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1、,石油工程概论 (General Introduction of Petroleum Engineering),目 录 第一章 油藏流体及岩石物理性质 第二章 油藏储量和开发机理 第三章 自喷与气举采油技术 第四章 有杆泵及无杆泵采油技术,石油工程概论 (General Introduction of Petroleum Engineering),油藏流体及岩石物理性质,第一章,第一节 油藏流体物理性质,油藏流体 (reservoir fluid),石油(petroleum),天然气(gas),地层水(stratumtous water),油藏流体的特点(the characteristic

2、of reservoir fluid )：,储层烃类：C、H,高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体； 随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。 同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态 转化现象。 烃类流体的密度小，比水轻。,油藏 (reservoir）,储集流体的岩石(rock),储集其中的流体(fluid),一、油气的相态,相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处的状态。,油藏烃类的相态通常用PT图研究。,相：某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、化学性质的均匀物质部分。油藏烃类一般有气、液、固三种相态,多组分烃类系统相图,第一节 油藏流体物理性质,三线,泡点线

3、：AC线，液相区与两相区的分界线,露点线：BC线，气相区与两相区的分界线,等液相线：虚线，线上的液量的含量相等,气,液,二、油气化学组成 1、天然气的组成,石蜡族低分子饱和烷烃 (alkane)（主要）,CH4,7098,非烃气体（少量）,H2S,H2O,N2,CO,CO2,C5,惰性气体(inert gas ):,He、Ar,第一节 油藏流体物理性质,矿藏 (mine),汽油蒸气含量 (the content of gasoline stream),硫含量 (the content of sulfur),凝析气 (condensate gas):具有反凝析作用能形成凝析油的气田气,油藏气 (

4、gas of oil reservoir):又叫油田气,伴生气,溶解或气顶中的气,气藏气 (gas of gas reservoir):又叫气田气,单独聚集成气藏,2、天然气的分类,干气 （CH498%）,湿气（富气） （CH450%，汽油蒸气）,酸气1g/m3,净气1g/m3,第一节 油藏流体物理性质,环烷烃(ring-alkane),芳香烃(aroma-alkane),其它化合物,含硫化合物:硫醇、硫醚、噻吩,含氮化合物:吡咯、吡啶、喹啉、吲哚,高分子杂环化合物:胶质、沥青质,3、石油的组成,烷烃(alkane):C5C16,含氧化合物:环烷酸、苯酚、脂肪酸,第一节 油藏流体物理性质,地层

5、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。,1、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。又称泡点压力。,三、地层原油高压物性,第一节 油藏流体物理性质,Standing于1947年，利用美国加利福尼亚22个油田105个饱和压力数据，建立经验公式：,三、地层原油高压物性,第一节 油藏流体物理性质,其中：饱和压力，MPa； 溶解气油比，m3/m3； 天然气相对密度； 地面脱气原油相对密度； 地层温度，；,1、原油饱和压力,三、地层原油高压物性 地层油：高温高压，溶解有大量的天然气,(1)定义:在油藏温度和压力下地层油中溶解的气

6、量，m3/m3。,Vg地层油在地面脱出的气量（标准状态）m3 Vo地面脱气原油体积，m3。 Rs在地层条件下的原油溶解气油比，,地层油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。,第一节 油藏流体物理性质,2、溶解气油比（Rs）,一次脱气示意图,第一节 油藏流体物理性质,2、溶解气油比（Rs）,Beggs于1980年，利用世界范围内600个实验室6000个以上的数据，建立经验公式：,三、地层原油高压物性,第一节 油藏流体物理性质,Rs溶解气油比，m3/m3； gs若分离器压力在0.689MPa下，分离出气体相对密度； gp由实际的分离条件下，分离出气体相对密度； P地层压力，MPa； T地层温度，；

7、 地面脱气原油相对密度； Pse、Tse分离器的压力（MPa）和温度（）。,2、溶解气油比（Rs）,其中：,(2)影响因素, 油气性质, 压力,油气密度差异越小，地层油的溶解气油比越大。, 温度,油藏条件下，T升高，Rs降低,第一节 油藏流体物理性质,3、压缩系数（Co）,(1)定义 在温度一定的条件下，单位体积地层油随压力变化的体积变化率，1/MPa,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性,3、压缩系数（Co）,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性,Vaquez和Beggs给出了一种用于估算泡点压力以上的经验公式：,Vilena-Lanzi给出了一种用于估算泡点压力以下的经

8、验公式,(2)影响因素分析：,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性,(1)定义 又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积(即地层油体积Vf)与其在地面脱气后的体积(Vs)之比。,一般地，Bo1。,第一节 油藏流体物理性质,4、体积系数（Bo）,三、地层原油高压物性,第一节 油藏流体物理性质,4、体积系数（Bo）,当ppb时：,当p=pb时：,当ppb时：,Bobpb压力下的原油体积系数； Co压缩系数； T地层温度，； o、g 原油和天然气相对密度；,(2)影响因素分析,3、 油藏压力,P , Bo,当PPb时，,当P=Pb时，Bo Bomax,体积系数与压力的关系,第一节 油藏流体

