高等油藏工程-西南石油大学黄炳光

研究生课程 高等油藏工程 使用教材 黄炳光 刘蜀知编 实用油藏工程与动态分析方法 绪论 讲在前面 1 学习什么 什么是油藏工程 什么是高等油藏工程 其主要任务是什么 其特点是什么 2 学习内容 学习目的 为什么要学习高等油藏工程 3 什么时间学习 即学习时间安排 4 如何学习 学习方法研究 绪论 油藏工程是一门认识油藏 运用现代综合性科学技术开发油气藏的学科 它不仅是方法学 而且是带有战略性的指导油田开发决策的学科 高等油藏工程高等在什么地方 学习什么 什么是油藏工程 什么是高等油藏工程 其主要任务是什么 其特点是什么 从整体上认识和控制油气藏 综合分析来自油藏地质 油藏物理 测井和试井等方面的成果 结合油气藏的实际生产资料 对油气藏中发生的各种变化从开发的角度进行评价 作出预测 并根据这种预测提出相应的技术措施 以提高油气藏的采收率 绪论 油藏工程的主要任务 油气田开发的特点 A 油藏的认识不是短时间一次完成的 需经历长期的由粗到细 由浅入深 由表及里的认识过程 B 油气田是流体的矿藏 凡是有联系的油藏矿体 必须视作统一的整体来开发 C 必须充分重视和发挥每口井的双重作用 生产与信息的效能 D 油田开发工程是知识密集 技术密集 资金密集的工业 学习什么 续 绪论 学习内容 学习目的 为什么要学习高等油藏工程 实用油藏工程与动态分析方法上的全部内容 包括流体物性 岩石物性 储量计算 井网密度计算 压力系统分析 物质平衡方法 油田开发动态分析 油田产量递减规律分析以及临界产量的确定分析等等 绪论 什么时间学习 即学习时间安排 2 26学时学习书本 流体物性2 岩石物性2 热力学条件分析2 储量计算2 井网密度计算3 压力系统分析2 物质平衡方法3 油田开发动态分析5 油田产量递减规律分析3以及临界产量的确定分析2 1 总学时 40学时 分布于11 15周 8学时 周 前言2学时 考试2学时 机动10学时 26学时学习实用油藏工程与动态分析方法 绪论 作为一个合格的油藏工程师 您需要具备哪些基本能力 绪论 1 能够进行油藏描述 油藏描述的发展趋势是什么 现代油藏描述技术状况及发展趋势 油藏描述技术初期对提高采收率有明显的效益 但在80年代未到90年代初 以油气区为单位的平均采收率并未显著提高 产量预测结果也存在着明显的误差 现代油藏描述即是应用地质 物探 测井 测试等多学科相关信息 以石油地质学 构造地质学 沉积学为理论基础 以储层地质学 层序地层学 地震岩性学 油藏地球化学为方法 以数据库为支柱 以计算机为手段 由复合型研究人员对油藏进行四维定量化研究并进行可视化描述 表征及预测的技术 地质描述子系统 测井描述子系统 地震描述子系统 油藏工程描述子系统 绪论 2 能够掌握测井分析和解释 自然电位测井 八侧向测井和微球形聚焦测井 普通视电阻率测井 微电极测井 ML 双感应测井 双侧向测井 井径测井 声波时差测井 补偿声波测井 自然伽马测井 补偿中子测井 CNL 补偿密度测井 DEN g cm3 高频等参数感应测井 绪论 3 理解和应用基本的和特殊岩心分析 常规岩芯分析 特殊岩芯分析 孔隙度 描述岩层储存油气的能力水平方向渗透率 描述油藏中流体的水平方向的流动能力垂直方向渗透率 评价重力作用的影响和层间流动能力岩性分析 提供岩石来源 纹理 结构的描述残余相饱和度 估计采收率水的矿化度 WaterSalinity 矫正电测井 确定钻井液侵入程度岩芯伽玛测试 矫正井下伽玛射线测井岩石颗粒密度 矫正密度测井岩芯拍照 提供岩心的永久存档 毛管力相对渗透率力学属性 压缩性 破裂压力 核磁共振分析CT扫描评价 提供岩芯内部细节 间接测量孔隙度 提供不同相的分布模式岩芯的流体敏感度分析 储层伤害评价 岩芯是油藏开发过程中取得的最直接和直观的数据资料 通过对岩芯的分析与研究可以为计算油田储量 制定油藏的开发方案 实施增产措施提供微观尺度的依据 绪论 4 能够进行油藏流体PVT分析 油藏流体常规性质 油藏流体PVT高压物性 油气水的物性参数随压力温度变化规律 状态方程和对应状态原理 掌握和理解油气的相变过程 绪论 5 能够决定油藏初始状况和油气水界面 如何运用油藏动静态资料预测地质特征 正确肯定油田或区块的油水界面 油水界面的确定 模型初始化 初始水饱和度的分布规律 底水连通油藏是否可以存在多个不同的油水界面 绪论 6 能够分析油藏条件下的单相 多相流 单相流产能 压力分析 多相流产能 压力分析 绪论 7 能够计算油气资源的地质储量 影响石油储量的参数 国家标准 石油天然气资源 储量分类 国内外油气储量的概念对比与剖析 绪论 8 能够使用常规试井手段进行油藏分析 数值试井与历史拟合 试油和试井的区别 常用试井解释软件 一般来说 数值试井的模型是用黑油模型 多数是单相 有的时候也是多相 数值试井的计算量根据实际需要 有的时候还是蛮大的 我曾给别人咨询一些case 都是一些几十万结点的问题 3维的 他们在用Saphir作 数值试井和历史拟合有一定联系 都是以数值模拟软件为工具 要拟合一部分产量 压力数据 也有一些区别 1 历史拟合的时间比较长 几年 几十年的数据 而试井不过是几个小时 几十个消失 2 历史拟合的压力数据不精确 实际中无法满足 试井的压力和产量都非常精确 3 历史拟合一般只要求满足流量和压力 数值试井要求在一定流量下 