《油层物理》.doc

1. 目前各国提高石油采收率不外通过以下三个途径： 消除各相流体的界面。 增强驱油流体对孔隙壁的润湿能力。 减小驱油流体和原油之间的粘度差别。2. 油（气）层中驱使油气驱动的天然能量主要有下列几种：1、岩石和流体所具有的弹性能2、油（气）藏边水和底水的压能3、天然气的弹性压缩能量4、原油本身的重力能3. 排驱油（气）的方式1.水压驱动 在天然边水或底水压能以及人工注水方式的作用下，将油气排向井底的驱动方式称为水压驱动。2.气压驱动（1）气顶气驱动 利用油层上部游离状态的气顶气的体积膨胀排驱石油称为气顶气驱动，或称气压驱动。（2）溶解气驱动 当油藏顶部没有气顶气存在时，由于地层压力下降至饱和压力以下时，原溶于石油的天然气脱离出来。利用溶解气的驱油机制称为溶解气驱动3、其它驱动方式 （1）弹性驱动 地层压力高于饱和压力时，油层中液体和岩石本身所具有的弹性能随地层压力下降，能量将释放出来，液体和岩石将发生体积膨胀。2）重力驱动 重力驱动是石油靠本身重力作用流向井底的一种驱动方式。4. 相渗透率与相对渗透率曲线的应用1确定油气水在储油层中的分布2、利用相渗透率资料分析油井产水规律 1)利用相渗透率资料分析油井（油田）的含水率 2)利用相渗透率资料分析油田的含水上升率5两相体系相对渗透率曲线基本特征可归纳为如下四点：（1）无论润湿相还是非润湿相发生流动时都有一个最低的饱和度（也叫平衡饱和度）， 当流体饱和度小于最低饱和度时，不发生流动；流体饱和度大于最低饱和度时，发生流动。润湿相最低饱和度大于非润湿相最低饱和度。（2）无论润湿相还是非润湿相，随着饱和度增加相对渗透率增加，但润湿相相对渗透率随饱和度增加比非润湿相要快。（3）当非润湿相饱和度未达到100时，其相对渗透率就已达到1，而润湿相饱和度必须达到100时，润湿相相对渗透率才能达到1。（4）当两相同时渗滤时，其两相相对渗透率之和总小于1（原因贾敏效应）。6. 基本特征可以用流体饱和度变化和流体在孔隙介质的分布特征来阐明第一阶段，当润湿相饱和度很低时，孔隙介质中的润湿相滞留于颗粒的间隙内，呈不连续的“悬环”状；或粘附在颗粒表面上呈薄膜状；或滞留在极微细的孔隙中。这些流体没有足够压差是不能流动的。即使润湿相饱和度增加，不连续的“悬环”开始接触，但仍处于非连续相，不能流动，故相渗透率为零。此时，非润湿相因润湿相以一定饱和度占据孔隙介质某些空间（如死孔隙、固体表面），使非润湿相饱和度未达到100，但非润湿相流动空间与非润湿相单相存在时一样。因而其相渗透率等于绝对渗透率。但从曲线上可看出，该阶段非润湿相的相渗透率也有一定下降，这是因为随着润湿相饱和度进一步增加，润湿相虽未发生流动，但由于润湿相增加，影响到非润湿相的流动空间，因此非润湿相渗透率稍有下降。第二阶段，当润湿相达到某一饱和度后，润湿相开始呈连续状态，并呈“纤维网状”。在外加压力作用下开始流动，这一点的饱和度就是润湿相的最低饱和度。随着润湿相饱和度的增加，非润湿相饱和度减少，相渗透率下降。但此时非润湿相相渗透率仍大于润湿相。其原因在于非润湿相居于大孔道中央，流动阻力小；而润湿相占据小孔道和大孔道的四壁，遇到阻力大和流经路程长的缘故。随着润湿饱和度的增加，润湿相占据了主要流动孔道，故其相渗透率迅速增加（从曲线陡缓可看出），而非润湿相渗透率迅速减少。第三阶段，当润湿相饱和度大于非润湿相最低饱和度时，非润湿相失去了连续性。一部分分散成液滴分布于润湿相中；一部分由于毛细管力作用被分割成一簇一簇的非润湿相流体块而滞留于孔隙空间，从而失去了流动性，使相渗透率为零。由于润湿相占据了几乎所有的主要通道，故相对渗透率急剧增加。此外，由于润湿相流体存在于死孔隙、极微细孔隙以及滞留在岩石颗粒表面，比起处于孔隙中央而被分散切割的非润湿相流体要多，所以润湿相最低饱和度大于非润湿相最低饱和度。而当两相同时渗流时，由于毛细管压力产生的贾敏效应，使两相流体的渗滤能力都降低了，故两相流体的相对渗透率之和小于1。7.油层毛细管压力资料的应用研究油（气）层的孔隙结构、评价储层、计算储油（气）岩石的绝对渗透率、计算油（气）层的平均毛细管压力、确定储油（气）岩石的润湿性、预测油气层的石油采收率、毛细管压力在油（气）渗流中的作用8. 