9、物理性质,三、地层原油高压物性,(1)定义 当速度梯度为1时单位面积上流体的内摩擦力，单位：mPa.s。,三、地层原油高压物性 5、粘度（）,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性 5、粘度（）,第一节 油藏流体物理性质,当ppb时：,当ppb时：,(2)影响因素分析：,温度,T，o,压力,o P、T 关系,当P=Pb时，o omin,第一节 油藏流体物理性质,指在油层条件下，粘度大于50 mPa.s，相对密度大于0.90的原油。,三、地层原油高压物性 6、稠油,第一节 油藏流体物理性质,第一节 油藏流体物理性质,四、天然气高压物性 1、压缩因子（Z）,一定温度和压力条件下，一定质量气

10、体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。,理想气体的假设条件：,1.气体分子无体积；,2.气体分子间无作用力；,3.气体分子间是弹性碰撞；,第一节 油藏流体物理性质,压缩因子Z的物理意义：,实际气体与理想气体的差别。,Z1实际气体较理想气体难压缩,Z=1实际气体成为理想气体,Z1实际气体较理想气体易压缩,天然气压缩因子，可根据天然气组成和所处温度、压力条件查相应图版获得。,第一节 油藏流体物理性质,拟对比压力PPr： 拟对比温度TPr：,天然气在油藏条件下的体积V与其在地面标准状态（20，1.013105Pa）下的体积V0之比，单位，m3/m3。,四、天然气高压物性 2、体积系数

11、（Bg）,等温条件下单位体积气体随压力变化率。,3、天然气压缩系数（Cg）,第一节 油藏流体物理性质,四、天然气高压物性 4、粘度（）,低压条件下,大气压下天然气的粘度曲线,气体的粘度随温 度的增加而增加； 气体的粘度随气体 分子量的增大而减 小； 低压范围内，气体 的粘度几乎与压力 无关,第一节 油藏流体物理性质,高压条件下,气体的粘度随压力的增加而增加；,在高压下，气体密度变大，气体分子间的相互作用力起主要作用，气体层间产生单位速度梯度所需的层面剪切应力很大。,气体的粘度随温度的增加而减小；,气体的粘度随气体分子量的增加而增加。,高压下，气体的粘度具有类似于液体粘度的特点。,四、天然气高压

12、物性 4、粘度（）,第一节 油藏流体物理性质,地层水是指处于油藏边部和底部的边水和底水、层间水及与油共存的束缚水等。 1、地层水矿化度,五、地层水高压物性,地层水长期与岩石rock和地层油petroleum接触,地层水中含有大量的无机盐(inorganic salt),定义：单位体积地层水中所含各种离子、分子、盐类、胶体的总含量，称为地层水矿化度，以mg/L或mol/L表示。,第一节 油藏流体物理性质,分类：石油工业通常采用苏林分类法将水分为CaCl2、MgCl2、NaHCO3和Na2SO4四种类型； 地层水主要为NaHCO3和CaCl2两种类型，而我们的地面水主要为Na2SO4型。 地层水的

13、高压物性对于压力、温度、溶解气等具有一定的稳定性。,五、地层水高压物性,第一节 油藏流体物理性质,3、体积系数（BW） 指地层水在地层条件下的体积与其在地面条件下体积之比。地层水的体积系数变化比较小，一般在1.011.02之间。,2、地层水硬度 地层水硬度是指地层水中所含Ca2+、Mg2+的量。通常以1L地层水中含10mg的CaO或7.2mg的MgO为一度。,地层水溶解盐类是影响地层水高压物性的根本原因,第一节 油藏流体物理性质,4、压缩系数（Cw） 等温条件下单位体积气体随压力变化率。通常在3.710-4510-4MPa-1之间变化。,5、粘度（） 地层水粘度：指地层水流动时内摩擦阻力的大小

14、，单位：mPa.s。,第一节 油藏流体物理性质,油气藏 (reservoir）,储集油气的岩石(rock),储集其中的流体(fluid),第二节 油藏岩石物理性质,岩石,沉积岩 sedimentary rock,如碎屑岩(clasolite)、碳酸盐岩(carbonatite)等,岩浆岩magmatic rock,如花岗岩(granite)、玄武岩(basalt)等,如大理岩、片麻岩等,变质岩 metamorphic rock,当只存在一种孔隙结构时称为单纯介质。同时存在两种或三种孔隙结构，称为双重介质或三重介质。绝大多数砂岩油、气层被认为是孔隙介质。碳酸盐岩油藏被认为是具有孔隙及裂缝的双重介

15、质；目前三重介质的研究很少。,岩石,孔隙pore,裂缝 fracture,储集空间,渗流通道,溶洞cavern,第二节 油藏岩石物理性质,一、油藏岩石孔隙度,岩石骨架,孔隙,1、体积组成,总体积,二、油藏岩石物理性质,2、孔隙度 （ ）,是指岩石中孔隙体积与岩石总体积的比值。,绝对孔隙度（ ）,总孔隙体积Va与岩石总体积Vb的比值,有效孔隙度（ ）,流动孔隙度（ ）,有效孔隙体积Ve与岩石总体积Vb的比值,可流动的孔隙体积Vf与岩石总体积Vb的比值,第二节 油藏岩石物理性质,3、岩石孔隙度的分类,第二节 油藏岩石物理性质,3、岩石孔隙度的分类,三种孔隙度的关系：,储层岩石(砂岩)孔隙度评价,矿

