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五、油、气、水的物理化学性质（一）地面原油性质1、原油全分析包括哪些项目？答：原油全分析包括：原油密度、粘度、凝固点、含蜡量、含硫量、胶质沥青质含量、含盐量的测定及馏程试验等。2、 什么叫原油密度？答：一般所称的原油比重，即原油相对密度。常用20时一定量原油的重量与4时同体积纯水重量的比重，以“d420”来表示。在国外文献中，常用的API比重。它是（美国石油学会）的简写。API比重与我国通用d420比重在数值上是相反的。API度高者，d420 则低。API度和d420有下列关系： 141.5 API度= -131.560F时的比重3、 目前国际上对原油的品位标准分哪五类？答：分五类：重质油，原油密度0.934中质油,原油密度0.8550.934轻质油,原油密度0.855凝析油，原油密度0780.82挥发油,原油密度0.760.834、 什么是原油的粘度？常用单位？答：原油的粘度就是原油流动的难易程度。常用单位为厘泊或mPaS。5、 凝固点？答：是指原油在冷凝过程中开始失去流动性时的温度。凝固点高的原油，在常温下就会凝固，流动困难。6、 含硫量、含蜡量、胶质、沥青质含量对原油性质有何影响？答：含蜡量是指原油中石蜡和地蜡的数量，常用百分比表示，蜡的组成是高分子烷烃，熔点高，对原油凝固点影响很大。渤海原油含蜡量偏高，相应凝固点也偏高。硫化物属非烃化含物，渤海原油多属低硫原油。原油含硫是一种有害杂质，硫化物对管道、油罐和炼塔腐蚀严重。胶质和沥青质属原油的重组分，是非烃化含物比较集中的部分，它们的含量高，直接影响原油质量变差。渤海重质原油中胶质、沥青质含量均高，主要是生物降解的结果。（见表）（二）地层原油的物理性质（高压物性）1、什么是油层原始饱和压力？答：油藏处于原始状态时，溶解在原油中的天然气开始从原油中分离出第一个气泡时的压力，称为油层的原始饱和压力。它是油层中从单相流动转变到油气混合物两相流动的一个重要界限，是油田开发和开采的基本数据之一。原始饱和压力由高压物性取样分析求得。2、哪些因素影响原始饱和压力？答：原始饱和压力的大小与原油及天然气的性质和数量有关，原油中天然气的含量是决定原始饱和压力大小的一个重要因素。地层温度也有一定的影响。如原油性质、温度基本相同。气油比高者，原始饱和压力大；原油轻质成分少，重质成分多时，溶解天然气能力较差，原始饱和压力低；当温度增加时，原始饱和压力随之增加。3、原始气油比的定义是什么？答：在原始地层条件下，每一吨原油中所溶解的天然气量，称原始气油比。4、地层原油的粘度特征及影响因素有哪些？答：原油的粘度和一般液体的粘度一样，它是阻碍液体彼此相对流动的一种性质。在油层条件下，原油粘度受着三个因素的共同影响，即温度、压力、溶解气。根据分子动力学可知，液体的粘度随温度的增加而降低；随压力的增加而增高；对于相同组成的原油，其粘度随着溶解气量的增加而降低。（三） 天然气性质1、 天然气的物理性质有哪些？主要成分？答：由于天然气是多种气态组份不同比例的混合体，所以它也象原油那样其物理化学性质有：比重、粘度、发热量。油田天然气是各种气体的混合物，其主要成分是各种碳氢化合物。其甲烷的含量占绝对多数（80%90%以上），次为乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、已烷等。还含有少量的二氧化碳、氮、氢、氧、硫化氢、一氧化碳等气体。见表： 地层流体性质划分界限 气油比 凝析油含量 甲烷含量 地面液体密度类 别 GOR s C1 r （m3/m3） （cm3/m3） （%） （g/cm3） 天然气 18000 55 85 0.700.80凝析气 55018000 5518000 7590 0.720.82挥发油 250550 / 5575 0.760.83原 油 250 / 60 0.831.00 2、 天然气分哪几类？答：分为干气、湿气两种。