第四章+水驱油理论基础

1、第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础主要内容：主要内容： 饱和度分布饱和度分布 平面一维流动的产量公式平面一维流动的产量公式 面积波及系数、层纵向非均质性、面积波及系数、层纵向非均质性、 体积波及系数体积波及系数 各种井网的注水量各种井网的注水量活塞式驱油：活塞式驱油：非活塞式驱油：非活塞式驱油：第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础fw图图4-1 不同油水粘度比下含水与饱和度的关系不同油水粘度比下含水与饱和度的关系图图4-2 各种粘度比下含水与各种粘度比下含水与Sw的关系的关系Fw/第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础Sw图图4-5 不同时刻的饱和度分布不同时刻的饱和度分布第

2、四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础五点系统五点系统七点系统七点系统行列注水行列注水第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础图图11 五点井网的流度比五点井网的流度比与波及系数的关系与波及系数的关系图图13 直线交错井网的流度比直线交错井网的流度比与波及系数的关系与波及系数的关系图图12 直线井排井网的流度直线井排井网的流度比与波及系数的关系比与波及系数的关系第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础图图14 反九点在各种边井含水率反九点在各种边井含水率(fisw)下波及系下波及系数与流度比关系数与流度比关系(角井与边井产量比为角井与边井产量比为

3、0.5) )图图15 反九点在各种角井含水率反九点在各种角井含水率(fisw)下波及系数下波及系数与流度比关系与流度比关系(角井与边井产量比为角井与边井产量比为0.5)图图16 反九点在各种不同边井含水率反九点在各种不同边井含水率(fisw)下波及下波及系数与流度比关系系数与流度比关系(角井与边井产量比为角井与边井产量比为1.0)图图17 反九点在不同角井含水率反九点在不同角井含水率(fisw)下波及系下波及系数与流度比关系数与流度比关系(角井与边井产量比为角井与边井产量比为1.0)图图4-18 最大与最小渗透率比值为最大与最小渗透率比值为16的的水平各向异性层上五点井网的波及系水平各向异性层

4、上五点井网的波及系数与流度比关系数与流度比关系(最大渗透率方向与最大渗透率方向与注水井排方向一致注水井排方向一致)图图4-19 最大与最小渗透率比值为最大与最小渗透率比值为16的水平各向异性层上五点井网的波的水平各向异性层上五点井网的波及系数与流度比关系及系数与流度比关系(最大渗透率方最大渗透率方向与注水井和生产井连线方向一致向与注水井和生产井连线方向一致)第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础图图4-28 五点井网见水时的波及系数五点井网见水时的波及系数第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础第五节第五节 体积波及系数体积波及系数一、油层非均质性对体积波及系数的影响一、油层非均质性对体

5、积波及系数的影响 反映油层非均质程度反映油层非均质程度的的渗透率变异系数渗透率变异系数对体积对体积波及系数有明显影响。波及系数有明显影响。 变异系数升高，体积变异系数升高，体积波及系数急剧降低波及系数急剧降低，流度，流度比处于比处于1.0范围内其范围内其影响尤为显著。影响尤为显著。二、重力对体积波及系数的影响二、重力对体积波及系数的影响 因为油水比重的差异，所以水倾向于沿地层底部向井因为油水比重的差异，所以水倾向于沿地层底部向井突进。突进。油层越厚，重力影响就越大。对于均质地层，液体油层越厚，重力影响就越大。对于均质地层，液体质点运动速度高，重力影响相对要小。质点运动速度高，

6、重力影响相对要小。 可用可用粘滞压力损失粘滞压力损失与与油水重力差异油水重力差异的比值作为一个参的比值作为一个参数，研究它对体积波及系数的影响。数，研究它对体积波及系数的影响。 粘滞压力损失与油水重力差异的比值越小，重力影响粘滞压力损失与油水重力差异的比值越小，重力影响越大。图越大。图4-29和图和图4-30分别给出了重力差对线性和五点井分别给出了重力差对线性和五点井网的体积波及系数的影响。网的体积波及系数的影响。第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础第五节第五节 体积波及系数体积波及系数图图4-29 直线井网见水时的体直线井网见水时的体积波及系数积波及系数图图4-30 五点井网见水时的五

