石油大学石油工程油藏工程 物质平衡方程

1、第四章 油藏动态分析方法,什么是油藏的动态分析？,为什么进行油藏的动态分析？,目的：研究掌握油藏的动态变化规律；寻找影响油田动态变化的因素，为开发调整提供依据和方法。,方法：,理论方法：,B-L方法、物质平衡、数值模拟、渗流力学,经验方法：,产量变化规律、含水变化、采收率计算,步骤：,历史拟合,动态预测对比,校正完善,主要内容,物质平衡方法,水驱特征曲线,产量变化规律,水平井产量变化,采收率预测,物质平衡方法,油藏的认识规律演化,油藏的类型及驱动类型,物质平衡方程的建立,物质平衡方程的简化,物质平衡方程的应用,油藏认识演化,几何学油藏：KLHSo.w.g,物理学油藏：KLHSo.w.g + P

2、VT,动力学油藏：KLHSo.w.g + PVT + KP 1、水动力计算：边内、边外、切割注水、面积注水 2、数值 模拟 黑油模型（一维、二维、三维） 组分模型（单组分、多组分）神经网络、复杂网络,经济学油藏： 1、技术、经济、规划、优化 2、将油藏作为商业资产进行经营,油藏的类型及驱动类型,饱和油藏,未饱和油藏,溶解气驱,溶解气驱天然水驱,溶解气驱气顶驱动,溶解气驱气顶驱动天然水驱,封闭弹性驱动,弹性驱动弹性水压驱动,物质平衡方法,物质平衡方程的建立,假设条件：-掌握,油藏内的储层物性和流体物性均质,任意时刻油藏压力处于平衡，压力变化在瞬间达到全油藏的平衡,不考虑油藏的温度变化,各个部位的

3、采出量注入量均衡，且在瞬间达到平衡，即开发指标是油藏空间的平均值,平衡原理：,视油藏为一个容器（封闭或者不封闭），如果不考虑压力变化时油藏孔隙体积的变化，其容积为定值。,可以推出以下的结论：,开发过程中的任一时刻，采出流体的体积剩余在地下的流体体积等于原始条件下油藏的流体体积。,开发过程中的任一时刻，油藏中的流体体积原始条件下油藏的流体体积。,容器内任一时刻油气水三相流体体积变化代数和为零。,所用到的数据：,高压物性数据,生产数据,物质平衡方程的作用：,确定油藏地质储量,驱油能量机理分析,测算水侵量的大小,计算油藏动态,压力数据,物质平衡方程式的建立：,驱油的能量有多种,考虑开采油区，不直接开

4、采气顶,油区采油,油区压力降低,气顶膨胀,边底水入侵,油区溶解气的分离,开发过程中的任一时刻，油藏中的流体体积原始条件下油藏的流体体积。,以气顶和油区孔隙体积减去束缚水所占的体积后为容器的体积,原始条件下气顶区域气体积油区油的体积,压力为P时气顶区域气体积油区油的体积边底水入侵量,原始条件下,油区油体积,气区气体积,m为原始条件下气顶的气体积与油区油体积之比,压力为P时,油区油体积,气区气体积,原有气体总量溶解气量采出气量目前溶解气量,4部分,压力为P时,油区油体积,气区气体积,水侵入区体积,孔隙体积和束缚水体积变化,压力变化导致,将各项放到相应的位置上，即可以得到物质平衡方程：,原始条件下气

5、顶区域气体积油区油的体积压力为P时气顶区域气体积油区油的体积边底水入侵量压力为P时气顶区、油区体积变化和束缚水体积变化,物理意义：,引入两相体积系数：,另外一种形式：,变换,变换,说明：,1 许多参数与地层压力有关，有显函数，还有隐函数，所以应用物质平衡方程时，地层压力应该取全取准,2 是任意的开发时刻与初始时刻的比较，所以将任意时刻的参数代入都可以利用，而与其余的时刻无关。,3 零维方程，将油藏看为整体，不考虑空间参数变化，不考虑空间的渗流特征，可以视为一个点。,4 形式上与时间没有关系，但是部分参数有关，如水侵量。,物质平衡方法,油藏的类型及驱动类型,封闭弹性驱动,形成条件：,无边底水注水