干气中甲烷占95%以上，湿气中甲烷低于95%。3、 天然气的比重及变化范围？答：天然气的比重是指在同样的条件下（0和760毫米水银柱），单位体积的天然气重量与同体积空气重量之比。一般天然气的比重为0.60.7,比空气轻。4、 天然气发热量特征？答：燃烧1米3天然气所放出的热量，称天然气的发热量。单位为卡/米3，常用千卡/米3。一般为8000千卡/米3，含重烃多的天然气发热量2000千卡/米3左右。（四） 油田水的性质1、 油田水的化学成分及表示方法？答：油田水的化学成分非常复杂，所含的离子种类甚多，其中以Na+、K+、Mg2+、Ca2+及Cl-、SO42-、CO32-、HCO-3八种离子为主。常以重量法：即各种离子的含量用毫克/升（即PPM）表示；以当量法：即元素构成化合物都是按当量化合的，将毫克/升数换算成毫克当量升表示。见表：2、 油田水的水型有几种？答：一些典型盐类组合，可以反映地下水形成的地质环境，这是成因分类的根据。分成四种类型：硫酸钠水型；重碳酸钠水型；氯化镁水型；氯化钙水型。如表：水型与成因系数的关系系 数 水 型（成因） rNa rNa-rCl rCl-rNa rCl rSO4 rMg硫酸钠型 （地表水） 1 1 0重碳酸钠型（地表水） 1 1 0氯化镁型 （地表水） 1 0 1 氯化钙型 （油田水） 1 0 1 （一） 油藏动态分析1、 油田开发动态分析常用名词述语（1）什么是井口油压？答：油压是石油从井底流到井口的剩余压力。即油压=井底流动压力减井筒混合液柱压力减摩擦阻力和滑脱损失。计量单位符号：MPa（2）什么是井口套压？答：套压是井口套管和油管环形空间内的压力。套压的高低反映油套环形空间分离出来气量的多少。通常电泵井安装定压放气阀，按设定值放套管气，保证合理沉没度，提高泵效。计量单位符号：MPa（3）什么是原始地层压力？答：原始地层压力是油藏处于原始状态的地层压力。计量单位符号：MPa（4）什么是目前地层压力？答：目前地层压力是目前油井关井后，压力恢复到稳定状态时的油层中部压力，也称为静止压力，简称静压。计量单位符号：MPa（5）什么是原始饱和压力？答：原始饱和压力是油藏处于原始状态时，溶解于原油事的天然气开始从原油中分离出来的压力。计量单位符号：MPaCBB3 井产液剖面示意图CBA26 井 吸 水 剖 面 图（6）什么是流动压力？答：流动压力是油井正常生产量测得的油层中部压力，简称流压。计量单位符号：MPa（7）什么是总压差？答：总压差是目前地层压力与原始地层压力之差，也称为总压降。它表示在开发过程中地层能量消耗的程度。计量单位符号：MPa（8）什么是地饱压差？答：地饱压差是目前地层压力与原始饱和压力之差。当地层压力高于饱和压力时，油层为单相流，地饱压差越大，地层中聚集的弹性能量越多，反之则弹性能量越少。当地层压力低于饱和压力时，油层形成油气两相流，即为溶解气驱。计量单位符号：MPa（9）什么是流饱压差？答：流饱压差是井底流动压力与原始饱和压力之差。流饱压差为正值，地层中为单相流，流饱压差为负值，地层中某一点开始脱气，形成油气两相流，使井底附近渗流阻力增加，采油指数下降，通常应控制在井底流动压力高于饱和压力下生产。计量单位符号：MPa（10）什么是采油压差？答：采油压差是油井生产时油层静压与流压之差，也称为生产压差。它表示一定产量的原油致命伤地层流向井底时，地层中所消耗的压力。计量单位符号：MPa（11）什么是注水压差？答：注水压差是注水井注水时井底流压与静压之差。计量单位符号：MPa（12）什么是采油速度？答：采油速度是指年采油量占地质储量的百分比。采油速度=（年采油量/地质储量）100计量单位符号：%（13）什么是采出程度？答：采出程度是指累积采油量占地质储量的百分比。采出程度=（累积采油量/地质储量）100计量单位符号：%（14）什么是无水采收率？答：无水采收率是指无水采油量占地质储量的百分比。无水采收率=（无水采油量/地质储量）100计量单位符号：%（15）什么是最终采收率？