7、点井网见水时的体积波及系数体积波及系数二、重力对体积波及系数的影响二、重力对体积波及系数的影响 第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础第五节第五节 体积波及系数体积波及系数 水驱油动态计算的数学模型多假定在渗透率不同的邻层之间互不渗水驱油动态计算的数学模型多假定在渗透率不同的邻层之间互不渗透，这是与事实不符的。砂泥岩的薄厚层常常互相交错，很多隔层也常透，这是与事实不符的。砂泥岩的薄厚层常常互相交错，很多隔层也常开开“天窗天窗”。因此，层间互渗是不可避免的。因此，层间互渗是不可避免的。 邻层之间渗透率的差异程度和流度比对层间互渗影响最大。邻层之间渗透率的差异程度和流度比对层间互渗影响最大。层

8、间渗层间渗透率相差越悬殊，互渗的影响越严重。当流度比小于透率相差越悬殊，互渗的影响越严重。当流度比小于1时，层间互渗会时，层间互渗会提高见水时的体积波及系数；而当流度比大于提高见水时的体积波及系数；而当流度比大于1时，会降低见水时的体时，会降低见水时的体积波及系数。实际的采出程度，在相同注水量的条件下，介乎在假设油积波及系数。实际的采出程度，在相同注水量的条件下，介乎在假设油层是均质的与假设油层是互不连通的（没有互渗的）情况之间（图层是均质的与假设油层是互不连通的（没有互渗的）情况之间（图4-31）。）。 三、毛细管力对体积波及系数的影响三、毛细管力对体积波及系数的影响第四章第四章 水驱油理论

9、基础水驱油理论基础第五节第五节 体积波及系数体积波及系数图图4-31 层间窜通对采出程度和水油比的影响层间窜通对采出程度和水油比的影响三、毛细管力对体积波及系数的影响三、毛细管力对体积波及系数的影响第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础第五节第五节 体积波及系数体积波及系数四、注水速度对体积波及系数的影响四、注水速度对体积波及系数的影响 注水速度低，在油层亲水条件下，有利于充分发挥油水前缘后的水注水速度低，在油层亲水条件下，有利于充分发挥油水前缘后的水由高渗层向低渗层的渗吸作用，从而提高了体积波及系数。由高渗层向低渗层的渗吸作用，从而提高了体积波及系数。渗吸作用渗吸作用的强弱主要取决于邻层

10、间渗透率的差异。从这点来说，注水速度慢一的强弱主要取决于邻层间渗透率的差异。从这点来说，注水速度慢一点好。点好。 油层厚度较大时，由于水比油的密度大，水易由油层底部流向井底。油层厚度较大时，由于水比油的密度大，水易由油层底部流向井底。流水速度越慢，这个重力分异作用越显著，流水速度越慢，这个重力分异作用越显著，因此，从克服重力影响着因此，从克服重力影响着眼，注水速度还是高一点为好。眼，注水速度还是高一点为好。 那么，究竟注水速度是高些好，还是低些好，要根据油藏的具体条那么，究竟注水速度是高些好，还是低些好，要根据油藏的具体条件来定，很难一概而论。件来定，很难一概而论。一般认为，在油田实际所使用的

11、注水速度范一般认为，在油田实际所使用的注水速度范围内，注水速度对波及系数没有显著影响。围内，注水速度对波及系数没有显著影响。第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础第五节第五节 体积波及系数体积波及系数 物性一定的均质油层，见水时的物性一定的均质油层，见水时的面积波及系数，完面积波及系数，完全取决于流度比全取决于流度比（对九点井网还受边、角井的产量比及（对九点井网还受边、角井的产量比及边井关井条件的影响）。而影响边井关井条件的影响）。而影响体积波及系数的因素除体积波及系数的因素除了流度比外，还有渗透率变异系数、韵律性、油水密度了流度比外，还有渗透率变异系数、韵律性、油水密度差、油层厚度和注水