拟和压力和压力导数 由于时间短 数据精度高 这是可能的 4 历史拟合对网格无特殊要求 数值试井为保证早期的精度问题 很可能对近井区进行局部网格加密 以下几种saphir weltest200 fast eps workbench ssi 绪论 9 能够进行可采油气储量估算 可采储量的定义 采收率确定方法 可采储量估算方法 第一讲高等油藏工程分析思路 分析思路 现象描述 引起现象的本质 达到的目的 1 动态监测与分析体系的建立 1 动态监测与分析体系的建立 2 油 气 田动态监测内容 1 智能数据库技术多专业 多学科数据集成 共享数据有效性 一致性的智能筛选数据库与工程 经济分析的一体化提高动态分析的工作效率和准确程度 大型仿真物理模拟装置水电相似模拟 多孔介质渗流模拟可视化监测流体分布与流动动态深入认识流动机理 规律与流动的影响因素 先进的分析工具 2 油 气 田动态监测内容 1 包括几种压力的监测 井口压力 地层压力 流动压力 井底压力 井底压力 压恢压力 流压 观察井压力 的监测频率一般按上表进行 也可根据当年动态监测方案执行 1 高精度井口测压在气田开发早期采用 一般采用压降与压力恢复测试联作 并且压降段的流动时间要大于压恢段的时间 以便尽量减少测试压力数据受到干扰 保证动态模型分析的准确性 在测试时测试队伍要首先检查设备是否正常 测试时准确记录下关井压力恢复的高点压力及其对应的时间以及由于施工工艺引起的压力突然变化 在条件允可的情况下 一定要做好如实记录 以便为以后的压力校正以及动态分析提供准确资料 2 油 气 田动态监测内容 1 工作特点将高精度压力计直接安装在井口 利用配套电子仪器记录井口压力通常是在无法运用井下压力计的特殊情况下采用把井口压力折算到地层中部时要受以下因素影响 井口温度井筒温度剖面井流物组成管壁摩阻系数 2 油 气 田动态监测内容 1 2 井下电子压力计测压进行井底压力测试是最直接的方法 为了给油田的早期生产管理提供丰富的资料 建议在安全条件允许的情况下 选2 3口有代表的井进行井底压力 温度实测 一方面检验早期的许多科研成果 另一方面为后期的气田开发管理提供依据 在开发中后期 当气藏压力下降到正常压力系统时 完全可以采用高精度井下压力计进行压力监测 这时可以井下产能测试及不稳定试井测试 为产能分析提供资料 一般按上表执行 在测压力恢复前先开井测井底流动压力 其目的是弄清气井动态模型 为气藏动态分析管理提供准确的资料 若气井在生产过程中 突然发生异常 出现产量大幅度的增加或者降低 水量明显增加 井口油套压大幅度变化等情况 则需立即监测井底流动压力 2 油 气 田动态监测内容 1 工作特点从井口下入仪器直接测试井底温度 压力 通过电缆传输信号不受井筒温度影响 符合等温过程 不需折算 数据可靠井身结构和管柱的复杂程度对井下压力计测试过程有风险对井口的压力密封工艺要求高对井下电缆的防腐工艺要求高 耐温耐压耐腐蚀 工作范围测压精度 0 02 0 02psi井下工作时间 360 480小时工作温度 150 370 类型 地面直读式 存储式 2 油 气 田动态监测内容 1 工作原理毛细管上部与地面采集系统连接并保持密封状态毛细管下部与接近产层的工作筒连通通过地面装置直接读取压力信号 附加上经过校正的氦气柱压力及工作筒内液柱压力 形成了井底压力 3 毛细管压力计 2 油 气 田动态监测内容 1 工作特点完井时 将充填氦气的毛细管系统随完井管柱一起下入井筒毛细管连接井下传压工作筒 将井下压力传送到地面记录仪不需要电源 井下电子设备及活动部件 是长期监测系统的首选在地面直接录取地下压力数据 工艺上简单 方便 安全需要定期维护 吹扫传压工作筒内的液体毛细管测压装置费用较高 单井费用约200万元建议在常规监测方式风险系数较大的井 以及高产井或有特殊监测需要的井采用该技术 3 毛细管压力计 2 油 气 田动态监测内容 1 毛细管全程跟踪监测井底压力 但毛细管监测仍然受井口环境温度的影响 测试的井口压力仍必须依据管内气体性质选用相应方法进行校正 为以后的动态分析 开发调整提供准确资料 因此 毛细管测压一般也主要是在开发早期采用 目前已成功实施克拉2 10 克拉2 14两口井 3 毛细管压力计 2 油 气 田动态监测内容 1 吹扫 液面以上气体压力 筒内静液柱压力 井底压力 吹扫前 吹扫后 向毛细管内泵入高压氦气 将氦气和液柱的界面赶出工作筒 这样在校正时只需考虑氦气静压力 3 毛细管压力计 2 油 气 田动态监测内容 1 2 油 气 田动态监测内容 2 变化 井口温度或关井井口温度变化 1 流体流量监测系统流量监测系统是指为监测油气田产气量 产水量 产油量而建立的观测体系 为了准确反映油气田的采油 气 速度及产油 气 能力的变化 每口气井都要按时进行产气量 产水量或产油量的测量 可见产量监测是生产过程中随时监测的主要内容 其关键是在压力监测时必须做到产量的同时监测 比如 在进行产能测试或不稳定试井测试时必须准确记录测试时或测试前的产量 同时必须要求做到生产时间监测与产量监测的一致性 产能监测的目的掌握开发过程中产气量 产油量 产水量及压力的变化规律 进一步查明油 气 井生产能力的变化及其变化的原因和边底水推进情况的关系 研究如何利用气藏天然能量 以便为动态分析 数值模拟或开发方案调整提供准确生产动态数据 2 油 气 田动态监测内容 2 2 