油藏物理地层油水的性质市公开课获奖课件

1、第四节 地层油高压物性参数 1 地层油密度和相对密度 2 地层原油溶解气油比 3 地层原油体积系数 4 地层原油压缩系数 5 地层原油粘度 6 原油凝固点第1页第1页1、地下原油由于溶解有大量天然气。其密度通常要比地面脱气原油密度小。2、地下原油密度随温度增长而下降。3、当压力小于饱和压力时，由于随压力增长，溶解天然气量增长，因而原油密度减小；当压力高于饱和压力时，天然气已所有溶解，随压力增长原油受压缩，因而原油密度增大 。 一. 地层油密度和相对密度地层原油特点：地层原油处于高温高压状态，油中溶解有大量天然气。第2页第2页 A、当PPb时： Rs不随压力改变而改变，为原始溶解气油比Rs i。

2、 B、当PPb时： Rs随压力减少而减少。（压力减少，一部分气体已从地层原油中逸出，溶解于原油中气量减少，故溶解气油比Rs减少。） C、当PPb(饱和压力)时， Rs为最大值。二. 地层原油溶解气油比（ Rs ） 1、 Rs定义：地层油溶解气油比Rs是指单位体积地面原油在地层压力、温度下所溶有天然气在原则状态下体积。 2、 Rs与压力改变关系第3页第3页三、地层原油体积系数1、地层原油单相体积系数（ Bo ）Bo定义：原油在地层条件下体积(即地层油体积)与其在地面脱气后体积之比，原油地下体积系数，简称为原油体积系数，用Bo表示，即：2、原油体积系数随压力改变关系 (1)当PPb 时，体积系数随

3、压力减少而增长。（这是由于单相地层油体积Vf 膨胀，故Bo增长。） (2)当PPb时， Bo随压力减少而减小。（这是由于随地层压力减少，溶解气量减小，地层油体积Vf 收缩，故Bo随压力减少而减小。） (3)当PPb时，体积系数Bo最大。（这是由于单相地层油体积在Pb时膨胀达到最大。） 第4页第4页2、原油收缩系数地层油由地下至地面脱气后，其体积必定变小，这种现象称为地层原油收缩，收缩程度用原油收缩系数或原油收缩率表示：（1）定义收缩系数为原油体积系数倒数，即o=1B oVosVf。用收缩系数乘以地层条件下体积，可求得地面脱气油体积；反之，用体积系数乘以地面脱气油体积，也可求得地层油体积。这样很

4、以便地进行地面油体积与地层油体积换算。（2）收缩率定义为 。从物理意义上讲， 反应了原油采至地面后体积收缩量。第5页第5页3、地层油气两相体积系数（ Bt ） 地层油气两相体积系数是指:当油层压力低于饱和压力时，地层中原油和析出气体总体积与它在地面脱气后原油体积之比，用符号Bt表示。 (1)当地层压力不小于或等于饱和压力(即PPb)时，RsRsi，使RsiRs0，则BtBob，即两相体积系数等于单相油体积系数。(2)当地层压力减少到地面大气压时，油中溶解气所有脱出，Rs0；此时，Bg1，Bo1，故得出Bt1+Rsi，此时Bt为最大值。(3)由于Bo、Bg、Rs均为压力P函数，Bt也是压力函数，

5、 Bt-P关系曲线如图43中虚线所表示。第6页第6页 中国石油大学（北京）111第7页第7页四、地层原油压缩系数 所谓原油压缩系数是指地层油体积随压力改变改变率。在等温条件下原油压缩系数： 第8页第8页第9页第9页 五、地层原油粘度 地层原油粘度是石油工程计算中主要参数之一。它是影响油井产量主要原因，有些原油由于粘度过大，致使油井无法产油。 第10页第10页 1、原油分子量越大，则粘度越高。2、原油中非烃含量（即胶质-沥青含量）越高，则粘度越高。五、 地层原油粘度 原油粘度主要影响原因有原油分子量、原油中非烃含量（即胶质-沥青含量）、压力、温度 。第11页第11页 3、 原油粘度对于温度改变是