12、速度等差、油层厚度和注水速度等，必须针对具体油藏条件才，必须针对具体油藏条件才能确定。能确定。 第四章第四章 水驱油理论基础水驱油理论基础第五节第五节 体积波及系数体积波及系数第五章第五章 油藏物质平衡方法油藏物质平衡方法第一节第一节 物质平衡方法所需要的物质平衡方法所需要的 基础资料及物性参数基础资料及物性参数 在应用物质平衡方程式确定油、气藏储量和预测油、气在应用物质平衡方程式确定油、气藏储量和预测油、气藏动态时，需要以下几方面的基础资料。藏动态时，需要以下几方面的基础资料。一、物质平衡方法所需要的基础资料一、物质平衡方法所需要的基础资料1、高压物性资料：、高压物性资料：Bo、Bw、Bg、

13、Rs、Cf、Co、Cw等；等；2、生产资料：、生产资料：Np、Wp、Wi、Rs、fw等；等；3、压力资料：、压力资料：Pi、P；4、油水相对渗透率资料；、油水相对渗透率资料；5、地质资料：、地质资料：N、m、Swi、等。等。 上述资料必须取全取准。其可靠程度如何，将直接影响上述资料必须取全取准。其可靠程度如何，将直接影响到计算的精确度。到计算的精确度。 第一节第一节 物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数二、物质平衡方法所需要的物性参数二、物质平衡方法所需要的物性参数 （一）地层油的压缩系数（一）地层油的压缩系数（Co） 单位体积地层油在压力改单位体积地层

14、油在压力改变一个单位时的体积变化率。变一个单位时的体积变化率。dPdVVco10（二）地层水的压缩系数（二）地层水的压缩系数（Cw） 单位体积地层水在压力改单位体积地层水在压力改变一个单位时的体积变化率。变一个单位时的体积变化率。dPdVVcwww1地面脱气原油地面脱气原油的压缩系数较小，一般的压缩系数较小，一般为（为（47）10-41/MPa之间；之间；地层油地层油由于存在溶解气压缩系数较大，由于存在溶解气压缩系数较大，一般为（一般为（720）10-41/MPa；油稠含气量低的油田油稠含气量低的油田，原油压缩系数，原油压缩系数在（在（78）10-41/MPa；高气油比轻质油田的地层油高气油比

15、轻质油田的地层油压缩系数压缩系数一般一般1010-4（1/MPa）左右。）左右。 Cw受受压力、温度和其中溶解的天然压力、温度和其中溶解的天然气量大小的影响。气量大小的影响。压力越大压力越大Cw越小，越小，温度越高温度越高Cw越大。但温度对越大。但温度对Cw的影的影响常大于压力对响常大于压力对Cw的影响。所以，的影响。所以，地层深度增加，地层深度增加， Cw也增大。也增大。在同温同压下，溶解的天然气量越大，在同温同压下，溶解的天然气量越大，地层水的压缩系数要大。地层水的压缩系数要大。 第一节第一节 物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数二、物质平衡方法所需

16、要的物性参数二、物质平衡方法所需要的物性参数 （三）地层岩石的压缩系数（三）地层岩石的压缩系数（Cf） 地层岩石的压缩系数：地层岩石的压缩系数：单位单位岩石体积在压力变化一个单岩石体积在压力变化一个单位时孔隙体积的变化率，即：位时孔隙体积的变化率，即： dPdVVcfff1孔隙压缩系数：孔隙压缩系数：在压力每变在压力每变化一个单位时，单位孔隙体化一个单位时，单位孔隙体积中的孔隙体积变化率积中的孔隙体积变化率。dPdVVcPpp1 在孔隙介质压缩过程中，岩石的压在孔隙介质压缩过程中，岩石的压缩性主要是由于岩石孔隙空间是可压缩缩性主要是由于岩石孔隙空间是可压缩的，而岩石颗粒的压缩性并不起主要作的，