16、场资料和文献上不特别标明的孔隙度均指有效孔隙度。,4、碳酸盐岩孔隙度,碳酸盐岩一般是有原生孔隙（基质孔隙）和次生孔隙（裂缝或溶洞）构成的双重孔隙系统，因此，为研究方便，常将碳酸盐岩的孔隙度用原生孔隙度和次生孔隙度两部分表示：,第二节 油藏岩石物理性质,二、油藏岩石流体饱和度,油层孔隙里含油（水、气）的体积与孔隙体积的比值。是计算油田储量的重要数据。含油饱和度越大，说明地层中含油越多。,(同一油藏),1、油藏含油（水、气）饱和度,So、Sw、Sg分别为油、气、水的饱和度； Vo、Vw、Vg分别为油、气、水的体积； Vp、Vt分别为孔隙体积和岩石总体积；,第二节 油藏岩石物理性质,二、油藏岩石流体

17、饱和度,是指分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面，不可流动的水，称为束缚水。 单位孔隙体积中束缚水所占的比例称为束缚水饱和度。,2、束缚水饱和度（Swi),Swi束缚水饱和度； Vwi束缚水体积； Vp孔隙体积；,第二节 油藏岩石物理性质,3、束缚水饱和度影响因素分析：,岩石的孔隙结构,岩石中泥质含量,岩石的润湿性,岩石孔隙小，连通性差，束缚水饱和度大。,随岩石亲水性的增强，束缚水饱和度增加。,泥质含量增加，束缚水饱和度增大。,第二节 油藏岩石物理性质,二、油藏岩石流体饱和度,（1）残余油,被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中的油。,残余油体积与储层孔隙

18、体积之比。,（2）残余油饱和度,4、残余含油饱和度（Sor),剩余油：一个油藏经过某一采油方法开采后，仍不能采出 的地下原油。,5、剩余油饱和度,剩余油饱和度：剩余油体积与储层孔隙体积之比。,二、油藏岩石流体饱和度,第二节 油藏岩石物理性质,二、油藏岩石流体饱和度,第二节 油藏岩石物理性质,6、储层岩石的流体饱和度测量,油层物理方法,测井方法,经验统计公式或经验图版法,常规岩心分析方法,专项岩心分析方法,溶剂抽提法,常压干馏法,色谱法,其大小用渗透率(permeability)表示。,三、油藏岩石渗透率,1856年、法国水利工程师享利达西,未胶结砂充填模型,水流渗滤试验,1、达西定律(Darc

19、ys law),第二节 油藏岩石物理性质,1、达西定律(Darcys law),三、油藏岩石渗透率,Q通过砂层的渗流流量，cm3/s； K砂层渗透率，它反映液体渗过砂层的通过能力，m2； A渗流横截面积，cm2； P两渗流面截间的折算压力差，大气压； 液体粘度，mPas； L两渗流截面间的距离，cm。,第二节 油藏岩石物理性质,1、达西定律(Darcys law),三、油藏岩石渗透率,适用条件： （1）流体必须为牛顿流体； （2）渗流速度必须在适当范围；（渗流阻力主要由粘滞力引起）,第二节 油藏岩石物理性质,v渗流速度，m3.s-1/m2。,渗流速度：真实渗流速度：,1、达西定律(Darcys

20、 law),第二节 油藏岩石物理性质,Re0.2,一般储层岩石和流体物性参数条件下，其临界雷诺数为0.20.3。,高速非达西：当渗流速度增加到一定值后，除粘滞力外，还会产生惯性阻力，此时，流量与压差不是线性关系。,临界流速： 卡佳霍夫,Re雷诺数； K砂层渗透率，m2； 流体密度，g/cm3； v渗流速度，cm/s； 流体粘度，mPas； 孔隙度，小数。,1、达西定律(Darcys law),第二节 油藏岩石物理性质,低速非达西：在低速渗流时，由于流体和岩石之间存在吸附作用，或在粘度矿物表面形成水化膜，流量与压差不是线性关系。,当压力梯度很低时，流体不发生流动，因而存在一个启动压力梯度。,2、

21、绝对渗透率：指单相流体在多孔介质中流动，不与之发生物理化学作用的 渗透率。绝对渗透率是油藏岩石本身固有的特性参数，其大小只取决于岩石 本身，而与实验流体无关。,3、有效渗透率：当岩石中有两种以上流体共存时，岩石对某一相流体的通过 能力，又称相渗透率。有效渗透率不仅与岩石本身性质有关，而且与流体 性质及其数量比例有关。,4、相对渗透率：当岩石中有多种流体共存时，每一种流体的有效渗透率与 绝对渗透率的比值，以小数或百分数表示。,多相流体共存时，各相流体相对渗透率之和总是小于1。,三、油藏岩石渗透率,第二节 油藏岩石物理性质,达西定律一般形式,多相流,第二节 油藏岩石物理性质,5、相对渗透率曲线,(

22、1)定义：相对渗透率与流体饱和度关系曲线,(2)典型的相对渗透率曲线,油水相对渗透率,A区： SwSwi；,B区： SwiSw1-Sor；,C区： Sw1-Sor；,第二节 油藏岩石物理性质,(3)相对渗透率曲线的应用,预测水驱油藏的最终采收率,计算含水率,=,=,=,第二节 油藏岩石物理性质,1、沉积作用对渗透率的影响,砂岩的粒度分布范围越广，颗粒分选性越差，胶结物质含量越多，其渗透率就越低。,(1)岩石结构和构造特征对渗透率的影响,式中,C 常系数,具体数值与岩石粒度有关；,d 岩石平均颗粒直径,m；,a 岩石颗粒的标准偏差；,K 岩石渗透率,10-3m2。,渗透率与平均颗粒直径的平方成正