答：最终采收率是指最终采油量占地质储量的百分比。最终采收率=（最终采油量/地质储量）100计量单位符号：%（16）什么是注采比？答：注采比是注入量与采出量之比。这里的采出量指的是地下体积。（17）什么是波及系数？答：波及系数是注入水平面扫油面积系数与水淹厚度系数的乘积。（18）什么是驱油效率？答：驱油效率是水接触那部分岩石驱替出来油的体积与这部分岩石的总含油体积的比值。（19）什么是采油指数？答：采油指数是指单位生产压差的油井日产油量。采油指数=日产油量/（静压-流压）计量单位符号：m3/（MPa.d）（20）什么是采油强度？答：采油强度是指每米油层厚度的油井日产油量。采油强度=日产油量/油层厚度计量单位符号：m3/d/m（21）什么是吸水指数？答：吸水指数是指单位生产压差的注水井日注水量。吸水指数=日注水量/（静压-流压）计量单位符号：m3/（MPa.d）（22）什么是注水强度？答：注水强度是指每米油层厚度的注水井日注水量。注不强度=日注水量/油层厚度计量单位符号：m3/d/m（23）什么是含水率？答：含水率：简称含水，指油井产出水占产出液体总体积（或重量）的百分比，是反映油井出水状况的指标。含水率=（日产水量/日产液量）100计量单位符号：%（24）什么是综合含水？答：综合含水：指油田产出水占产出液体总体积（或重量）的百分比，它在一定程度上反映了油层的水淹程度。综合含水=（油田日产水量/油田日产液量）100计量单位符号：%（25）什么是含水上升率？答：含水上升率是每采出1%地质储量含水上升的百分数。含水上升率=（阶段末综合含水-阶段初综合含水）/（阶段末采出程度-阶段初采出程度） 100计量单位符号：%（26）什么是地层系数？答：油层有效渗透率与油层有效厚度的乘积称为地层系数。地层系数=油层有效渗透率油层有效厚度计量单位符号：10-3m m2.m（27）什么是地层流动系数？答：地层流动系数=渗透率油层厚度/原油粘度计量单位符号：10-3m m2.m/MPa.S（28）什么是阶段递减率？答：阶段递减率=（阶段初产量-阶段末产量）/阶段初产量（29）什么是阶段递减余率？答：阶段递减余率=阶段末产量/阶段初产量（30）什么是油（水）井利用率？答：油（水）井利用率=油（水）井开井数/油（水）井总井数 100计量单位符号：%（31）什么是生产时率？答：生产时率=（某阶段实际生产天数/某阶段日历天数）100计量单位符号：%（32）什么是综合利用率？答：综合利用率=油（水）井利用率生产时率（33）什么是注水合格率？答：注水合格率=（注水合格率层段数/注水总层段数）100计量单位符号：%八、 油井开采（一）自喷井 1、油井自喷的原理是什么？答：油井自喷采油的动力来源于油层压力。油层中的原油靠消耗自身的能量（油层压力）流入井中，流入井中的原油又在剩余压力（即井底流压）的推举下沿井筒向上运动。在向上运动过程中，不断地消耗压力，当压力低于饱和压力时原油中溶解的天然气从原油中分离出来。当天然气体积膨胀并向上运动时，又升举和携带部分原油向上运动。原油在油层中运动，主要是克服地层渗滤阻力，地层渗滤阻力又受岩石颗粒大小、胶结程度和原油性质的影响。在井筒中运动，主要是克服井筒液柱重力、原油与管壁磨擦力及滑脱损失。液柱重力受原油密度含水量、溶解气及压力等影响，原油运动与管壁产生磨擦力受粘度及管壁粗糙程度的影响。这样原油在井筒中运动，是靠流动压力和天然气升举原油的能力克服了液柱重力、原油与管壁磨擦力和滑套损失使原油喷出地面。见附图：自喷井的四种流动过程2、原油从地层到地面的流动过程中主要受哪些因素影响？答：主要受地层渗滤阻力、井筒液柱重力及原油与井筒管壁磨擦阻力及滑套损失的影响。3、原油在井筒中是怎样运动的？答：石油在地层中流动克服渗滤阻力后流入井内，还剩余有较高的压力，可以使石油喷出地面，这种压力称为井底流动压力。随着石油沿井筒向上运动，不断地消耗压力，当压力下降低于饱和压力后，石油中溶解的天然气就会从石油中分离出来，这些天然气一面上升，一面体积膨胀，并携带一部分石油向上运动。