温度监测系统温度监测包括原始油气层温度监测和生产过程中的温度监测 原始温度监测主要判断油气层温度是否为正常温度系统 而在生产过程中的温度对油井的影响不是很大 特别是对于稠油和气井影响较大 因此温度监测主要针对气井 特别是异常高压气井 温度监测 温度监测系统是指为了解气层温度变化而建立的观测系统 在开发早期主要是监测开井生产的井口温度 在开发的中后期 气田压力降到正常阶段 其温度监测与一般常规气藏监测方法一样 主要包括 原始地层温度 流动温度 关井的静温梯度 开井的流温梯度和井口的油温 在下压力计监测稳定的关井压力时 同时监测关井的稳定温度以及地面流程温度监测 这些监测规范及要求都可遵照中国石油天然气行业标准执行 2 油 气 田动态监测内容 2 产量 压力 温度不能一一对应 压力 温度 产量监测常出现的问题 2 油 气 田动态监测内容 2 2 油 气 田动态监测内容 3 流体性质监测系统是指监测油气田流体性质变化而建立的观测体系 油气田开发中的流体主要包括气 水 油 流体监测也主要包括油质 气质 水质和凝析油的监测 流体监测的目的是了解气体在生产过程中流体的组分 性质是否发生变化 判断水的类型 判断水的来源以及储层岩石是否还存在应力敏感性等等 只有通过流体性质获得 为动态分析提供准确的数据 开发过程中一般选择可对比的井点进行高压物性取样 1 5 1 4的油气井作为流体性质的观测井 每年取样分析化验一次 1 油气质监测在油气田开发过程中必须不断的对油气进行分析 监测其成分变化 了解油气井气层各段时间的生产状况 油气质全分析的监测频率及要求油气井投产初期测一次 之后每隔半年测一次 常规硫化氢分析的监测频率及要求为 新投产井在开井后半年以内 每月测一次 连续三次误差稳定在如下范围内时之后半年测一次 对于产水油气井更要加密硫化氢监测 2 水质监测水质监测主要包括水质全分析和常规分析 水质分析取样要求 取样日期与送检日期之间的间隔不能超过3天 否则视为废样 要求取样日期与报表日期填写一致 水质分析频率及分析要求 新投产井开井十天内必须取样 做水质全分析 正常投产井半月取样一次 每月取样两次 做氯根分析 特殊情况通知作业区加密取样 一般推荐水质全分析一年一次 常规分析一个季度一次 如果产水量突变需加密取样 及时化验分析 2 油 气 田动态监测内容 3 2 油 气 田动态监测内容 4 气井产出状况监测 能否说明储层非均质性强 2 油 气 田动态监测内容 4 2 油 气 田动态监测内容 5 储层物性监测系统储层物性监测系统是指为储层物性变化状况而建立的观测系统 一般在开发中后期采用 即压力下降到正常阶段后 对于异常高压气藏在开发早期 气藏的压力下降 储层要发生再压实 从而储层的渗透率 孔隙度和压缩系数等物性参数都要发生变化 因此在压力降到正常压力时 都应选择少量的井用测井方法进行定期观测 研究其储层物性的变化状况 为气田后期的开发提出指导意见 2 油 气 田动态监测内容 5 第二讲 油 气 田动态分析内容 第二讲 油 气 田动态分析内容 油藏动态分析基础数据 一 岩心基础数据 1 岩心基础数据的作用 提供储层物性参数 评价储层性质判明构造 确定储层物理特性并预测生产能力 确定孔隙度 渗透率和岩性 确定油 气 水饱和度 预测油 气 水产量和残余饱和度 工程方案优选与评价钻完井储层伤害评价与保护措施 增产措施优化 提高采收率技术 各种驱替评价 油藏动态分析基础数据 储层流体 储层是指具有孔隙性和渗透性 油气能在其中流动的岩层叫储集层 简称储层 储层流体是指油气藏中存在的主要流体 它们就是通常所指的油 气 水 储藏有石油的储集层叫储油层 简称油层 储藏有天然气的储集层叫储气层 简称气层 同时储藏有石油和天然气的储集层叫储油气层 简称油气层 同时储藏有石油 天然气和水的储集层叫储油气水层 简称油气层 等等 基础数据准备 什么是储层流体高压物性 储层流体物性是指储层内流体的物理化学性质及其在地层条件下的相态和体积特征 储层流体高压物性是指储层内流体在地层条件下 高温 高压条件下 的物理化学性质 由于原油 天然气以及地层水都不是单一物质 而是混合物 因此 它们都不可以采用固定的模式去评价 所以 只有 具体问题具体解决 基础数据准备 哪些是储层流体高压物性参数 它们主要是指流体的粘度 相对密度 体积系数 压缩系数 分子量 天然气的偏差因子 原油的溶解油气比和两相体积系数等等 基础数据准备 为什么要进行储层流体高压物性参数计算 对储层流体物性的评价是油气藏工程研究中的首要环节 也是最重要的环节 由于储层流体物性参数是油气藏的重要参数 因此 在可能的情况下 应当在实验室中进行测定 然而 在实际油田开发和生产过程中不易获得更多的实际测定数值 尤其是新近开发的油气藏 因此采用以 最少的 最容易收集的资料来较为准确地估算储层流体物性参数 就显得十分必要了 基础数据准备 储层流体高压物性参数计算 由于地层流体物性参数是油气藏工程的重要参数 因此 在可能的情况下 应该或者最好是采用实验室或者现场的实际测试的方法 但是在实际油气藏开发和生产中不容易获得更多的实际测试资料 特别是新开发的油气藏 依据储层流体物性的参数是压力 温度 油气相对密度以及其组成组分的函数 在对比分析研究的基础上 从国内外的许多相关经验公式中 筛选出了一套最佳的经验公式 用来计算储层流体的高压物性参数 基础数据准备 地层天然气主要是指干气气藏气体 