6章-物质平衡法.ppt

6物质平衡法(p139)6.1物质平衡通式(p139-148)6.2天然水侵量的计算6.3不同油藏类型的物质平衡通式,6.1物质平衡通式(p139-148),假设条件:1地层均质2压力变化各个部位瞬间平衡3地层等温4忽略重力毛管力特点:1地下平衡2体积平衡3累积平衡,油层物理各项岩石流体物性参数,应用:1.确定,核实地质储量2.判断驱动机理3.测算天然水侵量4.预测压力变化5.研究剩余油分布,研究现状:物质平衡方程是在1936年由Schilthuis利用物质守恒原理建立的，经过若干年的发展后，现已比较完善。尤其是在引入了水侵方程后，可以将其用于水驱气藏，进行动态预测。,物质平衡通式是按体积平衡进行计算的，可以根据三种不同方法进行推导:1把油藏看成是一个体积不变的容器，开发前油藏中液体与气体的总体积，等于开发之后任意时刻的采出体积与地下剩余体积之和。2在原始状况下，油藏内所含流体体积之和，等于开发过程中任意时刻油藏内所含流体的体积之和。3油藏在开发过程中的任意时刻，油气水三者体积变化的代数之和等于零。,通式:,（6-1）,图6-1通式推导示意图,Voi+Vgi+Vwi,Vop+Vgp+Vwp,开发前,开发后某一时刻t,Voi+Vgi+Vwi=Vop+Vgp+Vwp,油藏气体体积平衡,式中：m-气顶指数，在原始条件下，原始状态时气顶内自由气的体积与原始状态时的含油体积之比。,m=GBgi/NBoi,m=Vgi/NBoi,Vgi=mNBoi,等式左侧：Voi=NBoiVgi=mNBoiVwi,等式右侧,开发后某一时刻t,气顶区、含油区弹性膨胀体积,岩石、束缚水的弹性膨胀体积,确定Vop,确定Vgp,确定Vwp,情况1,情况2,自由气体积Vgp=原始自由气体积+原始溶解气体积-累计产气体积-仍溶解在油中的气体体积原始自由气体积=GBgi原始溶解气体积=NRsiBgi累计产气体积=NpRpBg仍溶解在油中的气体体积=(N-Np)RsBg,VwpVwp=Vwi+WeBw-WpBw,情况1,地层原油体积Vop=目前剩余油体积*地层原油体积系数Vop=(N-Np)Bo,情况1,先确定情况1的物质通式N,NBoi+mNBoi+Vwi=(N-Np)Bo+GBg+NRsiBg+NpRpBg+(N-Np)RsBg+Vwi+WeBw-WpBw,N=NpBo+(Rp-Rs)Bg-(We-Wp)Bw/Bo-Boi+(Rsi-Rs)Bg+mBoi(Bg-Bgi)/Bgi,Cw=Vw/VwP,Vw=CwVwP,Vw=(NBoi/Soi)Swi,Vw=(NBoi/Soi)SwiCwP,气顶中束缚水的弹性膨胀体积时,Vw=m(NBoi/Soi)SwiCwP,地层中束缚水总的膨胀体积(1+m)NBoiSwi/SoiCwP,情况2:束缚水、岩石的弹性膨胀体积,含油区束缚水的弹性膨胀体积时,束缚水弹性膨胀体积,岩石的弹性膨胀体积,Cf=Vf/VfP,Vf=CfVfP,Vf=NBoi/Soi,Vf=Cf(NBoi/Soi)P,Vf=Cf(mNBoi/Soi)P,情况2,岩石总弹性膨胀体积：Cf(1+m）NBoi/Soi)P,气顶中岩石弹性膨胀体积,含油区岩石弹性膨胀体积,情况1:气顶区、含油区N=NpBo+(Rp-Rs)Bg-(We-Wp)Bw/Bo-Boi+(Rsi-Rs)Bg+mBoi(Bg-Bgi)/Bgi,情况2:束缚水(1+m)NBoiSwi/SoiCwP岩石Cf(1+m)NBoi/Soi)P,N=NpBo+(Rp-Rs)Bg-(We-Wp)Bw/Bo-Boi+(Rsi-Rs)Bg+mBoi(Bg-Bgi)/Bgi+(1+m)Swi/SoiCw+Cf/SoiBoiP,物质平衡通式N,一.参数分析公式中数据分为三大类：（一）生产数据：Np累积产油量；Gp累积产气量（NpRp）Wp累积产水量；WI累积注水量；（二）物性参数：包括流体物性，岩石物性，常规物性，高压物性：Swi-束缚水饱和度；Soi-残余油饱和度；Cf-岩石压缩系数；Ct-总的压缩系数；Cw-水压缩系数；Co-油压缩系数；,Rs-溶解油气比；Rsi-原始溶解油气比；Rp-平均累积生产油气比Bo-原油体积系数；Bq-气体体积系数；Bw-水体积系数；Boi-原始油体积系数；Bgi-原始状态气体体积系数Pb-饱和压力；,（三）地质参数：N地质储量；m气顶指数；We-水侵量；Pi-原始地层压力；PR-地层压力（井下压力计现场测得）；P（总压降）；,二物理意义（6-1）式化为：,N(Rsi-Rs)Bg-(Boi-Bo)溶解气净膨胀量（也就是驱油量）NmBoi/Bgi(Bg-Bgi)地下气顶总气体体积膨胀量(1+m)NBoiP(CwSwi+Cf)/Soi含油区气顶区两部分束缚水和岩石弹性膨胀量,(6-2),We水侵量WIBw注入水量地下体积GIBg注入气量地下体积累积原油地下体积累积产气量地下体积累积产水量地下体积三驱动指数：记为DI，就是某一种驱油量占整个产出量的比例。