17、而岩石颗粒的压缩性并不起主要作用，所以在上两式中的孔隙体积变化是用，所以在上两式中的孔隙体积变化是相等的。相等的。 dPdVdPdVfp 但是岩石体积和总孔隙体积不相但是岩石体积和总孔隙体积不相等，即等，即fPVV所以：所以：fffPcdPdVVc1第一节第一节 物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数二、物质平衡方法所需要的物性参数二、物质平衡方法所需要的物性参数 （四）综合压缩系数（四）综合压缩系数（C Ce e） 它反应了油层弹性能量的大它反应了油层弹性能量的大小。小。 Ce等于压力下降等于压力下降1兆帕以后兆帕以后总共能从含地层油为一单位的总共能从含

18、地层油为一单位的地层中驱出的油量，它等于：地层中驱出的油量，它等于： powowoecScSScc1（五）地层油的体积系数（五）地层油的体积系数 原油在地下的体积与其在地原油在地下的体积与其在地面脱气后的体积之比，即：面脱气后的体积之比，即：sRoVVBV VR R为地层条件下的原油体积，为地层条件下的原油体积，Vs为在地面条件下原油体积。为在地面条件下原油体积。原油的地下体积系数Bo一般都大于1。且溶解油气比越大，其体积系数越大。第一节第一节 物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数物质平衡方法所需要的基础资料及物性参数二、物质平衡方法所需要的物性参数二、物质平衡方法所需要的物性参数 （六）地

19、层油的两相体积系数（六）地层油的两相体积系数 定义：定义：油藏压力低于泡点压力油藏压力低于泡点压力时，在给定压力下地层油和其时，在给定压力下地层油和其释放出气体的总体积与它在地释放出气体的总体积与它在地面脱气后的体积之比。面脱气后的体积之比。 gssioTBRRBB式中：式中： B BT T油气两相体积系数，油气两相体积系数，m m3 3/t/t； R Rs s原始溶解气油比，原始溶解气油比，m m3 3/t/t； R Rs s压力压力P P时的溶解气油比，时的溶解气油比，m m3 3/t/t； B Bg g气体体积系数，气体体积系数，m m3 3/m/m3 3。两相体积系数表示两相体积系数表

20、示: :地层溶气地层溶气原油由于压力变化而引起的地原油由于压力变化而引起的地层中油、气体积变化的总和。层中油、气体积变化的总和。 （七）气体体积系数（七）气体体积系数 就是同等重量的气体在地下的就是同等重量的气体在地下的体积与地面的标准体积之比，体积与地面的标准体积之比，即即 1gsgrgVVB第三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 形成条件：无边底水、注入水、无气顶、形成条件：无边底水、注入水、无气顶、P Pi iPPb b 该类油藏在开采初期主要依靠地层压力下降所引起的岩该类油藏在开采初期主要依靠地层压力下降所引起的岩石孔隙及其中所储集的油，水的弹性膨胀作用，将原油从地

21、石孔隙及其中所储集的油，水的弹性膨胀作用，将原油从地层驱替到井底。层驱替到井底。 一、方程的推导一、方程的推导 原理：原理：若忽略岩石和束缚水的弹性膨胀，开发过程中的若忽略岩石和束缚水的弹性膨胀，开发过程中的任一时刻，任一时刻，油藏内所含流体体积原始状况下油藏内所含流油藏内所含流体体积原始状况下油藏内所含流体体积。体体积。进行方程推导时，主要考虑压力下降引起的流体的弹性膨胀。进行方程推导时，主要考虑压力下降引起的流体的弹性膨胀。第三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 一、方程的推导一、方程的推导 当油藏压力为当油藏压力为P Pi i（原始状况）时（原始状况）时 ：地层油的地