6、很敏感。温度提升，原油粘度减少。第12页第12页 50C时，500mPa.s 100C时，100mPa.s 8mPa.s/10C第13页第13页 4、压力对地层原油粘度影响(1)当PPb 时，粘度随压力减少而减小。(2)当PPb时，粘度随压力减少而增大。（这是由于随地层压力减少，溶解气量减小。） (3)当PPb时，粘度最小。第14页第14页 六、原油凝固点石蜡初始结晶温度，随溶解气量增长而减少。 原油凝固点是指原油冷却由流动态到失去流动性临界温度点。 第15页第15页 三个温度点：凝固点、反常点、析蜡点三个区域：固体区、牛顿流体、非牛顿流体牛顿流体假塑性屈服塑性第16页第16页典型未饱和油藏地

7、层油高压物性参数随压力改变规律第17页第17页第五节 地层水高压物性 地层水或称油层水是指处于油藏边部和底部边水和底水、层间水以及与原油同层束缚水总称。 束缚水是油藏形成时残余在孔隙中水，它与油气共存但不参与流动，因此称为束缚水。 地层水是与石油天然气紧密接触地层流体，边水和底水常作为驱油动力，而束缚水尽管不流动，但它在油层微观孔隙中分布特性直接影响着油层含油饱和度。第18页第18页理解地层水性质和构成含有下列意义： （1）能够判断边水流向、判断断块连通性，分析油井出水原因； （2）研究注入水配伍性、分析储层伤害原因和程度（如结垢）； （3）为油田污水处理及排污设计提供依据。 （4）依据油田水

8、型判断沉积环境。 第19页第19页第五节 地层水高压物性 一、地层水化学构成及地层水分类二、地层水高压物性 1)、天然气在地层水中溶解度 2)、地层水压缩系数3)、地层水体积系数 4)、地层水粘度第20页第20页第五节 地层水高压物性 一、地层水化学构成1、化学组成地层水在地层中长久与岩石和原油接触，通常含有相称多金属盐类，如钾盐、钠盐、钙盐、镁盐等，尤其以钾盐、钠盐最多，故称为盐水。地层水溶液中: 1) 常见阳离子为Na+、K+、Ca2+、Mg2+， 2) 常见阴离子为Cl、SO42、HCO3及CO32、NO3、Br、I 3) 不同种类微生物，其中最常见是非常顽固厌氧硫酸还原菌，它们助长了油

9、井套管腐蚀，在注水过程中造成地层堵塞。这些微生物起源尚不十分清楚，它们可能存在于封闭油藏中，或因为钻井而带入地层。 4) 微量有机物质，如环烷酸、酯肪酸、胺酸、腐植酸和其它比较复杂有机化合物等。因为这些有机酸对注入水洗油能力有直接影响，因此，在油田注水水质选择上要对它们给予重视。 第21页第21页2、矿化度与离子毫克当量浓度矿化度: 代表水中矿物盐总浓度，用mgL或ppm（百万分之一）来表示。地层水总矿化度表示水中正、负离子含量之总和。 原始地层条件下，高矿化度地层水处于饱和溶液状态，当由地层流至地面时，会由于温度、压力减少，造成盐从地层水中析出，严重时还可在井筒中结盐，给生产带来困难。离子毫

10、克当量浓度: 离子毫克当量浓度等于某离子浓度除以该离子当量。 比如，已知氯离子(Cl)浓度为7896mgL，而氯离子化合当量35.3，则氯离子毫克当量浓度789635.3225.6毫克当量升。第22页第22页 第23页第23页第五节 地层水高压物性 一、地层水化学构成3、硬度 地层水硬度是指地层水中钙、镁等二价阳离子含量大小。在使用化学驱(如注入聚合物或活性剂等)时，水硬度太高，注入化学剂会产生沉淀而影响驱替效果。因此，在油田生产中必须对地层水矿化度、硬度有清楚结识。 第24页第24页二、地层水水型分类 1、水型分类苏林分类法 (1)硫酸钠(Na2SO4)水型：代表大陆冲刷环境条件下形成水，普

11、通来说，此水型是环境封闭性差反应，该环境不利于油气汇集和保留。地面水多半为该水型。 (2)重碳酸钠(NaHCO3)水型：代表大陆环境条件下形成水型，该水型水在油田中分布很广，它出现可作为含油良好标志。 (3)氯化镁(MgCl2)水型：代表海洋环境下形成水。该水型普通多存在于油、气田内部。(4)氯化钙(CaCl2)水型：代表深层封闭结构环境下形成水，环境封闭性好，有助于油、气汇集和保留，是含油气良好标志。第25页第25页 第26页第26页 第27页第27页 图48 离子化合顺序示意图 2、水型判断办法阴、阳离子结合顺序 第28页第28页 第29页第29页 三、 地层水高压物性 1、天然气在地层水

