油藏物理地层油水的性质PPT学习教案

会计学1油藏物理地层油水的性质油藏物理地层油水的性质 051015202530350.650.700.751270oC84oC地层油密度（g/cm ）3压 力 （ MPa）1、地下原油由于溶解有大量的天然气。、地下原油由于溶解有大量的天然气。其密度其密度通常要比通常要比地面脱气原油密度小。地面脱气原油密度小。2 2、地下原油密度随温度的增加而下降。、地下原油密度随温度的增加而下降。3 3、当压力小于饱和压力时，由于随压力增加，溶解的天然气量增加，因而原油、当压力小于饱和压力时，由于随压力增加，溶解的天然气量增加，因而原油密度减小；当压力高于饱和压力时，天然气已全部溶解，随压力增加原油受密度减小；当压力高于饱和压力时，天然气已全部溶解，随压力增加原油受压缩，因而原油密度增大压缩，因而原油密度增大 。 一一. . 地层油的密度和相对密地层油的密度和相对密度度地层原油的特点：地层原油的特点：地层原油处于高温高压状态，地层原油处于高温高压状态，油中溶解有大量的天然气。油中溶解有大量的天然气。第1页/共64页 A A、当当PPb时：时： 不随压力的变不随压力的变化而改变，为原始溶解气油比化而改变，为原始溶解气油比 i。 B B、当当PPb时：时： 随压力降低而随压力降低而降低。（压力降低，一部分气体已从地降低。（压力降低，一部分气体已从地层原油中逸出，溶解于原油中的气量减层原油中逸出，溶解于原油中的气量减少，故溶解气油比少，故溶解气油比R Rs s减少。）减少。） C C、当、当P PP Pb b( (饱和压力饱和压力) )时，时， 为最为最大值。大值。二二. . 地层原油的溶解气油比（地层原油的溶解气油比（ ）第2页/共64页三、地层原油的体积系数三、地层原油的体积系数1、地层原油单相体积系数（、地层原油单相体积系数（ Bo ）Bo定义定义：原油在地层条件下的体积原油在地层条件下的体积(即地层油体积即地层油体积)与其在地面脱气后与其在地面脱气后的体积之比，的体积之比，原油地下体积系数，简称为原油体积系数，原油地下体积系数，简称为原油体积系数，用用Bo表示，即表示，即：2、原油体积系数随压力的变化关系、原油体积系数随压力的变化关系 (1)当当PPb 时，体积系数随压力的降低而增加。（这是由于单相时，体积系数随压力的降低而增加。（这是由于单相地层油体积地层油体积Vf 的的膨胀，故膨胀，故Bo增加。）增加。） (2)当当PPb时，时， Bo随压力降低而减小。（这是由于随地层压力的随压力降低而减小。（这是由于随地层压力的降低，溶解气量减小，地层油体积降低，溶解气量减小，地层油体积Vf 收缩，故收缩，故Bo随压力降低而减小。）随压力降低而减小。） (3)当当PPb时，体积系数时，体积系数Bo最大。（这是由于单相地层油体积最大。（这是由于单相地层油体积在在Pb时膨胀达到最大。）时膨胀达到最大。） osfoVVB第3页/共64页2、原油收缩系数、原油收缩系数地层油由地下至地面脱气后，其体积必然变小，这种现象称为地层原油的收缩，收缩的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的倒数，即o=1B oVosVf。用收缩系数乘以地层条件下的体积，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。这样很方便地进行地面油体积与地层油体积的换算。（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的收缩量。oofosfBBVVV/ ) 1(/ )(sfVV 第4页/共64页3、地层油气两相体积系数（、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，地层中原当油层压力低于饱和压力时，地层中原油和析出气体的总体积与它在地面脱气后原油体积之比，用符号油和析出气体的总体积与它在地面脱气后原油体积之比，用符号Bt表示表示。 gssiosfosgosssiftBRRVVVBVRRVB)()(gssioBRRB)(1)当地层压力大于或等于饱和压力当地层压力大于或等于饱和压力(即即PPb)时，时，RsRsi，使，使RsiRs0，则则BtBob，即两相体积系数等于单相油体积系数，即两相体积系数等于单相油体积系数。(2)当地层压力降低到地面大气压时，油中溶解气全部脱出，当地层压力降低到地面大气压时，油中溶解气全部脱出，Rs0；此时；此时，Bg1，Bo1，故得出，故得出Bt1+Rsi，此时，此时Bt为最大值。为最大值。