22、下体积地层油的地下体积原始含油体积原始含油体积原始条件下地层油的体积系数原始条件下地层油的体积系数 NBoi 当油藏压力变为当油藏压力变为P时：时： 地层油的地下体积目前剩余油的体积地层油的地下体积目前剩余油的体积地层原油体积系数地层原油体积系数 （N-Np）Bo 根据物质平衡的原理，在不考虑岩石和束缚水的弹性膨根据物质平衡的原理，在不考虑岩石和束缚水的弹性膨胀时弹性驱油藏的物质平衡关系为：胀时弹性驱油藏的物质平衡关系为： NBoi（N-Np）BooiooPBBBNN第三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 一、方程的推导一、方程的推导 因为因为Bo-Boi=coBoiP，所

23、以上式可写成：，所以上式可写成： PBcBNNoiooPoiooPBBBNN 为不考虑岩石为不考虑岩石和束缚水的弹性膨胀和束缚水的弹性膨胀时弹性驱油时弹性驱油 藏的物藏的物 质平衡方程式质平衡方程式 当考虑岩石和束缚水的弹性膨胀时，当考虑岩石和束缚水的弹性膨胀时，从体积平衡角度写从体积平衡角度写出的物质平衡方程应为：出的物质平衡方程应为： 总采出流体的地下体积总采出流体的地下体积=地下流体的总膨胀体积地下流体的总膨胀体积 对于弹性驱油藏，为：对于弹性驱油藏，为：采出油的地下体积采出油的地下体积 原油的膨胀体积原油的膨胀体积+岩石孔隙减小体积岩石孔隙减小体积+束缚水的膨胀体积束缚水的膨胀体积 第

24、三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 一、方程的推导一、方程的推导 即：即：PNBSScPNBScPNBcBNoioiwcwoioiPoiooP1PNBcoiePBcBNNoieoP化简得：化简得：PoiwoiwcoecScSScc1式中：式中： 为考虑岩石和束缚水为考虑岩石和束缚水 的弹性膨胀时弹性驱油藏的物的弹性膨胀时弹性驱油藏的物 质平衡方程式质平衡方程式 第三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 二、方程的应用二、方程的应用 （一）计算弹性产率（一）计算弹性产率 PBcBNNoieoP将将改写成如下形式：改写成如下形式： NcBBPNeooiP K

25、1为弹性产率，为弹性产率，它表示单位地层压降下的产量，米它表示单位地层压降下的产量，米3/兆帕。兆帕。 弹性产率可以用来衡量油田弹性能量的大小。弹性产率可以用来衡量油田弹性能量的大小。1K一般说来，一个封闭弹性驱油藏的弹性产率是不变的，即不随油藏生产时一般说来，一个封闭弹性驱油藏的弹性产率是不变的，即不随油藏生产时间和油井工作制度的变化而变化。因此间和油井工作制度的变化而变化。因此这类油藏的总压降与累积产量的关这类油藏的总压降与累积产量的关系通常是一直线。系通常是一直线。如果弹性产率发生较大变化，则可能是油藏的封闭条件发生了变化，或是如果弹性产率发生较大变化，则可能是油藏的封闭条件发生了变化，

26、或是有外部流体流入油藏；或是流体从油藏外流。判断的方法是：有外部流体流入油藏；或是流体从油藏外流。判断的方法是：如果如果NP/P增大，表明外部流体入侵；增大，表明外部流体入侵；如果如果NP/P减小，表明流体从油藏外流。减小，表明流体从油藏外流。第三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 二、方程的应用二、方程的应用 （二）确定弹性产油量（二）确定弹性产油量 总的弹性采油量为：总的弹性采油量为： bieooiPPPNcBBNb式中式中：Pi原始地层压力，原始地层压力，MPa； Pb饱和压力，饱和压力，MPa总的弹性采收率则为：总的弹性采收率则为： bieooiPpbPPcBBNN