令：则上（6-2）式平衡方程式化为,令(6-2)右式中：,则上（6-2）式平衡方程式化为,F=NpBo+Np(Rp-Rs)Bg+WpBw,令(6-2)左式：,1项记为DDI,为溶解气驱驱动指数；2项记为CDI,为气顶驱动驱动指数；3项记为EDI,为束缚水和岩石弹性驱动指数；4项记为WDI,为水驱驱动指数；5项记为WDI,为注水驱动指数；6项记为GDI,为注气驱动指数；,1,3,2,4,5,6,(6-3),1）驱动指数之和为一。因此如果有一相驱动指数减少，则其余的驱动指数必然增加。2）可利用（6-3）式计算驱动指数的大小。3)可利用(6-3)式判断油藏驱动类型。4)可判断水侵量的大小,驱动指数研究意义,6物质平衡法(p139)6.1物质平衡通式(p139-148)6.2天然水侵量的计算6.3不同油藏类型的物质平衡通式,6.2天然水侵量的计算,目前很多油藏边界局部或全部被水层包围，这些水层就是供水区，求取水侵量是一个非常重要的课题。这是因为只有在求出水侵量后，才能确定供水区的供水能力，才能确定排水规模，进而布置排水井网及管网。另外，物质平衡方程式只有在知道了水侵量的条件下，才可以用于水驱油气藏，进行动态预测,天然水侵量研究意义：,一、水侵原因二、水侵方式三、水侵方程（一）最简单（二）稳定流法（三）修正稳定公式（四）准稳态（五）非稳定状态（六）图解计算法,在求取水侵量的方法研究中，国内外不少学者作过大量工作，假设了各种水侵模型，主要可分为定态水侵和不定态水侵两类。定态水侵方程以Schilthuis方法为代表，它实质上是一种稳定流动方程。根据不稳定渗流的某一瞬间可视为稳定流动的思想，通过静态逐次替换法，解决了不稳定渗流的水侵问题。后来Hurst提出了修正定态水侵方程；1949年Everingen提出了不定态水侵模型，尽管它在计算时要复杂的多，但却行之有效，所以，它的思想得到了发展。Miller于1962年提出了有限性水侵方法；Chatas于1969年提出了底水油藏水侵量计算模型；吴玉林、葛家理于1981年提出了裂缝型底水水侵的计算。目前为止，裂缝边水水侵模型还没有比较成熟的理论.,天然水侵量研究现状：,一水侵原因1重力作用2岩石水的弹性膨胀作用二水侵方式,图6-2单向直线,图6-3平面径向流,图6-4半球形流系统,三水侵方程,（6-4）,适用条件：水域较小，压力波很快传到整个水域，水侵量与时间无关。,-压力差,We-水侵量,-有效孔隙体积,-水压缩系数,-岩石压缩系数,(一)罐状模型,（二）稳定流法：,（6-5）,（6-6）,其中：K2-水侵系数，是一常数,稳定流法适用条件：充足的水源连续补给，补给量等于采出量，采油速度不高。所以压力降可视为常数。,（6-7）,（三）修正稳定公式：,a-时间换算系数,dWe/dt=k2(pi-p)/lgat,修正稳定法适用条件：Hurst，与含油区相比，供水区很大，油层产生的压力降不断向外传播，使流动阻力增大，因而边水侵入速度减小，也就是水侵系数变小。一般用于油田生产一段时间以后，压力处于平稳下降的阶段。,图6-5用压力台阶计算水侵量,（四）准稳态：,（6-8）,适用条件：油藏有充足的边水供给，即供水区的压力稳定，但油藏压力还未达到稳定状态。但我们把压力变化看作无数稳定状态的连续变化。,注意：以上三种方法中压降均被视为常数，也就是目前地层压力用平均地层压力代替，而准稳态法中的压降是变量,（五）非稳态方程,（6-9）,(6-10),其中=,无因次量：,定压求解得水侵方程(p156),非稳定状态渗流方程：,(6-10),(6-10)公式中包含四个参数：,水侵系数B阶段压力降p无因次时间tD无因次水侵量QDt,（6-11）,（1）单向直线,b-供水区宽度,h-地层厚度,Lw-供水区长度,-孔隙度,-综合压缩系数,（2）平面径向流,ro-含油区半径,-水侵入油藏的圆周系数,P157图4-18,（6-12）,（3）球向流,B水侵系数；与物性，几何形状有关,参数1：,（6-13）,p阶段压力降,通式只适用于从第三阶段压力降开始,参数2：,-无因次时间,无因次水侵量，是无因次半径rD，无因次时间tD的函数；范.