23、比，与颗粒的分选性成反比。,四、油层渗透率影响因素,第二节 油藏岩石物理性质,(2)岩石孔隙结构对渗透率的影响,式中：, 岩石孔隙度,小数；,r 孔喉半径,m；,迂曲度，表示孔道的曲折程度，=1.55.5。,岩石两端面间连通孔隙的有效距离与其直线距离之比。,第二节 油藏岩石物理性质,四、油层渗透率影响因素,2、成岩作用对岩石渗透率的影响,主要表现为压实作用，胶结作用和溶蚀作用等方面,(1)压实作用：,渗透率随上覆压力增加而降低,(2)胶结作用：,胶结物质的沉淀和胶结作用都会使岩石的孔隙通道变小，喉道变细，孔隙曲折性增加，孔隙内表面粗糙度增大，因而引起岩石渗透率显著降低。,(3)溶蚀作用：,溶蚀

24、作用对岩石渗透率有影响，一般使其变大。,第二节 油藏岩石物理性质,四、油层渗透率影响因素,3、构造(地应力)作用对渗透率的影响,储层岩石在地下应力场的作用下，会形成断裂和微裂缝，裂缝对岩石渗透率的影响是巨大的：,式中,Kf 裂缝渗透率，m2；,b 裂缝宽度，m；,r 裂缝孔隙度，小数。,低渗、特低渗储层，若在构造(地应力)作用产生或存在微裂缝时极有可能变成具有中高渗透率的储层。,第二节 油藏岩石物理性质,四、油层渗透率影响因素,4、流体岩石系统的相互作用对渗透率的影响,流体和岩石接触以后或多或少地发生物理和化学作用，从而使得渗透率下降。,第二节 油藏岩石物理性质,四、油层渗透率影响因素,五、油

25、藏岩石压缩系数,1、油藏岩石压缩系数,第二节 油藏岩石物理性质,油藏岩石压缩系数一般在（12）10-4MPa-1。,油藏压力每变化单位压降时，油藏岩石内孔隙体积的变化率。通常用Cr来表示：,2、油藏综合压缩系数 指油藏岩石压缩系数和油藏流体压缩系数之和。通常用C来表示：,岩石孔隙的总内表面积与岩石外表体积之比。是表示岩石骨架分散性的参数。比表面大是多孔介质的重要特性。,六、油藏岩石比表面特征,第二节 油藏岩石物理性质,砂岩储集岩 1-连通孔隙；2-喉道；3-死胡同孔隙； 4-微毛细管束缚孔隙；5-颗粒；6-孤立的孔隙,正是因为多孔介质具有：结构复杂和比表面大这两大特性，决定了流体在其中渗流特点

26、：渗流阻力大，渗流速度缓慢。,七、结构特征,结构复杂是多孔介质的基本特性。 组成岩石的颗粒大小、形状、表面粗糙程度以及胶结程度的变化都是导致孔隙结构复杂的原因。,第二节 油藏岩石物理性质,八、岩石毛管力曲线,第二节 油藏岩石物理性质,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：,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。,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。,弯液面在毛细管中上升的现象,毛管力,八、岩石毛管力曲线,第

27、二节 油藏岩石物理性质,八、岩石毛管力曲线,1、毛管力曲线的基本特征,初始段,中间平缓段,末端上翘段,随压力的增加,非润湿相饱和度缓慢增加。,表面孔或较大的缝隙,中间平缓段越长,说明岩石喉道的分布越集中,分选越好。平缓段位置越靠下,说明岩石主要喉道半径越大。,随着压力的升高,非湿相将进入越来越细的孔隙喉道,但进入速度越来越小,最后曲线与纵坐标轴几乎平行,即压力再增加,非湿相不再进入岩样。,第二节 油藏岩石物理性质,八、岩石毛管力曲线,第二节 油藏岩石物理性质,2、毛管力曲线的特征参数,非湿相流体开始进入岩心中最大喉道的压力或非湿相开始进入岩心的最小压力，称为阈压,或“入口压力”或“门坎压力”。

28、 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。,(1)阈压PT,最大喉道半径rmax,渗透性好的岩石,阈压均比较低；反之,阈压比较大。,第二节 油藏岩石物理性质,(2)饱和度中值压力Pc50,指驱替毛管力曲线上非湿相饱和度为50%时对应的毛管压力,简称中值压力。,中值半径r50,因为岩石的孔隙分布接近正态分布,所以r50可定性地视为岩石的平均喉道半径的大小。,岩石物性越好,Pc50越低,r50越大；物性差的岩石,Pc50很高,甚至在毛管力曲线上读不出来(曲线上非湿相饱和度小于50%)。,第二节 油藏岩石物理性质,当驱替压力达到一

29、定值后,压力再升高,湿相饱和度也不再减小，毛管力曲线与纵轴几乎平行,此时岩心中的湿相饱和度称为最小湿相饱和度Smin。,(3)最小湿相饱和度Smin,对于亲水岩石,Smin相当于岩石的束缚水饱和度。 湿相饱和度Smin越小，表明岩石含油饱和度越大。,第二节 油藏岩石物理性质,退汞曲线：压力接近零时岩心中的含汞饱和度称为最小含汞饱和度SKpmin(相当于亲水油藏水驱后的残余油饱和度)。,退汞效率WE相当于强亲水油藏的水驱采收率。,(4)退汞效率WE,进汞曲线：最高压力点对应的岩心中的含汞饱和度称为最大含汞饱和度Skpmax(相当于强亲水油藏的原始含油饱和度),退汞效率WE：,第二节 油藏岩石物理