27、b 我们从油藏的压缩性来估计，下降我们从油藏的压缩性来估计，下降1.0兆帕约采出地质储量的兆帕约采出地质储量的0.20.5%左右。这种情况表明弹性采油量是很低的。当地饱压差较大时，左右。这种情况表明弹性采油量是很低的。当地饱压差较大时，弹性采收率可相应提高。弹性采收率可相应提高。 （三）预测油藏动态（三）预测油藏动态 第三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 二、方程的应用二、方程的应用 PBcBNNoieoPPNcBBNeooiP 由上式可看出，当地质储量由上式可看出，当地质储量N N，综合压缩系数，综合压缩系数CeCe已知时，已知时，便可对便可对NP和和P这两个参数进行预

28、测。这两个参数进行预测。 预测方法：预测方法：1 1）作出油田开发过程中不同时刻的累积产量与压力降的）作出油田开发过程中不同时刻的累积产量与压力降的关系曲线，该曲线应是一条过原点的直线。关系曲线，该曲线应是一条过原点的直线。2 2）预测到某一累积产量时的压力降；反之，也可给定某）预测到某一累积产量时的压力降；反之，也可给定某一压降值求出相应的累积产量。一压降值求出相应的累积产量。【实例【实例5-1】某弹性驱动油藏，原始储量为某弹性驱动油藏，原始储量为526526万吨，原始地万吨，原始地层压力层压力P Pi i=38.5=38.5兆帕，饱和压力兆帕，饱和压力P Pb b =17.5 =17.5兆

29、帕。该油藏自兆帕。该油藏自7171年年年底投产，其压力和产量的变化如表年底投产，其压力和产量的变化如表5-15-1所示。试求油藏的弹所示。试求油藏的弹性产率及弹性采收率。性产率及弹性采收率。（三）预测油藏动态（三）预测油藏动态 第三节第三节 弹性驱油藏物质平衡方程弹性驱油藏物质平衡方程 年年 71 72 73 时时间间 月月 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 7 8 9 10 总压降总压降(MPa) 1.04 1.38 1.67 1.91 2.11 2.3 2.58 2.82 3.13 3.53 4.74 6.88 8.82 10.3 累积产累积产油量油量(104t) 1.5 2.

30、1 2.5 3.2 3.4 3.6 4.1 4.7 5.1 5.6 8.2 12.0 15.5 18.3 表表5-1 某油藏压力产量变化数据表某油藏压力产量变化数据表 第四节第四节 溶解气驱物质平衡方程溶解气驱物质平衡方程 形成条件：油藏无边底水，无气顶，形成条件：油藏无边底水，无气顶，PiPb 该类油藏的开采主要是依靠地层压力下降所引起的油及该类油藏的开采主要是依靠地层压力下降所引起的油及其中的溶解气的弹性膨胀作用，将原油从地层驱替到井底。其中的溶解气的弹性膨胀作用，将原油从地层驱替到井底。 一、溶解气驱油藏的开发特点一、溶解气驱油藏的开发特点 （1）压力急剧下降。）压力急剧下降。 （2）气

31、油比上升快。）气油比上升快。 （3）生产无水原油。）生产无水原油。 （4）油产量不断下降。）油产量不断下降。 （5）原油采收率低。）原油采收率低。 二、方程的推导二、方程的推导 第四节第四节 溶解气驱物质平衡方程溶解气驱物质平衡方程 油 油气NP, RPPi 原始状态P 目前状态 在进行物质平衡方程的推导时在进行物质平衡方程的推导时主要考虑到溶解气的分主要考虑到溶解气的分离和流体的弹性膨胀。离和流体的弹性膨胀。 原理：原理：油藏中流体体积原始条件下油藏的流体体积油藏中流体体积原始条件下油藏的流体体积 不考虑岩石和束缚水的弹性膨胀时：不考虑岩石和束缚水的弹性膨胀时：二、方程的推导二、方程的推导 第四节第四节 溶解气驱物质平衡方程溶解气驱物质平衡方程 当油藏压力为当油藏压力为Pi时：时： 地层油的地下体积地层油的地下体积原始含油体积原始