(3)由于由于Bo、Bg、Rs均为压力均为压力P的函数，的函数，Bt也是压力的函数，也是压力的函数， Bt-P关系曲线关系曲线如图如图43中虚线所示。中虚线所示。第5页/共64页第6页/共64页 所谓原油压缩系数所谓原油压缩系数是指地层油体积随压力的变化的变化率。是指地层油体积随压力的变化的变化率。在等温条件下原油的压缩系数：在等温条件下原油的压缩系数： PPVVVPVVPVVCbfbfffTffo11)(1PPBBBCbooboo1第7页/共64页 我国油田名称 Rsi (标) M3m3 Bo Co 104MPa1 国外油田名称 Rsi (标)m3m3 Bo 大庆油田 P 层 48.2 1.13 7.7 格比尔玛利 (罗马尼亚) 1.1 1.05 大港西区 44 井 M 层 37.3 1.09 7.3 米德兰 范姆斯诺斯(美国) 11.0 1.07 胜利油田营 一 4 井 70.1 1.22 玻璃瓦油田 (委内瑞拉) 85.1 1.26 孤 岛 渤 2618井 G 层 27.5 1.10 7.3 帕宾拉油田狄姆砂层(加拿大) 89.0 1.25 任丘油田 Ps 层 7.0 1.10 10.35 阿加贾里 (伊朗) 190.0 1.42 玉门油田 L 层 65.8 1.16 9.6 北海油田埃克菲斯克(挪威) 580.0 1.78 第8页/共64页 地层原油粘度是石油工程计算中的重要参数之一。它是影响油井产量的重要因素，有些原油由于粘度过大，致使油井无法产油。 第9页/共64页 1 1、原油的分子量越大，则粘度越高。、原油的分子量越大，则粘度越高。2 2、原油中非烃含量（即胶质、原油中非烃含量（即胶质- -沥青含量）越高，沥青含量）越高，则粘度越高。则粘度越高。 原油粘度的主要影响因素有原油的分子量、原油中非烃含量（即胶质原油粘度的主要影响因素有原油的分子量、原油中非烃含量（即胶质-沥青含量）、压力、温度沥青含量）、压力、温度 。第10页/共64页 图4 -5 原 油粘度与温度关系0.1110100100010000050100150200250300温度，粘度，m P a .s水相对密度0.8762原油相对密度0.9861原油 3、 原油粘度对于温度的变化是很敏感的。原油粘度对于温度的变化是很敏感的。温度提高，原油粘度降低。温度提高，原油粘度降低。第11页/共64页 图4 -5 原 油粘度与温度关系050010000100200300温度，粘度，m P a .s50C50C时，时，500mPa.s 500mPa.s 100C100C时，时，100mPa.s 8mPa.s/10C100mPa.s 8mPa.s/10C第12页/共64页 4、压力对地层原油粘度的影响压力对地层原油粘度的影响(1)当当PPb 时，粘度随压力的降低而减小。时，粘度随压力的降低而减小。(2)当当PPb时，时，粘度粘度随压力降低而增大。（这是由于随地层压力的降低，随压力降低而增大。（这是由于随地层压力的降低，溶解气量减小。）溶解气量减小。） (3)当当PPb时，粘度最小。时，粘度最小。第13页/共64页 六、原油凝固点六、原油凝固点石蜡的初始结晶温度，随溶解气量的增加而降低。 原油的凝固点是指原油冷却由流动态到失去流动性的临界温度点。 第14页/共64页 三个温度点：凝固点、反常点、析蜡点三个温度点：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15页/共64页典型未饱和油藏地层油高压物性参数随压力的变化规律典型未饱和油藏地层油高压物性参数随压力的变化规律第16页/共64页是指处于油藏边部和底部的是指处于油藏边部和底部的边水和底水、层间水以及与原油同层的束缚水的边水和底水、层间水以及与原油同层的束缚水的总称。总称。 是油藏形成时残余在孔隙中的水，它与是油藏形成时残余在孔隙中的水，它与油气共存但不参与流动，因此称为束缚水。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的地层流体，地层水是与石油天然气紧密接触的地层流体，边水和底水常作为驱油的动力，而束缚水尽管不边水和底水常作为驱油的动力，而束缚水尽管不流动，但它在油层微观孔隙中的分布特征直接影流动，但它在油层微观孔隙中的分布特征直接影响着油层含油饱和度。响着油层含油饱和度。第17页/共64页了解地层水的性质和组成具有如下意义：了解地层水的性质和组成具有如下意义： （1）可以判断边水流向、判断断块的连通性）可以判断边水流向、判断断块的连通性，分析油井出水原因；，分析油井出水原因； （2）研究注入水的配伍性、分析储层伤害原）研究注入水的配伍性、分析储层伤害原因和程度（如结垢）；因和程度（如结垢）； （3）为油田污水处理及排污设计的提供依据）为油田污水处理及排污设计的提供依据。 （4）根据油田水型判断沉积环境。）根据油田水型判断沉积环境。 第18页/共64页一、地层水的化学组成及地层水的分类一、地层水的化学组成及地层水的分类二、地层水的高压物性二、地层水的高压物性 1)、天然气在地层水中的溶解度天然气在地层水中的溶解度 2)、地层水的压缩系数、地层水的压缩系数3)、地层水的体积系数、地层水的体积系数 4)、地层水的粘度地层水的粘度第19页/共64页1、化学组成、化学组成地层水在地层中长期与岩石和原油接触，通常含有相当多的金属盐类，如地层水在地层中长期与岩石和原油接触，通常含有相当多的金属盐类，如钾盐、钠盐、钙盐、镁盐等，尤其以钾盐、钠盐最多，故称为盐水。钾盐、钠盐、钙盐、镁盐等，尤其以钾盐、钠盐最多，故称为盐水。地层水溶液中地层水溶液中: 1) 常见的阳离子为常见的阳离子为Na+、K+、Ca2+、Mg2+， 2) 常见的阴离子为常见的阴离子为Cl、SO42、HCO3及及CO32、NO3、Br、I 3) 不同种类的微生物，其中最常见的是非常顽固的厌氧硫酸还原菌，不同种类的微生物，其中最常见的是非常顽固的厌氧硫酸还原菌，它们助长了油井套管的腐蚀，在注水过程中导致地层堵塞。这些微生物的来它们助长了油井套管的腐蚀，在注水过程中导致地层堵塞。这些微生物的来源尚不十分清楚，它们可能存在于封闭油藏中，或由于钻井而带入地层。源尚不十分清楚，它们可能存在于封闭油藏中，或由于钻井而带入地层。 4) 4) 微量有机物质，微量有机物质，如环烷酸、酯肪酸、胺酸、腐植酸和其它比较复如环烷酸、酯肪酸、胺酸、腐植酸和其它比较复杂的有机化合物等。因为这些有机酸对注入水洗油能力有直接影响，所以，杂的有机化合物等。因为这些有机酸对注入水洗油能力有直接影响，所以，在油田注水的水质选择上要对它们予以重视。在油田注水的水质选择上要对它们予以重视。 第20页/共64页2、矿化度与离子毫克当量浓度、矿化度与离子毫克当量浓度 代表水中矿物盐的总浓度，用代表水中矿物盐的总浓度，用mgL或或ppm（百万分之一）来表示。地层（百万分之一）来表示。地层水的总矿化度表示水中正、负离子含量之总和。水的总矿化度表示水中正、负离子含量之总和。 原始地层条件下，高矿化度的地层水处于饱和溶液状态，当由地层流至原始地层条件下，高矿化度的地层水处于饱和溶液状态，当由地层流至地面时，会因为温度、压力降低，导致盐从地层水中析出，严重时还可在井地面时，会因为温度、压力降低，导致盐从地层水中析出，严重时还可在井筒中结盐，给生产带来困难。筒中结盐，给生产带来困难。 离子毫克当量浓度等于某离子的浓度除以该离子的当量。离子毫克当量浓度等于某离子的浓度除以该离子的当量。 例如，已知氯离子例如，已知氯离子(Cl)的浓度为的浓度为7896mgL，而氯离子的化合当量，而氯离子的化合当量35.3，则氯离子的，则氯离子的789635.3225.6毫克当量升。毫克当量升。第21页/共64页 表112 地层中常见离子当量 序号 阳离子 化合当量 序号 阴离子 化合当量 1 Ba2+ 68.7=137.33/2 1 CO32 30 2 Ca2+ 20=40/2 2 HCO3 61 3 H+ 1=1/1 3 Cl 35.3 4 Fe3+ 18.6=55.84/3 4 OH 17 5 Fe2+ 27.9=55.85/2 5 O2 8 6 Mg2+ 12.2 6 SO42 48 7 Na+ 23 7 S2 16 8 Sr2+ 43.8 8 SO32 40 第22页/共64页3、硬度、硬度 地层水的硬度是指地层水中钙、镁等二价阳离子地层水的硬度是指地层水中钙、镁等二价阳离子含量的大小。在使用化学驱含量的大小。在使用化学驱(如注入聚合物或活性剂等如注入聚合物或活性剂等)时时，水的硬度太高，注入化学剂会产生沉淀而影响驱替，水的硬度太高，注入化学剂会产生沉淀而影响驱替效果。所以，在油田生产中必须对地层水的矿化度、硬效果。所以，在油田生产中必须对地层水的矿化度、硬度有清楚的认识。度有清楚的认识。 第23页/共64页(1)硫酸钠硫酸钠(Na2SO4)水型：水型：代表大陆冲刷环境条件下形成的水，一般来说，此水型是环境封闭性差的反映，该环境不利于油气聚集和保存。地面水多半为该水型。 (2)代表大陆环境条件下形成的水型，该水型水在油田中分布很广，它的出现可作为含油良好的标志。 (3)代表海洋环境下形成的水。该水型一般多存在于油、气田内部。