中的油水分布,纯水层：含水饱和度100%,7.2岩样流体饱和度的测量方法,7.2.1岩样流体饱和度的测量性质和特点 7.2.2蒸馏抽提法测油、水饱和度、 7.2.3常规干馏法测量油、水饱和度,7.2.1岩样流体饱和度的测量性质和特点 用岩样测量地层流体饱和度存在的困难。 1)影响因素 (1) 钻井液(泥浆)的冲刷作用 岩心取至地下，钻井时及取心过程中，钻井液 会和岩心接触，会冲刷岩心，改变岩心内部的油、 气、水饱和度分布。 (2)压力降低后的脱气作用 对于未饱和油藏，取心至地表的过程中，岩心的 压力会降低，会发生脱气作用，也会导致油、气、水 饱和度的变化。,钻井泥浆液循环示意,油,水,脱气示意图,泥浆注入,泥浆返出 至泥浆池,油、气、水,储层条件饱和压力,地面压力饱和压力,地层,饱和压力 未饱和油藏和过饱和油藏 地层原油中总是溶有一定数量的天然气。溶解气的多少 与压力和天然气量有关。按照气油两相存在的状态，可将油 藏分为未饱和油藏和过饱和油藏。前者油藏中只有单相石 油，天然气溶解在油中，后者除溶解了天然气的原油外，还 有游离的天然气，形成了气顶。,未饱和油藏,过饱和油藏,条件：天然气含量少，压力足,条件天然气含量多，压力低,饱和压力指未饱和油藏的压力降低时，天然气开始从原 油中分离出来的压力，或者说地层原油降低到开始脱气时的 压力。 由定义，饱和压力小于地层压力。二者的差值在油田开 发中称为地饱压差。二者差值越大，对石油开发越有利。 对于过饱和油藏，地层压力即是饱和压力。,饱和压力定义,(3)凝析作用 对于气藏，当压力降低时，天然气会凝析出原油，导致油、气、水 饱和度的变化。,2)各因素的贡献,冲刷,滤液侵入,脱气,膨胀,脱气,脱气,膨胀,脱气,膨胀,膨胀,油层饱和度从储层到地面的情况(表中数值谨做示意),冲刷,滤液侵入,凝析,膨胀,脱气,凝析,脱气,膨胀,气层饱和度从储层到地面的情况(表中数值谨做示意),冲刷,滤液侵入,冲刷,凝析,取心泥浆性质对油层饱和度的影响,可见，采用油基泥浆、油包水乳状液类泥浆钻井取心对油层饱和度分析有利。,3)泥浆性质对流体饱和度分析的影响,4)饱和度分析结果特点,由于上述因素的影响，可见： 对于水基泥浆取心，饱和度分析结果的疑问较大，用其 测定油(气)层的含水饱和度大于束缚水饱和度。 对于油基泥浆取心，用其测定油 (气)层的束缚水饱和度 结果比较准确。目前应用较多。 可见，实验室开展饱和度分析时，测准油层岩样中水的 含量(饱和度)比较重要。,7.2.2蒸馏抽提法测油水饱和度,1)仪器：扎克斯饱和度测定仪 2)原理：称饱和岩样质量m1-加热 蒸水-冷凝收集测水体积vw-溶剂 抽提原油-烘干称重m2算体积。 3)溶剂要求：与水不溶，密度小于 水，即可蒸馏出水分，又可将岩样 洗净。 通常对亲油样可使用溶剂汽油或四氯化 碳；亲水样使用1:3酒精苯；中性岩样或含 沥青质原油使用甲苯即可。,油水饱和度测定仪 1内注有机溶剂的长颈烧瓶；2放置岩心的过滤多孔漏斗；3冷凝管；4捕水的刻度管,4,1,2,3,循环水,式中：o、w、 为原油、水和干岩样的密度，g/cm3； m1为样品的始重量，即饱和油、水时的重量，g； m2为岩石中油、水都已蒸发抽提干净并烘干后的干岩样重量，g。,水在岩石中所占之体积vw可在捕水刻度管中直接读出。,油在岩石中所占之体积vo，可用下式计算出：,vp=m2/，,4)油水饱和度确定,则油、水的饱和度为：,5)注意事项： 1)在各接头处应使用凡士林涂抹保证密封，实验前应使用已知 量的蒸馏水检查装置的密封性，偏差在2%方可使用； 2)对溶剂做蒸馏除水，避免对测试时蒸出水量有影响； 3)烘干时温度不宜超过105，以免某些粘土的结晶水被烘出； 4)称重时要确保出水量、干岩样质量恒定，质量测量误差不超 过0.001g； 5)油水饱和度之和若超过100%，应查明原因。