12、中溶解度天然气在地层水中溶解度是指地面条件下单位体积地层水，在地层压力、温度条件下所溶解天然气体积（单位：（标）m3m3）。 第30页第30页 地层水压缩系数定义为地层水单位压力改变时体积改变率，其数学表示式为：式中：Cw 地层水压缩系数，MPa1； Vw 地层水体积，m3； 地层水压缩系数Cw与压力、温度和溶解气量关系表示在图49中 恒温条件下地层水体积随压力改变率，m3/MPa 2、地层水压缩系数 计算油层弹性能量时，地层水弹性是相称主要一个方面。 第31页第31页 第32页第32页3、地层水体积系数 定义为等量地层水在地下体积与其在地面条件下体积之比，其数学表示式为：式中：Bw地层水体积

13、系数；小数 Vw在地层条件下，地层水体积，m3； Vws该地层水在地面条件下体积，m3。第33页第33页 地层水体积系数与温度、压力以及溶气大小相关。 地层水体积系数伴随温度增长而增长，伴随压力增长而减小； 第34页第34页 地层水粘度与温度、压力和含盐量关系见图411和图412所表示。 由图能够看出：温度对地层水粘度影响较大，伴随温度增高而粘度大大减少，但压力对其影响甚微。4、地层水粘度第35页第35页第36页第36页 第37页第37页 测定油气高压物性办法 1、PVT试验装置 2、油气样品准备 3、黑油相态及物性测定 (1)饱和压力和压缩系数测定 (2)地层油溶解气油比和体积系数测定 (3

14、)地层油粘度测定 第六节 地层油、气高压物性参数测算第38页第38页4、凝析气相图及物性测定 5、干气物性分析6、试验数据匀整 （1）高于饱和压力时原油体积系数Bo匀整 （2）低于饱和压力时两相体积系数匀整（3）天然气体积系数Bg匀整 第六节 地层油、气高压物性参数测算第39页第39页 图4-14 地层油高压物性分析流程示意图 在矿场实际中，最惯用办法是室内试验对原油和天然气高压物性分析和实测，其分析流程简图如图414所表示。第六节 地层油、气高压物性参数测算第40页第40页1、PVT试验装置 用来测定油气高压物性装置称为高压物性仪，或简称为PVT仪。图415为原油高压物性仪流程示意图，其主要

15、由下列几部分构成：(1)PVT筒(5)、(6)：这是装置关键，是油样或气样达到相平衡高压容器，普通带有视窗。用于黑油PVT筒视窗在上部，以观测泡点。用于凝析气PVT筒视窗在下部，以观测露点。视窗材料为蓝宝石或高强度玻璃。图中仪器由(5)、(6)两个PVT筒构成，一个为主釜，另一个为副釜。两个PVT筒之间通过管线相连，并有一个毛细管粘度计旁路。(2) 高压计量泵(13)、(14)：能够加压并计量PVT筒油气体积，图中PVT筒中与活塞相连接就是高压计量泵螺杆，油气体积计量通过传感器探测活塞位置并由计算机程序测算并统计。(3)压力表(11)、(12)：测量高压容器内压力。(4)油气分离器(2)和气量

16、计(1)：当进行差别分离脱气试验时，测量产出气体体积。(5)高压粘度计：由毛细管(4)和压差传感器(6)构成，在线测量高压含气油粘度。 (6)恒温箱：将PVT筒、高压粘度计等所有置于恒温箱内，保持地层温度。(7)外部转样设备：包括取样器(7)、转样器恒温水浴(8)和转样泵(10)以及转样泵工作液储罐(9)。第六节 地层油、气高压物性参数测算第41页第41页 图415 地层油高压物性仪（无汞PVT仪）流程示意图 第六节 地层油、气高压物性参数测算第42页第42页 第六节 地层油、气高压物性参数测算第43页第43页 计算出不同压力P下Y值，绘制Y-P关系曲线(图417)，普通为直线。第六节 地层油