30、性质,当毛管倾斜时,水沿毛管上升,但垂直高度不变；当毛管水平放置时,毛管力则成为水驱油的动力。若岩石亲油,毛管力将阻止水进入毛管,从而成为水驱油的阻力。,岩石亲水,毛管力是水驱油的动力,否则毛管力是水驱油的阻力。,3、毛管力应用,第二节 油藏岩石物理性质,研究岩石的孔隙结构,(1)确定岩石的最大孔喉半径及主要孔喉大小。,(2)定量评价孔隙喉道的分布,第二节 油藏岩石物理性质,3、毛管力应用,润湿现象:,干净的玻璃板上滴一滴水,水迅速散成薄薄的一层,干净的玻璃板上滴一滴水银,水银聚拢形成球状,在铜片上滴一滴水银,水银呈馒头状,九、润湿性,第二节 油藏岩石物理性质,1、润湿的定义,2、衡量润湿性的

31、参数（润湿角）,过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角。,定义：,(从极性大的一端算起),第二节 油藏岩石物理性质,九、润湿性,指液体在分子力作用下在固体表面的流散现象。储层岩石成分、流体成分、矿物表面粗糙度以及孔隙结构的非均质性等因素都会影响储层的润湿性。油层润湿性与石油采收率密切相关。,3、润湿性的判断,90,岩石表面亲水,=90,岩石表面中间润湿,90,岩石表面亲油,0,岩石表面完全水湿,岩石表面完全油湿,=180,天然岩石的表面性质 （矿物成份和粗糙度等）,大量实验表明：,岩石的润湿性主要取决于,原油中极性组分的含量,九、润湿性,第二节 油藏岩石物理性质,亲水岩

32、石中的油水分布,亲油岩石中的油水分布,第二节 油藏岩石物理性质,注水开发油田,亲水岩石:,位于孔道中间的油很容易被驱替出,水驱结束后孔隙空间只剩下被分割的油滴,第二节 油藏岩石物理性质,注水开发油田,亲油岩石:,位于岩石颗粒表面和微孔隙中的油很难驱替出来,亲水岩石的水驱采收率大于亲油岩石的水驱采收率。,同样条件下：,第二节 油藏岩石物理性质,敏感性：水敏 速敏 酸敏 碱敏 盐敏 应力敏感 水驱油效率,第二节 油藏岩石物理性质,十、其它性质,在储层中油、气、水构成一个统一的水动力系统。这个系统是由含油区、含气区和含水区所组成。,一、油气水分布表征参数,第三节 相关概念,1. 边水和底水：根据油、

33、气、水的分布状况，把位于含油边缘外部的水称为边水，当油层较厚，地层倾角平缓时，水位于油之下，称为底水 。,底水油藏,边水油藏,第三节 相关概念,一、油气水分布表征参数,2. 开放式和封闭式油藏：,如果油藏外围有天然露头并与天然水源相通，称为“开敞式油藏” ，如果外围封闭（断层遮挡或尖灭作用），无水源，则称为“封闭式油藏”。,1-封闭边缘 2-计算含油边缘 3-含气边缘,1-供给边界 2-计算含油边缘 3-含气边缘,封闭式油藏,开放式油藏,第三节 相关概念,1. 原始地层压力pi：油藏在开发以前，整个油藏处于平衡状态，此时油层中流体所承受的压力称为“原始地层压力”。,一般在油藏开发初期，第一批探

34、井完井诱喷后，立即关井测压，所测得的各井油层中部深度压力就是各井的原始地层压力。,原始地层压力获取的方法：,二、各种压力概念,第二节 油藏岩石物理性质,p=a+bH,式中，系数b称为压力系数。常规油气藏b的取值为0.71.2。当b1.2时，称为异常高压油藏。,油藏埋深H 和实测压力p 曲线,在油藏投入开发以后，油藏就打破了原始状态，在此时所钻的井就不可能直接再测得原始地层压力。这些井的原始地层压力就需要根据该井油层中部深度，在压力梯度曲线上求得。,二、各种压力概念,第二节 油藏岩石物理性质,2. 目前地层压力p : 油藏开发过程中，不同时期的地层压力称为“目前地层压力”。,使一口油井停止生产，

35、而周围的油井继续生产，则关闭井的压力逐渐升高，经过一段较长的时间后，压力值不再上升，趋于稳定，此时测得的该井的油层中部深度实测压力值即为该井的目前地层压力，习惯上也称作为该井的“静压”。,目前地层压力获取的方法：,二、各种压力概念,第二节 油藏岩石物理性质,3. 供给压力pe :油藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力称为“供给压力”。,边缘供给压力pe,二、各种压力概念,第二节 油藏岩石物理性质,4. 井底压力pw :油井生产时井底测得的压力称为井底压力，习惯上也称作为该井的流压。,二、各种压力概念,第二节 油藏岩石物理性质,复习提要,一、地层原油高压物性,2、体积系数（Bo）,3、压缩系

36、数（Co）,4、粘度（）,1、溶解气油比（Rs）,二、天然气高压物性,1、压缩因子（Z）,2、体积系数（Bg）,3、天然气压缩系数（Cg）,4、粘度（）,1、地层水矿化度,三、地层水高压物性,2、地层水硬度,3、体积系数（BW）,4、压缩系数（Cw）,5、粘度,复习提要,四、三种孔隙度的关系：,五、流体饱和度,六、油藏综合压缩系数,七、绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率,八、相对渗透率曲线及其应用,九、各种压力概念,（1）含油（气、水）饱和度 （2）束缚水饱和度（Swi) （3）残余含油饱和度,石油工程概论 (General Introduction of Petroleum Engineer

