01油藏流体及岩石物理性质.ppt

,石油工程概论GeneralIntroductionofPetroleumEngineering,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reservoirfluid,,石油petroleum,天然气gas,地层水stratumtouswater,油藏流体的特点thecharacteristicofreservoirfluid,,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P－T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）,CH4,70－98％,非烃气体（少量）,H2S,H2O,N2,CO,CO2,C5,惰性气体inertgas,He、Ar,第一节油藏流体物理性质,,矿藏mine,汽油蒸气含量thecontentofgasolinestream,硫含量thecontentofsulfur,,凝析气condensategas具有反凝析作用能形成凝析油的气田气,油藏气gasofoilreservoir又叫油田气,伴生气,溶解或气顶中的气,气藏气gasofgasreservoir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1。,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,Bob－pb压力下的原油体积系数；Co－压缩系数；T－地层温度，℃；γo、γg－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P1实际气体较理想气体难压缩,Z1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（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（μ）,低压条件下,大气压下天然气的粘度曲线,①气体的粘度随温度的增加而增加；②气体的粘度随气体分子量的增大而减小；③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,①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。,②气体的粘度随温度的增加而减小；,③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、天然气高压物性4、粘度（μ）,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inorganicsalt,,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1.01～1.02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3.710-4～510-4MPa-1之间变化。,5、粘度（μ）地层水粘度指地层水流动时内摩擦阻力的大小，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sedimentaryrock,如碎屑岩clasolite、碳酸盐岩carbonatite等,岩浆岩magmaticrock,如花岗岩granite、玄武岩basalt等,如大理岩、片麻岩等,变质岩metamorphicrock,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,①岩石的孔隙结构,②岩石中泥质含量,③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Darcy’slaw,第二节油藏岩石物理性质,1、达西定律Darcy’slaw,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；ΔP两渗流面截间的折算压力差，大气压；μ液体粘度，mPas；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Darcy’slaw,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Darcy’slaw,第二节油藏岩石物理性质,Re＝0.2,一般储层岩石和流体物性参数条件下，其临界雷诺数为0.2～0.3。,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；ρ流体密度，g/cm3；v渗流速度，cm/s；μ流体粘度，mPas；φ孔隙度，小数。,1、达西定律Darcy’slaw,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、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,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Sw≤Swi；,B区SwiSw1-Sor；,C区Sw≥1-Sor；,第二节油藏岩石物理性质,3相对渗透率曲线的应用,①预测水驱油藏的最终采收率,＝,②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,μm；,a岩石颗粒的标准偏差；,K岩石渗透率,10-3μm2。,渗透率与平均颗粒直径的平方成正比，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,φ岩石孔隙度,小数；,r孔喉半径,μm；,τ迂曲度，表示孔道的曲折程度，τ1.5～5.5。,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，μm2；,b裂缝宽度，μm；,φr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（1～2）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”。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,θ90,岩石表面亲油,θ＝0,岩石表面完全水湿,岩石表面完全油湿,θ180,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、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,pabH,式中，系数b称为压力系数。常规油气藏b的取值为0.7～1.2。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，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、压缩系数（Co）,4、粘度（μ）,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（μ）,,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,