17、、气高压物性参数测算第44页第44页 矿场惯用地层油饱和压力图版如图418所表示。由于该图考虑了与饱和压力相关各种原因，故该图含有较高精度，与实测值通常仅差7。查图时，从溶解气油比开始，考虑地面原油密度、地层温度，天然气密度，依据实际数值在相应曲线上依次拐弯转折，最后得到饱和压力。 也可采用该图版从当前饱和压力开始反求溶解气油比，但要注意所用压力不能高于油藏原始饱和压力，由于，实际油藏高于饱和压力溶解气油比与饱和压力下溶解气油比相等。 第六节 地层油、气高压物性参数测算第45页第45页二、图版法求地层原油高压物性参数 1、查图版求地层原油饱和压力 2、查图版求地层油体积系数 3、利用图版求地层

18、油粘度 第六节 地层油、气高压物性参数测算第46页第46页 第六节 地层油、气高压物性参数测算第47页第47页 地层原油体积系数与溶解气油比、天然气相对密度、地面原油相对密度以及地层温度间相关关系相关图版如图419所表示。第六节 地层油、气高压物性参数测算第48页第48页 第六节 地层油、气高压物性参数测算第49页第49页 第六节 地层油、气高压物性参数测算第50页第50页 第六节 地层油、气高压物性参数测算第51页第51页3.3 经验关系式法计算原油高压物性参数 1、计算地下原油粘度贝格斯(Beggs)和诺宾森(Robinson)曾提出，由油层温度下脱气油粘度来拟定油层条件下原始粘度相关公式

19、为： (422) (423)式中：o油层条件下原油粘度，mPas； od油层温度下脱气原油粘度，mPas； o地面脱气油密度，gcm3； Rs溶解气油比，m3t。第52页第52页三、 经验关系式法计算原油高压物性参数 2、计算饱和压力下原油体积系数 利用Standing(斯坦丁)经验相关关系，计算饱和压力下原油体积系数关系式为： (424)式中：Bob饱和压力下原油体积系数m3/m3； Rs溶解气油比，m3t； 地面原油相对密度，无因次； 地面天然气相对密度，无因次； t油藏温度, 第53页第53页一、物质平衡方程式推导1、油藏物质平衡原则物质平衡就是指：在油田开发阶段某一时期流体采出量加上剩

20、余储存量等于流体原始储量。如 油藏中原有气量产出气量+油藏中剩余气量2、假设条件孔隙介质孔隙度与压降无关，即在压力发生改变时，孔隙度不发生改变。气体在水中溶解度很小，在此能够忽略不计油气两相在任一压力下均能在瞬间达到平衡油藏温度在整个开发过程中始终保持不变第七节 油气藏物质平衡方程第54页第54页 一个带有气顶饱和油藏，并且在开发过程中有水侵入。油藏在开发前后采出油、气、水体积、压力改变情况如图所表示： 第55页第55页 中国石油大学（北京）符号阐明：N原始储油量，标米3 G原始储气量，标米3Rsi原始溶解气油比，标米3 /米3 Np累积采油量，标米3Rp累积平均生产气油比，标米3 /米3（采

21、出气量/采出油量）Rs油芷压力降为P时溶解油气比，标米3 /米3W在油芷压力降至P时，侵入油带水量，标米3Wp累积产水量，标米3m原始气顶容 积与油带容积之比值Boi原始条件下地层油体积系数 Bo压力降为P时地层油体积系数Bgi原始油芷压力下气体体积系数 Bg在压力为P时气体体积系数Bti原始油芷压力下油气两相体积系数 Bt在压力为P时地层油气两相体积系数Bw在压力为P时地层水体积系数第56页第56页 中国石油大学（北京）（油藏中原始储气量）地面=（采出气量+剩余在地下气量）地面气顶气量+溶解气量=产油量生产气油比+剩余气顶气量+剩余溶解气量气顶气量=mNBoi/Bg 溶解气量（原始）=NRs

22、i（油藏中原始储气量）地面= mNBoi/Bgi +NRsi采出气量=RpNp剩余气顶气量=（m+1）NBoi-（N-Np）Bo-（W-Wp）Bw/Bg剩余溶解气量=（N-Np）Rs（采出气量+剩余在地下气量）地面=RpNp + （N-Np）Rs + +（m+1）NBoi-（N-Np）Bo-（W-Wp）Bw/Bg代入上述方程得：第57页第57页 油气藏物质平衡方程同窗们注意： 上式推导中应用了：Bt=Bo+(Rsi-Rs)Bg Bti=Boi第58页第58页 中国石油大学（北京） 第59页第59页 中国石油大学（北京）二、物质平衡方程分析讨论1、参数分类 第一类：油、气高压物性参数：Rsi，Rs，Bgi，Bg，Boi，Bo，Bti，Bt，