凝析气藏气体和煤层气气体 其高压物性参数包括天然气的偏差因子 压缩系数 体积系数和粘度 一 天然气的偏差因子 1拟临界压力ppc和拟临界温度Tpc的计算 计算方法一 组分分析方法公式 1 1 1 2 1 3 Kay混合规则 天然气高压物性参数计算 基础数据准备 当采用 Kay混合规则 计算出的拟临界压力ppc比实际的临界压力要大 拟临界温度Tpc与实际的拟临界温度差不多 参考武汉地质大学张博全编写的 油藏物理学 一书 基础数据准备 计算方法二 相关经验公式方法干气 1 4 1 5 凝析气 1 6 1 7 基础数据准备 1拟临界压力ppc和拟临界温度Tpc的计算 注意 上式是对于纯天然气适用 而对于含非烃CO2 H2S等可以用Wichert和Aziz修正 公式 1 8 1 12 基础数据准备 2拟对比压力PPr和拟对比温度TPr的计算 对比参数就是指某一参数与其应对应的临界参数之比 即 3天然气偏差因子Z的计算 定义 天然气偏差因子Z是指在某一压力和温度条件下 同一质量气体的真实体积与理想体积之比值 Dranchuk和Purvis等人通过拟合Standing Katz图版获得了如下的相关公式 即公式 1 15 所示的6参数公式 需迭代 还提出了计算偏差因子Z的如下牛顿迭代法 基础数据准备 相对误差小于2 的有五种方程 1Hall Yarborough方程 1973 基础数据准备 2LXF方程 1999 3Gopal方程 1977 基础数据准备 4 DPR方法 A1 0 31506237 A2 1 0467099 A3 0 57832729 A4 0 53530771 A5 0 61232032 A6 0 10488813 A7 0 68157001 A8 0 68446549 基础数据准备 5 DAK方法 Dranchuk和Abu Kassem利用Starling状态方程导出了下列方程 根据DAK方法计算的克拉 气田的部分井的偏差因子 基础数据准备 二 天然气的压缩系数 天然气的压缩系数就是指在恒温条件下 随压力变化的单位体积变化量 即 经过一系列的推导 可以获得如下的表达式 基础数据准备 三 天然气的体积系数 天然气的体积系数就是指在地层条件下 某一摩尔气体占有的实际体积 除以在地面标准条件下同样摩尔量气体占有的体积 由下式表示 在实际计算时 通常取Zsc 1 0 而当Psc 0 101MPa Tsc 293K时 由上式得 基础数据准备 四 天然气的粘度 Lee和Gonzalez等人根据四个石油公司提供的8个天然气样品 在温度为37 8 171 2 和压力为0 101 55 16MPa的条件下 进行粘度和密度的实验测定 利用测定的结果得到了如下的相关经验公式 基础数据准备 其中 基础数据准备 Lee Gonzalez气体粘度关系式 基础数据准备 Lucas提出了下面的气体精度计算关系式 基础数据准备 其中 基础数据准备 地层原油的物性参数计算 地层原油的高压物性参数包括原油饱和压力 溶解气油比 压缩系数 体积系数和粘度 一 原油饱和压力 原油饱和压力系指在地层条件下 原油中的溶解气开始分离出来时的压力 基础数据准备 Glaso于1980年根据北海6个油藏的26个和其他的19个流体的pVT分析样品 按照Standing的研究方法 获得 其中 基础数据准备 二溶解气油比 在地层条件下的原油溶解有天然气 单位体积原油中天然气溶解量称为天然气溶解度 也称为溶解气油比 Beggs给出了一种经验公式 1 当p pb时 基础数据准备 2 当p pb时 在地层条件下每变化1MPa压力单位体积原油的体积变化率 Vaquez和Beggs给出了一种用于估算泡点压力以上的经验公式 基础数据准备 三原油压缩系数 Vilena Lanzi给出了一种用于估算泡点压力以下的经验公式 基础数据准备 四原油地层体积系数 1 原油地层体积系数为采出地面条件下1m3的脱气原油体积所占有的地层原油体积量 即 Standing给出了一种根据溶解油气比 溶解气的相对密度 脱气原油的相对密度以及油藏温度等估算 Beggs以方程的形式给出了Standing的估算地层原油体积量的经验公式 基础数据准备 当p pb时 当p pb时 当p pb时 基础数据准备 2 原油的两相体积系数 总体积系数 Glaso利用北海油田和其他地区的pVT分析资料 由回归分析法获得的相关经验公式 基础数据准备 五原油粘度的计算 1 Egbogah给出了计算压力小于或等于饱和压力的脱气原油的粘度 2 Beggs和Robinson给出了含溶解气的原油与脱气原油粘度之间的关系 基础数据准备 3 当压力高于饱和压力时 Vazques和Beggs给出了下式 基础数据准备 地层水的物性参数计算 地层水的高压物性参数包括溶解气水比 压缩系数 体积系数和粘度 一 溶解气水比 MeCain提出了一个用来估算溶解气水比 Rsw 的关系式 基础数据准备 关于系数A B C值 关于其它符号说明见第12页 基础数据准备 二地层水的等温压缩系数 地层水的压缩系数是指 单位体积地层水在单位压力改变时的体积变化值 即 式中 Cw 地层水的压缩系数 1 MPa Vw 地层水的体积 m3 p 压力 MPa 基础数据准备 二地层水的等温压缩系数 地层水的等温压缩系数取决于压力 温度 溶解气水比以及地层水的矿化度 即 关于其它符号说明见第12页 其中 