6、，无气顶，地层压力大于饱和压力,单位体积的地层原油，当下降单位地层压力时，依靠原油、束缚水、岩石孔隙体积的弹性采出的地下油量。,封闭弹性驱替例题,某封闭弹性驱油藏，地质储量为526104t，原始地层压力为38.5 Mpa，饱和压力为17.5Mpa.，求弹性产率和弹性采收率。,弹性驱动弹性水压驱动：,形成条件：,无注水，有边底水，无气顶，地层压力大于饱和压力,溶解气驱动：,形成条件：,无边底水注水，无气顶，地层压力等于饱和压力,气顶驱动：,形成条件：,无边底水注水，地层压力等于饱和压力,根据简化条件可以得到各种驱动形式的物质平衡方程。要求可以根据综合形式简化其他形式。,物质平衡方法,评价天然能量

7、大小,每采出1%地质储量，油藏的压力变化值,判断驱油机理,驱动指数：某种驱油能量占总驱油能量的百分数。,溶解气驱动指数,气顶驱动指数,弹性驱动指数,天然水驱动指数,人工注水驱动指数,从油藏中采出的流体是各项能量共同作用的结果,说明：,1 所有的驱动指数之和等于1，哪种能量为主称为某种驱动油藏，某种驱动指数减小，必然引起其他驱动指数的增加,2 在开发过程中，驱动指数在不断的发生变化，应该及时的调节开发方式，向驱动效率高的方式转化。,利用高压物性数据和生产数据确定核实地质储量的大小,封闭弹性驱替,弹性水驱驱替,N,溶解气驱,以溶解气驱动为例进行说明：,物质平衡方程,饱和度方程,瞬时气油比方程,溶解

8、气驱油藏动态预测,动态预测,一油藏的原始地层压力等于饱和压力，没有气顶，要求预测一系列压力下的油藏累积产量，瞬时气油比，采出程度等参数,1 选定一个油藏的压力P1，在该压力下设累积产油量为Np1，利用物质平衡方程可以求出Np1Rp1,2 利用假设的累积产油量为Np1，用饱和度方程求解So1，进而利用油气相对渗透率曲线求解该饱和度下的krg/kro，在利用该值和瞬时气油比方程求解P1时的瞬时生产气油比R1。,3 利用饱和度方程和瞬时气油比方程计算出的R1计算从初始阶段到P1下的累积产气量。,4 比较利用物质平衡方程计算出的产气量和利用瞬时气油比达西定律计算出的产气量是否相同，如果相同，证明假设的

9、Np1正确，否则不正确，重新假设Np1 ，重新计算，直到两者相等。,5 假设压力P2下的累积产油量为Np2，利用物质平衡方程计算总的产气量，进而求出从上一压力时刻到此时的阶段采气量。,6 利用假设的累积产油量为Np2，用饱和度方程求解So2，进而利用油气相对渗透率曲线求解该饱和度下的krg/kro，在利用该值和瞬时气油比方程求解P2时的瞬时生产气油比R2。,7 利用饱和度方程和瞬时气油比方程计算出的R2计算从P1到P2下的累积产气量。,8 比较利用物质平衡方程计算出的产气量和利用瞬时气油比达西定律计算出的产气量是否相同，如果相同，证明假设的Np2正确，否则不正确，重新假设Np2 ，重新计算，直

10、到两者相等。,9 重复计算6-8步骤，即可以得到一系列压力下的累积产油量，以及每个压力下的瞬时生产气油比，采出程度。计算到废弃压力为最终的时刻。,10 整理计算的结果，绘制相应的图表和曲线。,实例分析确定油藏的地质储量和采出程度,1 某溶解气驱开发油藏，原始地层压力为原油的饱和压力为24.5Mpa，经过一端时间的溶解气驱开采后，地层压力下降到19.0Mpa，此时的累计产油量Np为236.2104m3，平均的累计生产气油比为587.7 m3/m3。已知下列参数Boi=1.572 ；Bo=1.52； Bg=0.00572；Rsi=196 m3/m3； Rs=160 m3/m3。核实地质储量和计算采