37、ing),油藏储量和开发机理,第二章,一、地质储量,指在地层原始状态下，油气藏中油气的总储量。获得地质储量是油气勘探的最终目标，也是油气田开发的前提。 按照控制程度及精确性由低到高：,第一节 油藏储量,1、预测储量 在地震详查以及其它方法提供的圈闭内，经过预探井钻探获得油（气）流、油气层或油气显示之后，根据区域地质条件分析和类比，对有利地区按容积法估算的储量。,第一节 油藏储量,2、控制储量 在某一圈闭预探井发现工业油（气）流后，以建立探明储量为目的，在评价钻探过程中钻了少数评价井后所计算的储量。其相对误差不超过50。,3、探明储量 在油（气）田评价钻探阶段完成或基本完成后计算的储量，在现代技

38、术和经济条件下，可提供开采并能获得社会经济效益的可靠储量。,二、容积法计算石油地质储量：,第一节 油藏储量,N = 100AhSoo / Boi N 石油地质储量，104t ； A 含油面积，km2 ； h 平均有效厚度，m ； 平均有效孔隙度，小数； So平均原始含油饱和度，小数； o地面原油密度，t/m3； Boi原始原油体积系数；,第一节 油藏储量,三、可采储量：在现代开采工艺技术和经济条件 下，可以从油（气）藏中采出的 油（气）储量。,开发方案的调整和完善,一个油田的正规开发一般要经历三个阶段：,开发前的准备阶段,开发设计和投产 （开发方案的制订和实施）,详探,开发试验,油层研究和评价

39、,全面布置开发井,制订和实施完井方案、注采方案,工艺技术措施调整,井网层系调整,开发方式调整,第二节 油藏开发机理,第二节 油藏开发机理,油藏驱动能量：,1、天然能量 边底水的压能 流体和岩石的弹性膨胀能 气顶气的弹性膨胀能 溶解气的弹性膨胀能 原油本身的位能 2、人工补充能量 人工向油藏注水、注气来增加油藏驱油能量,驱动石油流动的能量可以是几种能量的综合作用,1、弹性驱动(elastic drive) 主要依靠油藏岩石和流体的弹性膨胀能驱油的驱动。,原油被排挤到生产井中,油藏投入开发,油层压力开始下降,液体、岩石体积发生膨胀,储油层的孔隙体积缩小,第二节 油藏开发机理,天然能量开采的几种开采

40、方式,2、溶解气驱动(solution gas drive) 主要依靠原油中分离出天然气的弹性膨胀能量驱油的驱动方式。,油层压力低于饱和压力,溶解在原油中的天然气将从原油中分离出来,天然气体积发生膨胀,原油被排挤流入油井,第二节 油藏开发机理,3、水压驱动(water drive) 依靠边底水和（或）注入水为主要驱油动力的驱动方式。,(1)刚性水压驱动(rigid water drive) 能量供给充分，水侵量完全补偿采出量。,第二节 油藏开发机理,(2)弹性水压驱动(elastic water drive) 能量供给不充分，水侵量不能补偿采出量。,4、气压驱动(gas drive) 主要靠气

41、顶气的膨胀能或注入气驱油的驱动方式。,(1)刚性气驱(Rigid gas drive) 注入气量足以保持油藏压力稳定，或气顶体积比含油区体积大得多能够保持油藏压力基本保持不变。,第二节 油藏开发机理,(2)弹性气压驱动(Elastic gas drive) 气顶体积小，不能够保持油藏压力基本不变。,5、重力驱动(gravity drive) 依靠原油自身重力作为主要驱油能量的驱动方式。,当一个油藏的油层倾角比较大或油层厚度大时，重力驱动才能发挥作用。,第二节 油藏开发机理,小结：天然能量开采的几种开采方式： 弹性驱动 溶解气驱动 水压驱动 气压驱动 重力驱动,溶解气驱采收率最低。,各种驱动方式

42、的驱油能量来源不同,最终采收率(ultimate recovery)也不同,水压驱动方式的驱油效率最高，采收率最大。,一般情况下,油藏的驱动方式并不是一成不变的,国内外许多油田都采用人工注水保持压力的开发方式。,第二节 油藏开发机理,第三节 砂岩油田注水开发,在进行油田开发方案设计时，首先要确定油田开发方式(development model)，且应当尽可能充分利用油藏本身的天然能量来开发油田。,我国现有油田绝大多数不具备充足的天然能量补给条件,世界油田开发的历史也表明，若只依靠油田本身的能量开发，采油速度低，采收率小，原油产量不能满足国民经济发展的要求,选择合适的注水时机对于充分利用天然能量

43、，提高注水开发效果具有重要意义。,一、注水时间(waterflooding time),第三节 砂岩油田的注水开发,超前注水 同步注水 滞后注水,注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系。,二、注水方式(waterflooding mode),油层性质和构造条件,确定注水方式的主要依据：,目前国内外油田所采用的注水方式,切割注水,面积注水,点状注水,第三节 砂岩油田注水开发,考试安排 时间：2009.6.8 9：0011：00 地点：3-103 专业：安全08,材料07,储运06,储运07,储运08,地质06,地质07,电子07,海工07,环科05,环科07,机电06,机电07,机