基础数据准备 三地层水的体积系数 MeCain提出了一个用来估算地层水的体积系数的关系式 关于其它符号说明见第13页 其中 基础数据准备 四地层水的粘度 关于其它符号说明见第13页 1 MeCain提出了计算大气压和油藏温度下水的粘度的关系式 基础数据准备 2 在油藏条件下的地层水的粘度为 当地层压力小于68 95MPa时 其精度为96 基础数据准备 四地层水的密度 1 在油藏条件下 确定纯水密度的相关经验公式为 2 若考虑矿化度的地层水的密度 基础数据准备 凝析气藏露点压力和气井凝析水产量的计算 一 凝析气藏露点压力 Nemeth和Kennedy提供了如下的经验公式 关于其中的Ai等参数见14页 基础数据准备 二气井的水气比 气井凝析水的产量可由如下的经验公式计算 其它符号请见第15页 基础数据准备 问题与作业 1问题 什么是储层流体 什么是储层流体高压物性 哪些是储层流体高压物性参数 为什么要进行储层流体高压物性参数计算 Bw o g Cw o g等等与压力的变化规律是什么 基础数据准备 2作业 A请画出Bw o g Cw o g等等与压力的变化关系曲线或变化规律曲线 B分析储层 储油层 储油气层 储油气水层的异同点 C分析储层流体高压物性参数的精度 基础数据准备 岩石物性参数估算及实测数据处理 油藏是由储层岩石和流体所组成 因此 储层岩石应该与流体同等重要 即储层岩石物性资料是进行油气藏评价和编制油气田开发方案必不可少的重要参数 第一节油藏孔隙度统计分析 众所周知 岩石孔隙度是衡量岩石孔隙空间储集油 气 水等流体能力的一个重要参数 其定义为岩石本身的孔隙体积与岩石体积之比 基础数据准备 陈元千根据我国大庆等地四个油田37块岩心的孔隙度的测定数据 建立起了如下的校正相关经验公式 如果有人问 某某油气田的孔隙度是多大 这是一个十分普遍的问题 而且也是一个十分有意义的问题 比如 在一些工程计算或者分析与研究中 常常都会有这样的问题 基础数据准备 算术平均 厚度加权平均 实际上要回答这样的问题 只需要回答 平均值 那么又有哪些方法可用来计算其 平均值 基础数据准备 黄炳光于1989年就指出 任何一个物理量的平均值应该根据其物理意义来确定或者计算 因此 由岩石孔隙度的物理含义 岩石孔隙度的平均值应以储集能力相等作为计算的依据 即 式中 Ai 第i块岩心的等效面积 m2 hi 第i块岩心的等效厚度 m fi 第i块岩心的地下孔隙度 小数 基础数据准备 实测油藏岩石渗透率数据处理 众所周知 岩石渗透率是储层岩石允许流体通过能力的一个重要量度 它是储层评价 产能计算 动态预测和采收率估算的一个重要参数 一气测渗透率的数据处理及校正 根据达西定律和气体质量流量的连续性方程 可得气测渗透率的表达式为 基础数据准备 当在地面常温低压下 利用空气测试岩样的渗透率时 考虑到Z Zsc 1 0 T Tsc和 air 上式可化为 若采用SI制基本单位 思考 这是一个什么渗透率 基础数据准备 绝对渗透率 绝对渗透率 系指岩石本身固有的性质 与流体性质无关 或者 一种流体完全饱和时测得的渗透率 因此 测定时必须满足以下三个条件 1 岩石空隙空间100 地被某一种流体所饱和 2 流体与岩石不发生任何物理化学作用 3 流体在岩石空隙中的流动为层流 基础数据准备 绝对渗透率的获得方法 获得方法以及对比 选择 绝对渗透率可以根据测井资料 试井分析和取心分析获得 测井和取心获得的渗透率为静态值 通常用于储层评价和对比 而根据试井资料解释获得的渗透率为动态渗透率 通常用于动态分析和产能预测 一般情况下 测井和取心获得的渗透率值大于试井解释的值 但对于有裂缝的低渗透地层 试井解释的渗透率高于岩心分析或测井所获得的值 基础数据准备 有效渗透率 有效渗透率 相渗透率 当岩石孔隙中饱和了两相或者两相以上流体时 岩石允许其中一种流体通过的能力 相对渗透率 相对渗透率 岩石对每一相流体的有效渗透率与其绝对渗透率的比值 基础数据准备 二 计算渗透率的变异系数及平均值 1渗透率变异系数 在图的直线上引出了累积频率等于50 所对应的渗透率数值 并由下式可以计算出渗透率变异系数 一般地 渗透率的变异系数小于0 5为相对均质 0 5 0 7为非均质 大于0 7为严重非均质 基础数据准备 2计算平均渗透率 1 对于正态分布 算术平均 厚度加权平均 基础数据准备 2 对于对数正态分布 用几何平均计算法 基础数据准备 3 对于其它分布 采用调和平均法 4 概率平均渗透率K50 在渗透率对数正态分布图中 累积频率等于50 对应的渗透率数值 称为概率平均渗透率 基础数据准备 任何一个物理量的平均值应该根据其物理意义来确定或者计算 由于岩石渗透率是储层岩石允许流体通过能力的重要量度 因此 岩石渗透率的平均值与其流动方式有关 对于一维流动 可分为垂向非均质和横向非均质 如图1 3所示 对于一维垂向非均质岩石 渗透率的平均值应根据下式计算 基础数据准备 对于图3 1中的 a 对于图3 1中的 b 基础数据准备 对于平面径向流动 也可分为垂向非均质和横向非均质 对于垂向非均质岩石渗透率的平均值应根据式计算 a b 基础数据准备 作业 利用 等效渗流阻力原理 导出上述各公式 基础数据准备 3渗透率级差与突进系数 渗透率级差 最大的渗透率与最小的渗透率之比 即 突进系数 最大的渗透率与平均的渗透率之比 即 基础数据准备 岩石压缩系数估算 