爱弗丁琴和赫斯特将它们关系制成图板和表，可直接查找确定。rD=rw/ro10,无限大供水区，查找表4-3rD=rw/ro10,有限大供水区（封闭），查找表4-4,需要注意：水侵计算中两个参数定量时难以准确。一个是油水区半径rD=rw/ro，地层几何因素控制一般难以求准。另一个是水侵系数B，计算中采用实验数据的压缩系数或孔隙度。,参数4：,参数3：,P167168：习题41,P165图422,（六）图解计算法,上述方法计算都涉及求解偏微分方程，计算比较复杂,非稳定流：,具有天然水驱的不封闭油藏：,若令：,那么联立上两式：,则得：Y=N+Bx,那么：We（BoBoi）We,由图上所知：We=YN,6物质平衡法(p139)6.1物质平衡通式(p139-148)6.2天然水侵量的计算6.3不同油藏类型的物质平衡通式,6.3不同驱动类型油藏的物质平衡通式(p170),重点：弹性驱动物质通式以及动态预测水压驱动物质通式以及动态预测,难点：弹性采出量及弹性采收率计算水压驱动水侵量判断方法水压驱动压力预测,一弹性驱动的物质平衡式(p170)二溶解气驱的物质平衡式(p172)三气顶驱动的物质平衡式(P181)四水压驱动的物质平衡式(p190),一弹性驱动的物质平衡式(p170)因弹性驱动：那么在（6-3）式中:,无边底水：即,无气顶：m=0;,（6-3）式简化为：,(6-14),还原成：,（一）计算弹性产率（6-14）式改写：K弹性产率，表示地层压降下的产量，m3/Mpa弹性产率用来衡量油田弹性能量的大小。一般，封闭弹性油藏的弹性产率是不变的，即不随生产时间和油井工作制度变化而变化。总压降与累计产油量是一直线。,(6-15),（二）确定弹性采油量由（6-14）式变化：,(6-16),对于弹性油藏，如果单纯依靠弹性能量，从压缩性估计，下降1兆帕约采出地质储量的0.20.5左右。表明：弹性采油量是很低的。当饱和压差较大时，弹性采收率可相应提高。,当油藏没有通过注水等方式来补充能量时，在地层压力降低到饱和压力之下，溶解气便从油气中分离出来，这时溶解气的弹性能量开始发挥作用，油藏的驱动方式便逐渐转为溶解气驱，从第二章可知，溶解气采收率也不高，所以在进行这类油藏的开发时，必须及时补充能量以提高采收率。,弹性采收率：,（三）预测油藏动态由（6-14）式知，预测累积产量和压降。,图6-6累积产量与总压降变化曲线,P171实例4-2,二溶解气驱的物质平衡式(p172)（一）推导在（6-3）式中，无气顶,则m=0;无边底水，则（6-3）式简化为：,(6-17),（二）应用（）应用（6-17）式确定和核定地质储量N（）计算采出程度R,(6-18),图6-7,（3）预测油藏动态,1.任一时刻原油饱和度方程,2.瞬时油气比方程,三气顶驱动的物质平衡式(181)（一）推导由其地质条件知：则（6-3）式化为：由（-19）式得直线式（图6-8）：图6-8中，m是试凑法给的；变形为（图6-9)：用图6-9时，可直接求N,m；（二）应用：应用图6-8和图6-9预测地质储量N,图6-8,图6-9,（6-19）,四水压驱动的物质平衡式(p190)（一）完全水驱：（）（6-3）式化为：部分水驱：，（6-3）式化为（二）应用（1)确定弹性产率K1(假设没有边底水)(6-20）式得：（2）计算边水的水侵量若有边水由（6-20）式得,(6-20),(6-21),(6-22),(6-23),（3）判断含水区的大小由物质平衡通式得由非稳态水侵方程得上两式联立得（4）动态预测分稳定和不稳定水驱。a稳定水驱,(6-24),图6-10,(6-23),(6-25),K2水侵系数；,准稳态公式：,另由水压驱动物质平衡式：,(6-26),令,(6-27),得,(6-25)和(6-26)联立得,P193分析,(6-25),b不稳定水驱(p196),稳定压降,稳定注采比,(6-28),应用不稳定方程计算的水侵量,应用物质平衡式计算的水侵量,1)上两式联立，求水侵系数B：,2)利用等式,预测压力,N(Rsi-Rs)Bg-(Boi-Bo)溶解气净膨胀量（也就是驱油量）NmBoi/Bgi(Bg-Bgi)地下气顶总气体体积膨胀量(1+m)NBoiP(CwSwi+Cf)/Soi含油区