(4)代表深层封闭构造环境下形成的水，环境封闭性好，有利于油、气聚集和保存，是含油气良好的标志。第24页/共64页 表 114 苏林对水型的判别 当量比 成 因 系 数 水 型 环 境 124SOClNa 硫酸钠型 大陆冲刷环境 (地面水) 1ClNa 124SOClNa 重碳酸钠型 大陆环境 (油、气出水) 12MgNaCl 氯化镁型 海洋环境 (海水) 1ClNa 12MgNaCl 氯化钙型 深层封闭环境 (气出水) 第25页/共64页 表 113 我国和外国油田地层水化学成分和水型 油田名称 总矿化度 mgL Na+ (K+) Mg2+ Ca2+ C1 SO42 HCO3 CO32 水型 大港 S 层 16316 5917 1l 95 7896 18 2334 45 CaCl2 孤岛 M 层 3228 1038 L3 25 1036 0 1116 0 NaHCO3 胜利 M 层 17960 4952 836 620 10402 961 187 0 CaCl2 任丘 Pz 层 178 21 9 20 43 18 67 0 CaCl2 东德克萨斯油田(美国) 64725 23029 536 1360 39000 216 578 0 CaCl2 加奇萨兰油田(伊朗) 95313 33600 30 1470 55000 4920 293 CaCl2 凡尔马斯油田(委内瑞拉) 5643 1739 59 54 1780 2001 MgCl2 第26页/共64页 Na K +2+2+-2-+MgCaClSOHCO43123231图图4 48 8 离子化合顺序示意图离子化合顺序示意图 第27页/共64页 表 114 苏林对水型的判别 当量比 成 因 系 数 水 型 环 境 124SOClNa 硫酸钠型 大陆冲刷环境 (地面水) 1ClNa 124SOClNa 重碳酸钠型 大陆环境 (油、气出水) 12MgNaCl 氯化镁型 海洋环境 (海水) 1ClNa 12MgNaCl 氯化钙型 深层封闭环境 (气出水) 第28页/共64页 三、三、 地层水的高压物性地层水的高压物性 1、天然气在地层水中的溶解度天然气在地层水中的溶解度是指地面条件下单位体积地层水，在地层压力、温度条件下所溶解的天然气体积（单位：（标）m3m3）。 第29页/共64页 地层水的压缩系数定义为地层水单位压力变化时的体积变化率，其地层水的压缩系数定义为地层水单位压力变化时的体积变化率，其数学表达式为：数学表达式为：TwwwPVVC)(1式中：式中：C Cw w 地层水的压缩系数，地层水的压缩系数，MPaMPa1 1； V Vw w 地层水的体积，地层水的体积，m m3 3； 地层水的压缩系数地层水的压缩系数C Cw w与压力、温度和溶解气量的关系表示在图与压力、温度和溶解气量的关系表示在图4 49 9中中 TwPV)(恒温条件下地层水体积随压力的变化率，恒温条件下地层水体积随压力的变化率，m m3 3/MPa/MPa 2、地层水的压缩系数、地层水的压缩系数 计算油层的弹性能量时，地层水的弹性是相当重要的一个方面。计算油层的弹性能量时，地层水的弹性是相当重要的一个方面。 第30页/共64页 第31页/共64页wswwVVB地层水的体积系数地层水的体积系数 定义为等量的地层水在地下的体积与其在地面条件下的体积之比，其数学表达式为：定义为等量的地层水在地下的体积与其在地面条件下的体积之比，其数学表达式为：式中：式中：B Bw w地层水的体积系数；小数地层水的体积系数；小数 V Vw w在地层条件下，地层水的体积，在地层条件下，地层水的体积，m m3 3； V Vwsws该地层水在地面条件下的体积，该地层水在地面条件下的体积，m m3 3。第32页/共64页 地层水的体积系数与温度、压力以及溶气的大小有关。地层水的体积系数与温度、压力以及溶气的大小有关。 地层水的体积系数随着温度的增加而增加，随着压力的增加而减小；地层水的体积系数随着温度的增加而增加，随着压力的增加而减小； 第33页/共64页 地层水的粘度地层水的粘度与温度、压力和含盐量与温度、压力和含盐量的关系见图的关系见图4 41111和图和图4 41212所示。所示。 由图可以看出：温度对地层水的粘度影响较大，随着温度的增高而粘度大大降低，但压力对其影响甚微。由图可以看出：温度对地层水的粘度影响较大，随着温度的增高而粘度大大降低，但压力对其影响甚微。