11、出程度。,与时间无关的水侵,定（稳）态水侵,准定（稳）态水侵,非定（稳）态水侵,与时间无关的水侵,当水区的范围比较小，油藏的压降能迅速的传播到整个水区范围，需要的时间比较短，可以近似的认为水侵量的大小与时间无关。,水侵量的大小即水区弹性能量的发挥。,定（稳）态水侵,形成条件：,水区有充足的水源补给，水区地层压力不变；油藏由于采油速度不高，油藏的压力也保持稳定。此时的油藏采液速度等于边水入侵的速度。,单位时间单位压降下，侵入到油藏中的水量。,准定（稳）态水侵,形成条件：,水区有充足水源补给，地层压力不变；油藏压力不能保持稳定,在一段时间内，油藏的压力可以视为稳定,非定（稳）态水侵,形成条件：,水

12、区有限供给不足，水区压力下降；油藏压力也不能保持稳定，此时的水侵量都是依靠水区弹性能量的发挥。,岩石参数均质，油水粘度相同，内边界压力一定，定端压力解,上解是油藏压力稳定时的解，但是油藏压力是不稳定的,计算中B用到许多的水区参数，这部分参数很难取得,某弹性水驱油藏，有一定的边水，估算供水半径与油区半径比为4。 Pi=15.9 Mpa ; Pb=7.4 Mpa ; N5.4106m3，w=0.68 mPa.s ;h7.3m， =0.20 ; k=0.10 m2; Ro=1365m ; Boi=1.1013; o=0.917; ct=2.0510-3 Mpa-1;,求：1)地质储量,水侵系数； 2

13、)动态预测,如果1988年元旦到1989年元旦期间要求年采油速度达到2%,预测此期间的平均水油比为20%，并且要维持9.85Mpa的地层压力不变，应注多少水量,不稳态水侵量计算实例,解：即如何求出不同时刻的水侵量大小。首先确定水区无因次半径，为4;然后确定无因次时间表达形式：,依次求出85、86、87、88年元旦时的水侵量，利用确定地质储量的方法确定地质储量和水侵系数。以一年为一个计算时间单元,由上图可以得到直线的斜率和截距，即水侵系数和 地质储量,两种计算方法取得的水侵系数差别比较大，一般以物质平衡方程计算得到的为准,动态预测：,19881989年间的产油量为 N2%，换算到地下的体积为 5

14、.41060.021.1082119686。 产水量为：5.41060.020.221600 （油水比为质量比或体积比）,B值已经确定，计算出89年时的压降与无因次水侵量乘积。,物质平衡方程应用总结,优点：只采用生产数据和高压物性数据计算，方法简单明确，是常规油田开发中进行油藏动态分析的基本方法，同时也是估算地质储量的一种方法。,缺点：,1 精度分析 所用数据的精确度影响方程应用的效果。生产数据：产油量计算比较准确（输差，倒算系数），产水量和注水量计量不准确；地层压力选取：如何计算平均地层压力，是否具有普遍性；高压物性：受压力影响比较大，此外水侵量计算受压力的影响也比较大。,2 假设的压力平衡

15、和采出量平衡很难达到，或者说根本达不到，因次要求取得的压力资料一定是油藏的平均压力,3 水侵量计算具有多解性 ，除了采用最小二乘法分析技术外，结合具体的地质资料进行分析也非常必要。,4 假设油藏是一个整体，是储罐模型，适用于油水边界比较固定的情况.,主要内容,1 影响油藏采收率的因素,采收率：在现有的技术经济条件下，从油气藏中能够采出的经济合理油气的量与地质储量之比。,地质因素,人为因素,油气藏的类型：构造，断块，岩性、低渗、裂缝,孔隙结构、润湿性、连通性、非均质、孔渗大小,天然能量大小以及可以利用的程度,流体物性：粘度，饱和压力，组成（后期变化）,开发方式：是否注水,井网的形式密度及后期调整的状况,开采工艺水平和增产措施的应用,三采的类型以及应用的程度,不同开采机理下的采收率状况,一次采油,二次采油,弹性驱替：25%,溶解气驱：1030%,气顶驱替：2550%,天然水驱：2550%,注水开发