,测定岩石油、水饱和度的实验记录表格,6)实验记录表格,7)方法特点 优点： 1)方法简单，操作容易； 2)可精确给出岩样内的水含量，蒸馏温度低，矿物不易分解； 3)可以同时达到清洗岩样的目的。 缺点： 由于用称重的方式确定含油体积，岩样若颗粒脱落会影响测量 结果。因此，对疏松岩样要格外小心。,7.2.3常规干馏法测量油、水饱和度,1)仪器： 饱和度干馏仪 2)原理： 干馏仪的工作原理是，岩样装 进一个不锈钢制的岩心杯内，上端 用带有螺纹的密封盖密封，岩样筒 装入一个绝缘的筒式电炉中加热， 岩心筒下端排液口与冷凝器密封连 接，岩样被加热后(50650)，干馏 蒸出的油、水由排液口经冷凝管流出 收集于量筒中。根据记录的油、水体 积，配合孔隙体积测量，即可获得饱 和度。,岩心饱和度干馏仪 1-岩心杯；2-筒式电炉；3-冷凝器；4-固定法兰；5-量筒；6-循环水；7-电源线；8-温度传感器,3)蒸馏温度确定： 预先做干馏水量与温度的关系曲 线，其方法如下： 预先称100-125g岩样放入岩心筒中，拧紧上 盖并把岩心筒放入筒式电炉内； 接通电源并循环冷却水； 核对电压表、电流表示值及指示灯以判断 仪器是否工作正常； 在升温过程中，记录温度与蒸出的相应水 量，作出蒸出水量与干馏温度的关系曲线。 找出曲线上第一个平缓段的起始温度，此温 度即是岩样中束缚水被全部蒸出时的温度， 高于此温度则干馏出的水量中包括矿物的结 晶水。选取略高于曲线上第一台阶的温度作 为合适的蒸水温度。 测试时，可根据蒸馏温度，先读得水的 体积vw，然后温度再逐渐上升到650 ，随 后确定干馏出的油体积vo 。,蒸出水量与干馏温度 关系曲线,4)原油体积校正 干馏过程中，为了补偿 因蒸发损失、结焦或裂解而 导致石油体积的减少，应对 蒸馏出的石油体积进行校正。 校正曲线可通过对地区的 原油做干馏实验给出。,原油体积校正曲线,干馏法流体饱和度分析数据表,5)实验记录表格,6)方法特点 优点： 1)方法比较可靠，精确度在5%以内，重复性为2%； 2)可直接测量油、水体积，可减少由于颗粒脱落等因素对 称重的影响。 缺点： 需要针对地层的油和水的体积校正曲线。,此外，测定试样流体饱和度的方法还有色谱法、微波 法等。可参照有关油层物理的书学习。,7.3流体饱和度分析的工程应用,7.3.1在求取地层原始含水饱和度的应用 7.3.2建立和检验电测井解释或其它解释模型 7.3.3估算地层水电阻率 7.3.4求储层的束缚水饱和度和残余油饱和度,7.3.1在求取油层原始含水饱和度的应用 求取油层原始含水饱和度是饱和度分析存在的根本依据。 方法本身就可获得沿地层剖面分布的含水饱和度分布。 局限性： 1)因为要取样，成本 太高； 2)作为离散分析， 不连续。,7.3.2建立和检验电测井解释或其它解释模型 1)建立含油性与岩性、物性、电性的统计关系,或者,饱和度分析,测井响应或由测井响应估算参数,2)直接刻度电测井估算储层含水饱和度的模型(以archie公式为例),archie公式,饱和度分析,测井响应值和解释参数,统计得到c1、c2、c3,统计得到m、n、rw,3)检验电测井估算地层含油饱和度的准确性。,基本一致 说明测井解释饱和度模型可靠。,7.3.3估算地层水电阻率,archie公式,饱和度分析,测井响应值和解释参数,统计得到c1、c2、c3,统计得到m、n、rw,传统方法缺点： sp法需要做井眼和泥浆校正 水分析法易受钻井液、完井液污染， 准确程度不高。,意义： 1)经验表明，地层水电阻率是电测井准确估算地层含水 饱和度最重要的参数； 2)油藏注淡水开发后，油藏出现水淹现象，水淹油藏的 地层水或者说混合液电阻率的确定尤为重