但是由于石油和气体的比重和粘度不同，反映流动速度也不同。所以部分气体超前于油滑行，称为滑脱效应。没有全部有效地用于携带石油，一部分消耗于滑套效应损失掉了。由于井筒中有了天然气，使得液柱重力大大减小，从而减小了运动阻力。当流动压力和石油中逸出的天然气升举原油的能力能够克服井筒中的液柱重力和原油与井壁间的磨擦力以及滑脱损失时，原油就会喷出地面。这就是石油在井筒内运动全过程。这种过程从井底至地面流体产生了如下五种流动状态：即纯油流、泡流、段塞流、环流和雾流）。见图：石油在井筒中的流动（1）纯油流：井筒压力高于饱和压力，气体溶解在油中，油流为单相运动形态。（2）泡流：井筒压力稍低于饱和压力，少部分气体从油中分离出来，以小气泡存在于油中。由于油和气的比重和粘度差异大，部分气体超前滑行，造成滑脱损失。（3）段塞流：井筒压力进一步低于饱和压力，气体进一步膨胀，小气泡形成大气泡，形成一段油、一段气的柱塞状态，对原油起到活塞举升的作用。（4）环流：随着气体继续分离和膨胀，气体的柱塞不断加长，逐步从油管中心突破，形成中心连续气流，管壁为液流状态。称之为环流。（5）雾流：当气体继续增加，中心气体完全占据油管断面液流则是微小的液滴分散在气流中，呈雾流状态。附渤海油田自喷井例子（见下表）QK18-1油田自喷井生产情况表（1999年）井号层位油咀mm日产量(m)静压MPa流压MPa油压MPa含水 %气油比m3/m3采油压差MPa备注油气104m3水1直ES12.721510.72525.9124.5510.6104981.36P1ES12.72799.22025.4823.77773301.71P2ES7.945.59.76.621.8916.73101321325.52P3ES9.5712.91.120.1811.655.224088.53QK18-1油田，从1998年投产后，至今还有自喷井4口生产。从上表可以看出以上4口井均具备自喷条件。油井具备自喷条件有二：一是采油压差大于零，地层油才能流入井底，否则采油压差为0，即静压和流压相等。油静止不动，流不到井底；二是井口油压大于零或大于出油管线回压。只有同时具备以上两个条件，油井才能自喷生产。以上4口井均具备自喷条件。4、自喷井生产过程中流压变化原因是什么？答：流压就是油井正常生产时测得的油层中部压力，其数值等于井口油压、井内液柱重力和磨擦阻力之和。计算公式：P流（P 油+P液柱 +P摩）。流压的作用是控制油层流体的排出量，故又称井底回压。流压的高低又直接反映油井自喷能力的强弱。流压的大小可用不同的油咀来调节。合理的流动压力要保证产量高而稳定，油气比低，不出砂。（1）流压随地层压力的变化而变化。在没有能量补充的油层（弹性开采阶段），随着油井生产时间的增长，静压逐渐下降，流压也下降。（2）油井受到注水效果，地层压力上升流压也会上升。油井见水后，随着含水量上升，流压也会上升。（3）流压与油咀大小有密切关系。当油咀换大，流压就下降；油咀换小，流压就上升。（4）油井出砂，砂埋油层时，流压也会下降。当解除砂堵，或经压裂、酸化改造油层，流压就会上升。5、自喷井生产过程中油压变化的原因是什么？答：油压是石油从井底流到井口的剩余压力。即油压=流动压力减井筒混合液柱压力减磨擦阻力和滑脱损失。（1）油压大小同地层系数、地层压力、油井流压、井深、原油粘度及密度等因素有密切关系。（2）同一口油井，油压随油井工作制度、流动压力及地层压力的变化而变化。使用油咀过大生产，油压显著下降，油咀过小又会对井底造成过大的回压，使油压反而下降。（3）在弹性开采阶段自喷井受不到注水效果时，地层压力下降，油压也随之下降。（4）在油咀不变的情况下，当含水上升，井底液柱重力增大，会使油压下降。（5）随着含水率的升高，井筒内液柱重力的增加，如果油井的油层压力不变，就将使油压下降。当井筒液柱重力一旦高于流动压力时，就会把油井压死，致使油井停喷。油井见水或含水上升速度过快，对油井自喷采油是不利的。