油气层渗流力学基础解析课件-2

1、第一章 油气层渗流力学基础1第一节 油气藏类型及外部几何形状简化第二节 油气藏内部空间结构简化第三节 多孔介质的主要特征及连续介质场第四节 渗流过程中的概念及渗流形态的简化2第一节 油气藏类型及外部几何形状简化3一、油气藏流体分布 1、宏观上分布 多相流体在地层中的分布应遵循流体力学静力平衡。在重力作用下产生分异现象。 垂向上：气上、油中、水下 平面上：气内、油中、水外4油藏高度（1）油（气）藏高度油水接触面与油藏最高点的高度差，称为油藏高度。 5气藏高度气水接触面与气藏最高点间的高度差，称为气藏高度。 6油藏高度气顶高度油气藏高度油藏高度：油水接触面和油气接触面之间的高度差气顶高度：油气接触

2、面和油气藏最高点之间的高度差油气藏高度：油藏高度气顶高度 7（2）油（气）藏外（内）边缘气油水油气界面油水界面含油内缘含油外缘油气接触面与油层顶面的交线称含气边缘含气边缘8气油水油气界面油水界面含油内缘含油外缘油水接触面与油层顶面的交界线称油藏外边缘或称含油边缘。 如果油气藏的高度小于油气层的厚度时，油（气）藏的内边缘就不存在（底水油藏）。 含气边缘油水接触面与油层底面的交界线称油藏内边缘或称含水边缘。 9（3）含油（气）面积油藏外边缘所圈闭的面积，称含油面积。油水油水界面含油内缘含油外缘10油藏外边缘所圈闭的面积，称含油面积。对油气藏来讲，即为含油气面积。纯气藏的气藏外边缘所圈闭的面积，称含

3、气面积。 气油水油气界面油水界面含油内缘含油外缘含气边缘含油（气）面积11（4）边水和底水边水底水位于油（气）藏外边缘以外的水称边水。油藏的内含油面积不为0，油藏部分含油面积与水接触。位于油（气）藏边缘以内从下面承托着油（气）的水称为底水。油藏的内含油面积为0，油藏整个含油面积与水接触。12油气界面油水界面 实际上，油气接触面和油水接触面是不存在的，而是存在油气过渡带和油水过渡带。 132、油气藏流体微观分布 微观：润湿性 油相位于大孔隙 束缚水位于小孔隙So +Sw=114二、油气藏类型 1、油气藏分类 构成油气藏的两大要素：储层和流体 储层岩石类型：岩性 储层（油藏）形态：圈闭类型 储集空

4、间类型：孔隙类型 流体类型：流体性质 流体在储层（油气藏）中的分布：接触关系152、油气藏外部形态简化 油气藏大约有几万个，几何形状各式各样、千变万化。 不可能将如此众多而复杂的油气藏类型一一简化，来满足建立油气渗流研究的需要。 从众多复杂的不同类型油气藏中找出它们的共性，才能建立起油气渗流的普遍规律。16第二节 油气藏内部空间结构简化17 内部微观结构非常复杂，流体沿着孔、洞和裂隙网络运动，其运动形态和规律与一般流体流动不同。对油气藏内部结构的认识是渗流力学研究的基础，对它的认识程度决定了渗流力学的发展水平。 图1-7 岩石孔隙空间铸模图图1-8 储集空间类型示意图18一、储集层及储集空间类

5、型1、储集层类型 储集层：能储存和渗滤油气的岩层。 两类主要储集层：碎屑岩和碳酸盐岩。控制的油气储量与产量均占世界总量的99%以上。 特殊（次要）岩类储集层：火山岩、变质岩及泥质岩。 19 2、储集空间类型及大小分类 （1）储集空间三种类型 孔隙 碎屑沉积（如砂岩、砾岩、生物碎屑灰岩等）颗粒之间的粒间孔隙。是砂岩油藏的主要储集空间。 储油空间：粒间孔隙20 裂缝 受构造运动的影响，油气层岩石发生变形，从而产生缝隙。裂缝一般都具有组系性，延伸方向与层面间呈某一夹角，构造缝面较平直，规则，有时可以延伸很长距离。裂缝主要分布在碳酸盐岩层中。 储油空间：孔隙+裂缝21 溶洞 指地面水或地下水的深蚀作用

6、，形成的孔洞。它是碳酸盐储集层常见的孔隙类型之一。 储油空间：孔隙+溶洞22（2）储集空间大小分类 根据储层孔隙大小和储、渗流体能力，分三类： 超毛细管孔隙 孔隙直径0.5mm 裂缝宽度0.25mm 疏松砂岩中的孔隙、大溶洞、大裂缝等 。 23 毛细管孔隙 孔隙直径：0.50.0002mm 裂缝宽度：0.250.0001mm 一般砂岩孔隙 微毛细管孔隙 孔隙直经0.0002mm 裂缝宽度0.0001mm 无效孔隙。泥岩、页岩中孔隙。 24第三节 多孔介质及连续介质场25一、多孔介质的主要特征 多孔介质是指内部含有许多微小孔洞、孔洞之间具有一定程度的连通性、一定条件下流体可以通过微小孔洞进行流动

7、的固体介质。 油气储集层是以岩石颗粒为骨架并含有大量微毛细管孔隙的介质。 一般定义：由毛细管或微毛细管组成的介质。 26从油气储集及渗流的角度，多孔介质有几个和渗流有关的重要特性： 储容性 压缩性 渗透性 比表面性 孔隙结构复杂 27二、连续介质场 多孔介质内部结构复杂，孔隙空间大小、形状不确定，难以准确测量和描述，定量描述流体在多孔介质中流动时所发生的各种微观物理现象也是十分困难的。 在渗流力学研究中，提出了用连续理论的方法来研究油气水在多孔介质中流动规律。 图1-7 岩石孔隙空间铸模图图1-8 储集空间类型示意图28连续介质方法 就是将某一尺度范围不连续的介质，通过研究尺度的粗化或放大，将