44、电08,勘查08,热工07,热工08,石工07,石工08,数学07,数学08,土木06,自动化08 地点：3-105 专业：财务07,财务08,工商08,国贸06,国贸07,国贸08,会计06,会计07,会计08,计算机06,计算机07,计算机08, 信管06,信管07,信管08,英语07, 英语08,营销07,营销08,1、边缘注水(marginal flood) 注水井部署在含水区内或油水过渡带上或含油边界以内不远处。,注水井分布在含油区上,注水井分布在含水区,缘外注水,分类,缘上注水,注水井分布在油水过渡带上,缘内注水,边缘注水示意图,第三节 砂岩油田注水开发,位于油藏构造顶部的生产井往

45、往得不到注入水能量的补充，在顶部易形成低压区，使油藏的驱动方式由水驱方式转变为弹性驱或溶解气驱等消耗开发方式。,油藏构造比较完整，油层分布稳定，边部和内部连通性好，油层流动系数较高，边水比较活跃的中小油田。特别是边缘地区吸水能力要好，以保证压力有效传播，使油田内部受到良好的注水效果。,适用条件,优点,缺点,油水界面比较完整，能够逐步向油藏内部推进，易于控制，无水采收率和低含水采收率比较高，最终采收率也比较高。,边缘注水,2、切割注水(Cutting flood) 利用注水井排将含油面积切割成许多块（切割区），每个切割区可以作为一个独立的开发单元。,切割注水示意图,第三节 砂岩油田注水开发,不能

46、很好地适应非均质油层；注水井间干扰大；注水井排两边地质条件不同时，容易出现区间不平衡现象。,油层大面积分布，并具有一定的延伸长度，在注水井排上可以形成比较完整的切割线；保证在一个切割区内部署的生产井与注水井之间都有较好的连通性；油层具有一定的流动系数，保证在一定的切割区和一定的井排内生产井能见到较好的注水效果。,适用条件,优点,缺点,可根据油田的地质特征来选择切割井排的最佳方向及切割距；可优先开发储量最丰富、油井产量高的区块，使油田很快具有一定的生产能力。,切割注水,3、面积注水(pattern flooding) 将注水井和生产井按一定的几何形状和密度均匀地布置在整个含油面积进行开发。,注采

47、井数比为1：1,（1）线状注水系统(Line flooding) 注水井和生产井都等距地沿着直线分布，一排注水井对应一排生产井。,注水井与生产井即可以正对也可以交错。,第三节 砂岩油田注水开发,（2）强化面积注水系统 根据油水井相互位置和所构成的井网形状不同,五点法,七点法,九点法,反九点法,四点法,由于面积注水井网的灵活性较大，因此具有较强的适应性。,第三节 砂岩油田注水开发,第四节 油田开发方案的编制,根据油田地质、地理等客观条件以及国民经济发展的需要和技术及经济可行性而编制的一整套开发油田的原则、办法和要求。它是对一个要进行开发的油田制订出使油田投入长期和正式生产的一个总体部署和设计，是

48、决定原油从油层流到生产井井底并采出地面的各种条件的综合。,一、开发方案编制的基本原则,(1)在油田客观条件允许的条件下，满足国民经济对原油生产的要求；,(2)充分利用油田天然能量资源，保证获得原油采收率；,(3)油田要长期稳产、高产；,(4)经济效益好；,第四节 油田开发方案的编制,开发方案的主要内容,油田地质情况,储量计算,开发原则,开发程序,开发层系、井网、开采方式和注采系统,钻井工程和完井方法,采油工艺技术,地面集输系统,开发指标,经济评价,方案实施要求,第四节 油田开发方案的编制,复习提要,1、油藏天然驱动能量即驱动方式 边底水的压能 水压驱动 流体和岩石的弹性膨胀能 弹性驱动 气顶气

49、的弹性膨胀能 气压驱动 溶解气的弹性膨胀能 溶解气驱动 原油本身的位能 重力驱动,2、注水方式,注水井在油藏所处的部位和注水井与生产井之间的排列关系。,1、边缘注水； 2、切割注水；3、面积注水；4、点状注水,3、按照控制程度及精确性由低到高：,石油工程概论 (General Introduction of Petroleum Engineering),自喷与气举采油技术,第三章,1、采油方法 采油方法是指将流入井底的原油采到地面所采用的工艺方法和方式。,概述,2、采油方法分类,人工举升采油,自喷采油,采油方法分类,人工给井筒流体增加能量将井底原油举升至地面的采油方式。,利用油层自身能量将原油

50、举升到地面的采油方式。,第一节 自喷采油,1、自喷采油的定义,利用油层本身的能量将油举升到地面的方式。,2、自喷采油的特点,井筒和地面设备简单。,油井自喷的条件、产量,取决于地层中的石油所具有的能量是否大于自喷井中流动过程的能量损失之和。,地层能量与能量损失之和的差值越大，产量越大,一、油井流入动态：,（1）从油层到井底的地下渗流； （2）从井底到井口的垂直管流； （3）经油嘴流出井口的嘴流； （4）通过井口地面出油管线流至 集油站分离器的水平管流。,第一节 自喷采油,1、自喷井生成过程中，原油流至地面分离器一般要经过四个流 动过程：,2、油井流入动态 油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油