（6）油井出砂：出砂会导致油压下降产量下降，当严重砂埋油层时，油井停喷。（7）油井受注水效果后，地层压力上升油压也要上升。但要注意低于饱压的油井，气油比升高，也常出现油压上升现象，这并不是因地层能量增加而使油压上升，而是因为地层或油管内大量脱气造成的。油井发生气举时，油压也会上升，如渤海埕北油田，低压区的油井发生气串，也会使油压上升，产量上升。（8）其它：地面管线结蜡、结焦、堵塞、闸门未开大、油咀堵、油管内清蜡不彻底，结蜡严重，也会导致油压下降，产量下降。6、油井生产能力的变化原因是什么？答：油井生产能力的大小用采油指数来表示。一般讲地层压力较高，生产能力就旺盛，地层压力不断下降，生产能力也就会随之减弱。当油井地层压力系数高，原油粘度小，流动系数大，生产能力也就大。油井见到注水效果以后，生产能力增高。在中、低含水期，油井生产能力旺盛。到了高含水期，油井生产能力下降，油井产量随着含水上升而递减。7、油井含水变化原因是什么？答：油井含水量变化的主要原因：（1）反映了生产井与注水井连通的情况。（2）含水量上升过快：说明注水井层段配注量过大，或有新的见水层位出现。（3）正常生产时含水下降，反映注水强度不够。所以注水开发油田油井见水后，应注意保持注采平衡。8、气油比变化原因是什么？答：这里所说的气油比是指油井生产时气油比。影响其变化的主要原因有：（1）当井底压力低于饱和压力时。油气在油层或井底开始分离，气油比逐渐上升。（2）改变油井工作制度，当油咀过大或过小都会造成气油比上升。（3）油层或井底堵塞，也可引起气油比急剧上升。（二）机采井油田在开发过程中，由于地层能量逐渐下降，油井不能保持自喷，或自喷产量过低时，就必须进行机械采油。目前机采方法有：气举采油和深井泵采油两大类。深井泵采油有：游樑式抽油泵、水力活塞泵、射流泵、螺杆泵及电潜泵。一般海上油田常用的机采方式有：电泵、射流泵、螺杆泵等三种。1、 电潜泵井（1）电潜泵采油有哪些特点？答：电潜泵采油是机械采油方式之一，与其它机械采油方式 比较，有排量大、扬程高、管理方便特点，但一次性投资高，施工、管理技术条件要求严格。（2）电潜泵主要由哪几部分组成？答：电潜泵主要由三部分组成：见图电潜泵组成部分 A 地面部分：包括变压器、控制柜、接线盒和特殊井口（带电缆穿透器采油树）。B 中间部分：动力电缆。C 井下部分：主要有多级离心泵、分离器、电机、保护器和压力监测系统。（3）电潜泵井供电流程是什么？答：电泵井供电流程为：地面电源变压器控制柜电缆电机（4）电潜泵抽油工作流程是什么？答：电潜泵抽油工作流程为：井下液体泵吸入口分离器多级离心泵单流阀泄油阀油管井口出油流程。（5）电潜泵工作原理是什么？答：地面电源通过变压器变为电机需要的工作电压，输入控制柜内，经由电缆将电能传给井下电机，使电机转动带动离心泵旋转，把井内液体抽入泵内，通过泵叶轮逐级增压，井内液体经油管被举升地面。（6）离心泵作用是什么？答：离心泵的作用是把分离器分离后的液体，通过叶轮逐级升压，形成一定压头将液体送入油管，从而举升到地面。（7）电机保护器的作用有哪些？答：电机保护器作用有：A 防止井液进入电机；B 补偿电机中润滑油的损失；C 使电机内部压力与外界压力保持平衡；D 承受来自泵方向的轴向力。（8）电潜泵日常管理中应注意些什么问题？答：应注意如下问题：A 检查电流卡片是否正常工作，更换是否及时；B 各种指示灯（如欠载、过载和运行）是否处于正常状态。正常运转时：欠载灯（黄）、过载灯（红）不亮，仅运行指示灯（绿）亮；C 录取各种资料填写各种报表；D 检查电流、电压等参数是否正常；E 严格执行启、停泵操作规程；F 处理不了的问题立即向上汇报。（9）电潜泵井应录取哪些资料？答：电泵井应录取的资料数据与自喷井基本相同，但还应录取动液面、静液面、运行时的电流及电压等资料，并收集保存每张电流卡片。每口井应建立单井档案，内容包括油井原始数据，地质设计、工程设计、电泵井起下泵施工记录、电泵机组技术参数、机组检修记录及典型故障分析处理情况等。（10）电潜井套管定压放气阀的作用是什