一 岩石有效压缩系数 岩石的有效压缩系数 又称为岩石的有效孔隙体积压缩系数 它的定义为 在恒温条件下每改变单位压力单位孔隙体积的变化率 表示为 思考 为什么上式没有 负号 基础数据准备 1胶结砂岩的有效压缩系数 2胶结灰岩的有效压缩系数 基础数据准备 二 岩石压缩系数 岩石压缩系数的定义为 单位岩石外表体积下 其孔隙体积随地层压力的变化率 表示为 二者的关系为 岩石有效压缩系数与岩石压缩系数的关系 基础数据准备 三 计算总压缩系数 岩石的总压缩系数定义为 压力每下降1MPa 从单位孔隙体积的岩石中 依靠弹性能量所能排除的流体体积 即 基础数据准备 四 综合弹性压缩系数 总压缩系数与孔隙度的乘积称为综合弹性压缩系数 它定义为每下降1MPa 从单位岩石外表体积的岩石中依靠弹性所能排出的流体体积 即 基础数据准备 相对渗透率曲线的计算 相对渗透率曲线是油气田开发中最重要的基础数据之一 它被应用于油气藏数值模拟 水驱油动态分析与预测等许多方面 在一般可能的情况下 油气田都采用实验测定方法等直接方法获得相对渗透率曲线 但是 要获得比较成功的相对渗透率曲线并非易事 在缺乏一定的设备和技术的情况下 采用一些比较好的计算方法也是可以的 基础数据准备 一 两相相对渗透率的经验公式 存在许多计算两相相对渗透率或者相对渗透率曲线的公式 例如Corey对于水湿砂岩的油气两相系统 提出的相关经验公式为 基础数据准备 又例如Wahl等人 基于砂岩油田的矿场测量数据 提出了计算气油相对渗透率比的相关经验公式为 其它方法参见第23页 基础数据准备 最值得一提是第25页中介绍的两相相对渗透率的经验公式 2 41 基础数据准备 2 42 2 43 基础数据准备 2 44 2 45 基础数据准备 2 46 2 47 基础数据准备 2 48 2 49 应该改为 基础数据准备 2 50 根据研究和实际应用表明 利用公式 2 41 2 50 式计算出的两相相对渗透率具有较好的效果 基础数据准备 表2 1经验公式的适用条件 基础数据准备 三相相对渗透率的相关经验公式 Wyllie和Gardner对于水湿的分选性好的非胶砂岩层 提出了如书上 2 51 2 52 2 53 的三相相对渗透率的相关经验公式 对于胶砂岩层 鲕壮灰岩或孔穴灰岩 Wyllie和Ganlner提出了如书上 2 54 2 55 2 56 的三相相对渗透率的相关经验公式 基础数据准备 三 实例 第28 29页表2 2图2 3 是一个关于油水两相相对渗透率的实例 即第28页的例1 某一油层属水湿砂岩油层 其 计算油水两相相对渗透率曲线 基础数据准备 第28 30页表2 4 也是一个关于油气两相相对渗透率的实例 即第28页的例2 某一油层属水湿砂岩油层 其 计算油气两相相对渗透率曲线 注意 表2 4的横坐标 含水饱和度 改为 含油饱和度 同时 注意分析为什么这个含油饱和度的最大值是 还不到80 基础数据准备 油水两相相对渗透率曲线的归一化处理 我们知道 对于一个具体的油藏 可以获得许多条相对渗透率曲线 而且它们彼此各不相同 因此 如果随意选择某一岩样的相对渗透率曲线作为整个油藏的代表而用于油藏工程和油藏数值模拟等方面的计算是不合理的 陈元千提出了油水两相相对渗透率曲线的归一化处理方法 基础数据准备 一 方程的建立 油水标准化相对渗透率的定义及表达式 其中 基础数据准备 其符号参见第31页 方法的应用参见第32 34页 同时 可获得 两边取对数后可以得 基础数据准备 1 已知某一气藏三块岩样的气水两相相对渗透率数据如表2 4所示 2 表2 5给出了三块岩样的渗透率K 束缚水饱和度Swi 残余气饱和度Sgr 束缚水饱和度下气的相对渗透率以及残余气饱和度下水的相对渗透率 根据几何平均的公式 分别计算出三块岩样各参数值的几何平均值 并同时列于表2 5中 基础数据准备 3 根据 2 65 2 66 和 2 67 式 计算3块岩样的标准化相对渗透率曲线数据 列于表2 6中 4 根据表2 6中所列三块岩样的标准化相对渗透率曲线数据 按照 2 68 和 2 69 式进行线性回归 求得a和b的数值 并同时计算出三块岩样a和b的几何平均值 如表2 7所示 5 将a和b的几何平均值分别代入 2 63 和 2 64 式 得到计算标准化相对渗透率的关系式 基础数据准备 毛管压力曲线特征参数计算 毛管压力是在多孔介质的微细毛管中 跨越两种非混相流体弯曲界面的压力差 其数学表达式为 基础数据准备 二 压汞法的基本原理 必须对非湿相流体施压 才能将它注入到岩芯的孔隙中去 所加的压力就是附加的毛管压力 随着注入压力的不断增加 水银就不断进入较小的孔隙 一 什么是毛管压力曲线 毛管压力曲线就是毛细管压力与湿相饱和度的关系曲线 基础数据准备 二 毛管压力曲线的归一化处理 1储层J函数的生成 根据同一储层所测定的多块岩样的毛管压力曲线资料 以及各岩样的渗透率和孔隙度值 用J函数 基础数据准备 2平均毛管压力曲线的确定 根据储层的平均孔隙度 渗透率以及束缚水饱和度 利用上面回归出的J函数的表达式则可反求储层的平均毛管压力曲线 即 基础数据准备 三 压汞资料的数字特征 1常用特征值 1 入门压力Pd 入门压力又称排驱压力或阈压 它是指孔隙系统中最大连通孔喉的毛管压力 在数值上等于沿毛管压力曲线的平坦部分作切线与纵轴相交的值 入门压力越小 表明连通孔喉半径越大 储集层连通性越好 