计算相应的虚拟折算参数式中、天然气的混合物的虚拟折算（平均对比）压力和虚拟折算（平均对比）温度。9. 横向不均一地层渗透率推导（1）平面线性稳定渗流： （2）平面径向渗流11 储油（气）岩石孔隙度，分类，影响因素所谓孔隙度就是指岩石中孔隙体积（或岩石中未被固体物质充填的空间体积）与岩石体积之比值。 根据储油（气）岩的孔隙是否连通和在一定的压差下流体能否在其中流动，又可以将孔隙度分为绝对孔隙度、有效孔隙度和流动孔隙度。绝对孔隙度是指岩石总孔隙体积（包括连通和不连通的）Va与岩石体积Vb之比值。有效孔隙度是指岩石在一定的压差下被石油和天然气饱和连通的孔隙体积Ve与岩石体积Vb之比值。流动孔隙度是指饱和流体的岩石在一定的压差下，与流体发生流动的体积相当的那部分孔隙体积与岩石体积之比值。1.沉积作用矿物成分富火山碎屑物质的储层物性较差（与火山物质性质较软易被挤压形成假杂基及其易蚀变有关）粒级从粉砂岩到细砂岩直到砾岩均可成为油气储层。远源砂体如三角洲前缘粉砂岩、中细砂岩分选好杂基少，物性好，近源砂体如扇三角洲、水下扇、冲积扇粒度粗，分选差，物性条件较差。沉积相水动力能量不同导致岩石结构和孔隙结构不同2.成岩作用 未胶结分选好的砂，平均孔隙度为35一50（Pryor，1973），渗透率为几个达西。经成岩阶段后，砂体孔隙度甚至降到5。当然如果发育了次生孔隙，也可使孔隙度高达20一30。 （1）压实作用（2）胶结作用（3）溶蚀作用3.构造作用 构造作用对碎屑岩储层孔隙度影响有利的是对于一些致密的砂岩、页岩形成裂隙和微裂隙，因而形成了裂隙性储油（气）层，不利的是往一些褶皱紧密的挤压区，由于挤压作用，也可能导致碎屑岩储层孔隙度的降低。12. 驱替和吸入毛细管压力曲线特征（1）捕集滞后（trap hysteresis）当压力回到最小时，非润湿相水银并未全部退出，而残留于岩样中（残余的水银以残余饱和度SR表示，它多半是残留于孔隙中，但少部分亦残留于喉道）称为捕集滞后。（2）拖延滞后（drag hysteresis）在重新注入和退出曲线上，在相同饱和度下排驱压力明显高于吸入压力，这种现象称为拖延滞后。原因是界面间的接触角发生变化，使得P驱P吸，因而润湿相不能完全排驱非润湿相。（3）滞后环 重新注入曲线与退出曲线所构成的闭合环，称为滞后环。（4）退出效率（或喷出效率）当压力降低到最小（一般仪器为O.lat）时，从岩样中退出（或喷出）水银的总体积与注入岩样的水银总体积的比值，用百分数表示称为退出效率。退出效率实际上是非润湿相在毛细管力作用下所被排出的数量。对于亲水岩石用压汞法所获得的退出效率就代表石油的采收率。很明显对毛细管现象的研究中增加测定吸入（即退汞）曲线，无论对平研究岩石孔隙结构、润湿性特征，还是研究石油采收率，均具有十分重要的意义。13毛细管滞后现象，实质上是润湿滞后现象在毛细管中的反映。它是指由于润湿滞后的影响，导致排驱过程和吸入过程中，毛细管内液面上升高度不同的现象。毛细管滞后是由于以下四种情况引起的（1）流体的饱和顺序（2）毛细管半径突变（3）毛细管半径渐变（4）变断面且管壁粗糙的毛细管 15确定油气水在储油层中的分布对于水压驱动的油藏，在进行储量计算和开发设计时，必须预先确定出油水过渡带和自由水面的位置。在岩性均一的储油层，可以综合运用相对渗透率曲线和毛管压力曲线，确定油水在储集层中的分布及不同高度的产能。A点以上油层只含束缚水，为产纯油的含油区；A-D点为油水共存的过渡带区，此区情况比较复杂，A-B为过渡带上部，尚可产无水石油（孔隙含水但不参与流动）；B-C为油水同产区，C-D为产水区（孔隙串含油但不参与流动）；D点为自由水面，其以下为1OO含水，故为含水区。16. 储油（气）岩石孔隙结构的研究内容 包括储油（气）岩石的孔隙类型、孔隙（喉）大小及分布、形状、内壁粗糙程度、相互连通情况等：1.孔隙类型2.孔隙（喉）大小（半径）及其分选性3、孔喉比4.孔隙配位数与孔隙系数5.孔隙（喉）曲折度6.孔隙的排列与组合方式储油气岩石孔隙结构的研究方法：1.铸体法2.毛细管压力3.