4 4、地层水的粘度、地层水的粘度第34页/共64页第35页/共64页 图4 -13 水 的粘温曲线和含盐量的关系00.20.40.60.811.21.41030507090110130150温度，水的粘度，m P a . sB-盐水( 6 0000mg/L)A-纯水第36页/共64页第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第37页/共64页第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第38页/共64页 流 体 取 样样 品 质 检P V T 实 验试 井 和 取 样 数 据 评 价气 油 比 检 验流 体 组 分 分 析分 离 器 液 体 收 缩 率 测 定P - V 关 系泡 点 压 力接 触 脱 气差 异 脱 气粘 度 测 定地 面 取 样 法井 下 取 样 法测 出 气 油 比 、 体 积 系 数 、 密 度原 始 气 油 比 、 体 积 系 数 、 密 度测 出 泡 点 压 力测 出 压 缩 系 数气 体 组 分 分 析液 体 组 分 分 析 图图4-14 4-14 地层油高压物性分析流程示意图地层油高压物性分析流程示意图 在矿场实际中，最常用的方法是室内实验对原油和天然气高压物性的分析和实测，其分析的流程简图如图在矿场实际中，最常用的方法是室内实验对原油和天然气高压物性的分析和实测，其分析的流程简图如图4 41414所示。所示。第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第39页/共64页第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第40页/共64页 1234578109P恒温箱11121314图图4 415 15 地层油高压物性仪（无汞地层油高压物性仪（无汞PVTPVT仪）流程示意仪）流程示意图图 第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第41页/共64页 第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第42页/共64页 计算出不同压力计算出不同压力P P下的下的Y Y值，绘制值，绘制Y-PY-P关系曲线关系曲线( (图图4 417)17)，一般为直线。，一般为直线。第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第43页/共64页第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第44页/共64页第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第45页/共64页 第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第46页/共64页 地 层 原地 层 原油体积系数油体积系数与溶解气油与溶解气油比、天然气比、天然气相对密度、相对密度、地面原油相地面原油相对密度以及对密度以及地层温度间地层温度间的相关关系的相关关系相关图版如相关图版如图图4 41919所所示。示。第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第47页/共64页 第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第48页/共64页 第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第49页/共64页 第六节第六节 地层油、气高压物性参数的测算地层油、气高压物性参数的测算第50页/共64页BodoA)6904.26(0352. 3)7935.17(4044. 4sosoRBRA第51页/共64页175. 15 . 034003. 0)(1174. 7101175. 1972. 0tRBgosob第52页/共64页第七节第七节 油气藏物质平衡方程油气藏物质平衡方程第53页/共64页 一个带有气顶一个带有气顶饱和油藏饱和油藏，并且在开发过程中有水侵入。油藏在开发前后采出油、气、水的体积、压力变化情况如图所示：，并且在开发过程中有水侵入。油藏在开发前后采出油、气、水的体积、压力变化情况如图所示： 第54页/共64页第55页/共64页第56页/共64页 油气藏物质平衡方程油气藏物质平衡方程)()()()(gigigtititwpgsiptpBBBmBBBBWWBRRBNN第57页/共64页 第58页/共64页第59页/共64页第60页/共64页第61页/共64页第62页/共64页第63页/共64页