基础数据准备 2 饱和度中值压力Pc50 饱和度中值压力是指饱和度为50 时对应的注入曲线的毛管压力 这个数值反映了两相流体各占一半时的特定条件 当孔隙中充满油 水两相时 可以用Pc50的值来衡量油的产能大小 3 最小非饱和孔隙体积Smin 最小非饱和的孔隙体积Smin表示当注入水银的压力达到压汞仪最高压力时 没有被水银侵入的孔隙体积百分数 基础数据准备 将注入最大压力降低到压汞仪的最小压力时 从样品退水银的总体积与同一压力范围内注入岩样的水银总体积的比值称为水银退出效率 即 4 退出效率Wg 基础数据准备 2正态分布特征值 在压汞资料的正态频率曲线上 可以对孔喉大小分布的资料进行统计处理 引用其特征值供对比 分析及数学处理之用 这些量度包括 1 中值 D50 即孔隙分布处于最中间的孔隙直径 它可以反映岩石的渗透性 显然其值越大 渗透性能越好 1 主要倾向量度 基础数据准备 2 均值 Dm 是孔隙大小总平均的量度 可以用下面两式之一进行计算 3 峰值 dm 是最常出现的孔隙直径 即频率曲线的峰 上面各式中 D的下标代表水银饱和度 如D25代表水银的饱和度等于25 对应的孔隙直径 单位为 m2 基础数据准备 4 孔隙的分选系数 Sp 是样品中孔隙大小标准偏差量度 Sp值越小 则大直径的孔隙越均匀 其计算公式为 2 分散度的量度 基础数据准备 5 相对分选系数 Sm 相对分选系数的定义为分选系数Sp与均值Dm的比值 其值可以用来表征孔隙大小分布的均匀程度 6 峰态 Kp 是峰度程度的量度 也就是孔隙分布中尾部孔隙直径展幅与中央部分孔隙直径展幅的比值 基础数据准备 3地质混合经验分布的数字特征主要倾向量度 1 均值 Dm 是孔隙大小总平均的量度 2 分散度的量度 2 均方差 分选系数或标准 1 主要倾向量度 它是孔隙大小分散程度的量度 不对称性的量度 其值越大 孔隙大小就越不均匀 基础数据准备 它是指孔隙大小分布不对称性的量度 Sk值越大 孔隙大小分布曲线图上的主峰位值就越大 大孔道所占的比例越高和越集中 4 变异系数C 它在一定范围内和一定程度上可反映孔隙结构的优劣 3 偏度 Sk 基础数据准备 1 孔隙结构微观均质系数 它是作为定量描述孔隙结构均质程度的参数 4其他数值特征 表示孔喉对饱和度加权的平均半径与最大连通半径的偏离程度 它的范围是 越小 岩样非均质程度越严重 越大 岩样均质程度越高 当 1时 岩样的孔喉只由单一尺寸的孔道组成 经研究与分析得知 其他描述孔隙结构特征的参数 如空气渗透率 孔喉半径中值 主要孔喉所占体积百分数 颗粒中值 颗粒分选系数等 它们与驱油效率的关系 不如均质系数 的关系密切 基础数据准备 2 孔隙几何因子Ge 苏梅尔1960年运用孔隙几何因子Ge定量表示毛管压力曲线的形状和位置 后来被人们应用到区别孔隙结构等方面 其计算公式为 式中 n为入门压力以上毛管压力与相应饱和度值的观察点数 岩石几何因子愈大 毛管压力曲线愈移向图的右上方 各种物性和毛管压力参数也愈变坏 即岩石孔隙几何因子能反映岩石物性 特别是孔隙结构特征的变化 通过实际资料的处理发现 该值比其他的特征值更能说明储层的特征 基础数据准备 四 孔隙大小分布图与渗透率贡献值图 1孔隙喉道的频率直方分布图 第40页图2 5 基础数据准备 根据泊稷叶定律和达西实验定律可推出各孔径区间渗透率占总渗透率的百分比 2渗透率贡献值图 第40页图2 6 某一计算实例的各孔径区间渗透率的贡献值图如图2 6所示 基础数据准备 五 油水过渡带高度的计算 然后求出对应的自由水面以上的高度 由此得油水过渡带高度 基础数据准备 储层岩石的敏感性评价 首先 我们应该必须知道在钻井 完井 投产 注水 酸化 压裂等等油井的施工作业中 都可能对地层产生不同程度的损害 使地层岩石流动通道发生改变 影响油气井生产 其中储层岩石的敏感性 速敏 水敏 盐敏 酸敏 碱敏 就是原因之一 储层岩石的敏感性评价就是当今的主要研究内容 基础数据准备 一 流速敏感性评价 在地层中 总是不同程度地存在着非常细小的微粒 直径小于40 m 这些细小微粒通常未被岩石中的天然胶结物胶结在固定的位置上 而是以松散的颗粒形式处于孔壁或基岩颗粒的内表面上 它们可随流体在孔隙中运动而在孔隙变窄处 喉道 堆积 从而造成严重堵塞 使地层渗透性大大降低 大量实验证明 微粒运移程度随岩石中流体流动速度的增加而加剧 不同岩石中的微粒 对流速的敏感程度不同 我们可以通过流速敏感性评价实验来了解岩石渗透率随流速的变化规律 找出渗透率开始明显下降的临界流速 为确定气井允许的生产产能大小提供依据 为进行室内流动实验能采用多大的注入速度提供依据 基础数据准备 1实验原理 按一定的流量等级 以不同的注入速度向岩心注入气体 在各个注入速度下测定岩心在该速度下的渗透率 从注入速度与渗透率的变化关系曲线上 判断岩石对流速的敏感性 并找出渗透率明显下降的临界流速 基础数据准备 2数据处理 2 确定临界流速 3 判断速敏程度 若 速敏程度强速敏程度弱速敏程度中 基础数据准备 二 水敏性评价 油气层中的粘土矿物在原始的地层条件下处于一定矿化度的环境中 当淡水进入地层时 某些粘土矿物就会发生膨胀 分散 运移 从而减小或堵塞地层孔隙和喉道 造成渗透率的降低 油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象 