51、藏向油井的供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。通过油井流入动态研究，可以为油藏工程提供检验资料；为采油工程的下一步工作提供依据。,第一节 自喷采油,3、油井流入动态曲线 （IPR曲线） 表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPR曲线。,4、采油(液)指数（J),J的确定,改变油井工作制度，当油井稳定生产后，测定一系列流压与产量值绘成一条直线，该直线斜率的负倒数即为采油指数J。,单位生产压差下的油井产油(液)量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量有关的综合指标。,第一节 自喷采油,1、流动型态（流动结构、

52、流型）： 流动过程中油、气的分布状态。, 纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。,影响流型的因素： 气液体积比、流速、气液界面性质等。,第一节 自喷采油,二、 多相垂直管流,滑脱现象： 混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。,特点：气体是分散相，液体是连续相； 气体主要影响混合物密度，不影响摩擦阻力； 滑脱现象比较严重。,井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。,泡流,第一节 自喷采油,当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个

53、油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。,特点：气体呈分散相，液体呈连续相； 一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小,摩擦损失变大。,段塞流,第一节 自喷采油,油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。,特点：气液两相都是连续相； 摩擦损失变大； 滑脱损失变小； 气体举油作用主要是靠摩擦携带。,环流,第一节 自喷采油,气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。,特点：气体是连续相，液体是分散相； 气体以很高的速度携带液滴喷出井口； 气、液之间的相对运动速度很小； 气相是整个流动的控制

54、因素。,雾流,第一节 自喷采油,油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油(液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。 实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。,油气沿井筒喷出时的流型变化示意图 纯油流；泡流； 段塞流；环流；雾流,小结：,第一节 自喷采油,第二节 气举采油原理,必须有足够的气源； 需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂； 一次性投资较大； 系统效率较低。,利用从地面向井筒注入高压气体,将原油举升至地面的一种人工举升方式。,气举定义：,优点：,井口和井下设备比较简单,缺点：,高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向井和水平井等。,适用条件：,一、气举采油原理,依靠从

55、地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。,第二节 气举采油原理,向井筒周期性地注入气体，推动停注期间在井筒内聚集的油层流体段塞升至地面，从而排出井中液体。,气举分类（按注气方式分）,连续气举,将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体。,间歇气举,第二节 气举采油原理,适用条件：供液能力较好、产量较高的油井。,适用条件：油层供给能力差，产量低的油井。,当油井停产时，油管和套管内的液面处于同一高度，当启动压缩机向油套环形空间注入高压气体时，环空液面将被挤压下降。,(1)启动过程,二、气举启动,第二节 气举采油原理,如不考

56、虑液体被挤入地层，环空中的液体将全部进入油管，油管内液面上升。随着压缩机压力的不断提高，最终达到启动压力。,气举井（无阀）的启动过程b环形液面到达管鞋,气举启动压力:当环形空间内的液面达到管鞋(注气点)时的井口注入压力。,第二节 气举采油原理,当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，液面不断升高。最终，液流喷出地面，井底流压随着高压气体的进一步注入，也将不断降低，最后达到一个协调稳定状态。,气举井（无阀）的启动过程c气体进入油管,第二节 气举采油原理,当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将不断降低。,(2)气举过程中压缩机压力变化,压缩机向油套环形空间注入高压气体，

57、随着压缩机压力的不断提高，环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。,当井底流压低于油层压力时，液流则从油层中流出，这时混合液密度又有所增加，压缩机的注入压力也随之增加，经过一段时间后趋于稳定(气举工作压力)。,第二节 气举采油原理,一、自喷井生成过程中，原油流至地面分离器一般要经过四个流动过程： （1）从油层到井底的地下渗流； （2）从井底到井口的垂直管流； （3）经油嘴流出井口的嘴流； （4）通过井口地面出油管线流至集油站分离器的水平管流。 二、多相垂直管流 油井生产中可能出现的流型自下而上依次为： 纯油(液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。,复习提要,三、I

58、PR曲线，产油（液）指数 1、表示产量与井底流压关系的曲线； 2、单位生产压差下的油井产油(液)量。,复习提要,a停产时；b环形液面到达管鞋；c气体进入油管,气举启动压力:当环形空间内的液面达到管鞋(注气点)时的井口注入压力。,四、气举采油 依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。 连续气举 间歇气举,石油工程概论 (General Introduction of Petroleum Engineering),有杆泵及无杆泵采油技术,第四章,第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理,一、抽油装置,其它附件,抽油机是

59、有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。,1、抽油机,第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理,1、抽油机,第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理,游梁-连杆-曲柄机构 减速箱 动力设备 辅助装置,游梁式抽油机组成,工作时，动力设备将高速旋转运动通过减速箱传递给曲柄，带动曲柄作低速旋转；曲柄通过连杆带动游梁作上下摆动；挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动井下深井泵作上下往复运动，把油抽到地面。,工作原理,2、抽油泵,工作筒(外筒和衬套) 柱塞 游动凡尔(排出阀) 固定凡尔(吸入阀),主 要 组 成,抽油泵是将机械能转化为流体压能的设备。,第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理,柱塞,游动凡尔,工作筒,固定凡尔,泵的类型,B-杆式泵,A-管式泵,1油管；2锁紧卡；3柱塞；4游动凡尔；5工作筒；6固定凡尔,第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理,按照抽油泵在油管中的固定方式可分为： 管式泵和杆式泵,（1）管式抽油泵： 下泵深度较小的高产油井,缺点,工作筒在地面组