图象分析方法17当油层中的压力降低到饱和压力时，溶解气将从原油中分离出来。影响因素：油气组成 温度 压力 脱气方式在采油过程中，当油层压力降至饱和压力以下时，从原油分离出的气体，一部分进入井中（差异脱气），另一部分则积存在油层中，直到压力完成降落时为止（接触脱气）。而石油在井筒和油气分离器中则仅发生接触脱气。通常一次脱气比级次脱气所分离的气量要多，级次脱气油气还来不及建立热力平衡。18 某种流体在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为该流体的饱和度通过实验室测定并计算饱和度时，应当是指那些储存在岩石有效孔隙（连通孔隙），处于油层压力、温度下的饱和度。影响因素（1）储油（气）岩石的孔隙结构和渗透性：储油（气）岩石的孔隙结构和渗透性是影响油气饱和度的关键因素。一般来说，孔隙半径大、孔喉比值小、孔隙配位数大（孔隙连通系数接近1）、孔隙曲折度小、孔隙内壁光滑，那么岩石渗透性好，油气排驱水的阻力就小，因而油气饱和度就高，反之就低。 （2）储油（气）岩石的表面性质：储油（气）岩石颗粒较粗、比面小，那么颗粒表面吸附水就少，残余水饱和度低，这样油气饱和度就高；相反油气饱和度就低。除此，岩石润湿性也影响着油气饱和度，譬如亲水的岩石，油气就难将水排出，因而油气饱和度就低；相反，亲油的岩石，油气就易将水排出，使得油气饱和度增高。 （3）油气性质：油气相对密度不同，直接影响到油气的饱和度。其次是油气粘度，一般来说，较稠的油粘度大，所受的阻力也大，这就减少了排水动力，使油气不易进入孔隙，残余水含量高，因此油气饱和度变低；反之油气饱和度高。 （4）油气排水的动力：油气排水的动力大，则被排出的水就多，油气饱和度就高；相反就低。23 孔道壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有差别。气测渗透率时，除了气固间的分子作用力小以外，相邻层的气体分子还可以由于动能交换而使得管壁处的气体分子层与孔道中心的分子层的流速被不同程度均一化。管壁处的气体分子层流速不为零形成“气体滑脱效应”。1、用气体测得的渗透率要比用液体测定的渗透率值高气体法测定的渗透率更能反映岩石的真实渗透率2、平均压力小，气体密度就小，气体间分子间的碰撞就少，使得气体更易流动，气体滑脱现象越严重，所测的渗透率值越大。相反平均压力增大，气体滑脱效应就消失，渗透率就越小。如果压力增大到无穷大，气固间的作用力增大，管壁上的气膜逐渐趋于稳定，气体的流动性质接近液体的流动性质，这时的渗透率趋于一个常数，接近液测渗透率，故称该渗透率为等效液体渗透率或克氏渗透率27 28 29 30书223页31 润湿反转现象 表面活性物质自发的吸附在二相界面上使得界面张力减小。因此表面活性物质吸附于固体表面将使得亲水性的固体表面向亲油性转化，或者由亲油性的表面变成亲水的表面。这种转化程度与固体表面性质及其活性物质的性质及其浓度有关提高采收率原理 硅酸盐矿物一般是亲水的，但由于对烃类中表面极性物质的吸附，而发生润湿反转，这样造成了洗油的困难，导致采收率下降，向油层中注入活性水的目的是注入水中的极性物质按极性相近的原则吸附第二层，抵消了原来表面活性物质的作用，从而使得砂岩表面由亲油表面再次反转为亲水表面。35 当界面层吸附的可溶物质越多，界面张力越小，叫正吸附，被吸附的可溶物质叫表面活性物质。因此，能使表面张力减小的物质称为表面活性物质37 所谓润湿滞后，是指由于三相润湿周界沿固体表面移动的迟缓或由于润湿次序不同，导致润湿角发生改变的现象。38 前进角和后退角的数值都与润湿周界的移动速度有关。随着弯液面在孔道中运动速度的增加，前进角增大，后退角减小。如果孔道内表面是亲水的，那么当弯液面以一定的速度运动时，起初前进角可能小于90。当速度增加后，其前进角就可能大于90。这一情况表明，尽管在静止条件下水能很好地润湿地层，但若弯液面的运动速度超过该液体润湿固体表面的临界速度，水就不可能润湿固体表面了。对于各种润湿液体及多孔介质来说，这一临界速度的数值显然是不同的，它取决于液体和多孔介质的物理化学性质40 非相对渗透率与两相的粘度比有关润湿相粘度很高时，非润湿