称为水敏 水敏实验的目的是了解粘土矿物遇淡水后的膨胀 分散 运移过程 找出发生水敏的条件及水敏引起的油气层损害程度 为各种工作液的设计提供依据 基础数据准备 1实验原理 首先用地层水流过岩心并测定岩心的渗透率Kf 再用矿化度为地层水一半的盐水 称次地层水 流过岩心 测定出渗透率Ksf 最后用淡水 一般为去离子水 流过岩心 测定出岩心渗透率KW 由此分析和确定岩心的水敏程度 如果得到某一储层较多岩心的Kf和Kw 则可将其值绘在双对数图上 如图2 8 P42 基础数据准备 2数据处理 1 计算水敏指数Kw Kf 2 判断水敏程度 若 水敏程度强水敏程度弱水敏程度中 基础数据准备 三 盐敏性评价 对于存在有水敏性的地层 需进一步进行盐敏评价实验 以了解地层岩心在地层水所含矿化度不断下降时或现场使用低矿化度盐水时 其渗透率变化情况 从而找出渗透率明显下降的临界矿化度 为以后的施工流体提出建议和要求 基础数据准备 1实验方法 通过向岩心注入不同矿化度等级的盐水 按地层水的化学组成配制 并测定各矿化度下岩心对盐水的渗透率 根据渗透率随矿化度的变化来评价盐敏损害程度 找出盐敏损害发生的条件 根据实际情况 一般要作升高矿化度和降低矿化度两种盐敏评价实验 对于升高矿化度的盐敏评价实验 第一级盐水为地层水 将盐水按一定的浓度差逐级升高矿化度 直至找出临界矿化度CC2或达到工作液的最高矿化度为止 对于降低矿化度的盐敏评价实验 第一级盐水仍为地层水 将盐水按一定的浓度差降低矿化度 直至注入液的矿化度接近零为止 求出的临界矿化度为CC1 基础数据准备 2数据处理 如果矿化度Ci 1对应的渗透率Ki 1与矿化度Ci对应的渗透率Ki之间满足下述关系 说明已发生盐敏 并且矿化度Ci 1即为临界矿化度CC 按此标准 在升高矿化度实验时可以确定临界最高矿化度CC2 而在降低矿化度实验时可以确定临界最低矿化度CC1 从而确定出避免发生盐敏损害的入井液的有效矿化度区间 基础数据准备 3盐敏程度判断 在不同的矿化度下 获得其渗透率K 绘制K KL与矿化度CC的关系曲线 盐敏感程度用损害程度判断 损害程度用下式计算 若损害程度RS 0 3 则盐敏程度弱 若RS 0 7 则盐敏程度强 若0 3 RS 0 7 则盐敏程度为中 基础数据准备 四 酸敏性评价 酸化是油气田广泛采用的解堵和增产措施 酸液进入油气层后 一方面改善油气层的渗透率 另一方面又与油气层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞油气层的孔喉 油气层的酸敏性是指油气层与酸作用后引起的渗透率降低的现象 因此 酸敏实验的目的是研究各种酸液的酸敏程度 其本质是研究酸液与油气层的配伍性 为油气层酸化时确定合理的酸液配方提供依据 基础数据准备 1实验方法 酸敏实验包括原酸 一定浓度的盐酸 氢氟酸 土酸 和残酸 可用原酸与另一块岩心反应后制备 的敏感实验 原来部颁标准介绍的具体作法是 第一 用地层水测基础渗透率K1 正向 第二 反向注入0 5 1 0倍孔隙体积的酸液 关闭阀门反应1 3小时 第三 用地层水正向测出恢复渗透率K2 目前 西南石油大学将这种作法改为 第一 用地层水测基础渗透率 再用煤油测出酸作用前的渗透率K1 正向 第二 反向注入0 5 1 0倍孔隙体积的酸液 第三 用煤油正向测出恢复渗透率K2 基础数据准备 2判断酸敏程度 3 判断酸敏程度 若 酸敏程度强酸敏程度弱酸敏程度中 3 计算损害程度及渗透率比 2 107 108 基础数据准备 五 碱敏性评价 地层水pH值一般呈中性或弱碱性 而大多数钻井液和水泥浆的pH值在8 12之间 当高pH值流体进入油气层后 将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结物的结构破坏 主要是粘土矿物解理和胶结物溶解后释放微粒 从而造成油气层的堵塞损害 此外 大量氢氧根与某些二价阳离子结合会生成不溶物 也会造成油气层的堵塞损害 因此 碱敏评价实验的目的就是找出碱敏发生的条件 主要是临界pH值 以及由碱敏引起的油气层损害程度 为各类工作液的设计提供依据 基础数据准备 1实验方法 通过注入不同pH值的地层水并测定其渗透率 根据渗透率的变化来评价碱敏损害程度 找出碱敏损害发生的条件 不同pH值盐水的制备 根据实际情况 一般要从地层水的pH值开始 逐级升高pH值 最后一级盐水的pH值可定为12 将选的岩心抽真空饱和第一级盐水 并浸泡20 24小时 在低于临界流速的条件下 用第一级盐水测出岩心稳定的渗透率K1 注入10倍孔隙体积的第二级盐水 浸泡20 24小时 在低于临界流速的条件下 用第二级盐水测出岩心稳定的渗透率K2 改变注入盐水的级别 重复第3 步 直至测出最后一级盐水处理后的岩心稳定渗透率Kn 基础数据准备 2数据处理 如果盐度pHi 1对应的渗透率Ki 1与盐度pHi对应的渗透率Ki之间满足下述关系 说明已发生碱敏 则pHi 1即为临界pH值 损害程度及渗透率比的计算方法下式 基础数据准备 3判断碱敏程度 在不同的碱度pH下 获得其渗透率K 绘制K KL与速度V的关系曲线 若 碱敏程度强碱敏程度弱碱敏程度中 基础数据准备 第二讲 油 气 田动态分析内容 第二讲 油 气 田动态分析内容 第二讲 油 气 田动态分析内容 第二讲 油 气 田动态分析内容 一 动态分析的主要方法 储