8、本不连续的介质处理为连续介质的方法。 这种连续性是相对的，与所研究的内容和层次密切相关。29第四节 渗流过程中的概念 及渗流形态的简化301、渗流 流体通过多孔介质中的流动称为渗流。 与管流，明渠流动，大气流动相比较，其流动环境，流动条件有很大的差异。 一、基本概念31 孔隙小：m、孔隙截面积很小，10-410-8cm2 。 孔道弯曲多变、极不规则 孔隙表面极其粗糙 流体与固体接触面大，其数量量级接近于岩石比面。 渗流环境32渗流基本特征 渗流阻力大 渗流途径曲折复杂 渗流速度小33 流量 单位时间内通过一定横截面积油层的流体体积 渗流速度 a. 单位时间内通过单位横截面积油层的流体体积2、渗

9、流速度 34 b. 单位横截面积油层上的体积流量A岩层的横截面积（渗流面积） v流体的渗流速度过水断面35真实渗流速度f真实渗流面积，即渗流过水断面上，各个孔隙通 道截面积之和。 如何确定任意过水断面上孔隙通道的面积f ？孔隙通道截面积3637 渗流速度：假想速度 假想：在岩层的横截面上岩石颗粒不存在，处处有流体通过，没有流体消失、中断的奇异点，流体通过整个面积。 在这个渗流空间内，每一处都有确定的渗流速度值和压力值。数学研究中，把这样的空间称为连续的渗流空间。可用连续函数的理论来研究速度分布，压力分布，建立渗流的基本规律。 这样，渗流速度不仅易于求得，而且为渗流理论研究带来很大的方便。 38

10、3、压力 表示油藏能量及其变化的一个物理量，油藏能量的重要标志。1）实测压力 地层压力 又称孔隙流体压力，是指地层孔隙内流体所承受的压力。如果该流体为油或气，就称油层或气层压力。39原始地层压力pi 油气层开采以前的地层压力，为原始状态下的地层压力。压力系数 同深度实测原始地层压力与静水压力的比值。衡量地层压力偏离静水压力的程度。 1.2异常高压； 0.81.2正常压力； 0.8异常低压。40原始油层压力的确定 实测法：打第一口或第一批探井时测得。 压力梯度法：可用第一批探井的原始地层压力与其对应的地层深度作压力梯度曲线，由此曲线推得油藏深度的原始地层压力值。 利用气井井口最大关井压力计算气层

11、原始压力。41原始地层压力与其对应的地层深度作压力梯度曲线，由此曲线推得油藏深度的原始地层压力值。 42OWCABCDE原始地层压力pi(MPa)中部深度(m)ABCDE43原始油层压力在背斜构造油藏上的分布特点：原始油层压力随油层埋藏深度的增加而加大；流体性质对原始油层压力的分布有着极为重要影响。44原始油层压力的应用： 预测新井的原始油层压力 计算油藏的平均原始油层压力 计算油层的弹性能量 判断流体类型 判断压力（水动力学）系统 确定流体界面45判断流体类型pi=p0 + gD1.0g/cm30.51g/cm3P*B，A B if：P*AP*B，B A if：P*A=P*B，静止 水平流动

12、或忽略重力： P*A-P*B = PA-PB 流动取决于压力差当油井投产后，折算压力将沿流动方向下降55例：已知M点的压力20MPa，液体的密度0.9gcm3，M点到折算平面（油水界面）的距离20m，则M点的折算压力pzM： pzM=pM+ gHM =201060.91039.820 =20.176106（Pa）=20.176（MPa） 56二、实际渗流形态的简化 渗流速度的引入使我们能排除岩石颗粒的影响，整个渗流空间，看成是处处充满流体的连续的速度场和压力场，每一个空间点都有一个确定的流速和压力值。 因此，在渗流场中关于稳定流、不稳定流以及流线的概念完全与管路水力学中相同。 571、稳定与不

13、稳定流 稳定流：运动要素P、V、T只是空间坐标的函数，与时间t无关，即：58 稳定流时，通过任一断面的质量流量相等，为一常数BBAA59 不稳定流：运动要素是空间坐标和时间t的函数。Pt不稳定流稳定流60 流线 在某一时刻 t 经过流动空间的许多点连接起来的光滑曲线。 曲线上每一流体质点的速度方向与该点切线方向一致。流线非流线61判断是否线性流的依据：若雷诺数大于0.20.3 为非线性流，若雷诺数小于0.20.3 为线性流；线性渗流服从达西定律 ；线性渗流中产量与折算压力差成反比关系 。622、实际渗流形态的简化 单向流 平面径向流 球形径向流63条带状薄板（1）单向流（单度流、直线流、单维流

14、、一维平行流）流体通过岩心的流动直线井排间的流动流线相互平行垂直于流动方向的截面上各点的渗流速度相等对于稳定渗流，流动方向上任一点的压力只是沿程位移x的线性函数 渗流特点64（2）平面径向流在井底附近的渗流可视为平面径向流65 流线都平行于平面 在同一水平面上，流线为径向线，流线呈放射状，流体质点沿径向汇于一点，或由一点向四周发散。 离井越近，渗流面积越小，渗流速度越大，离井越远，渗流面积越大，渗流速度越小。压力大部分消耗在井底附近. 运动要素 v、p是坐标 x、y的函数或极半径r的函数。渗流特点66园形等厚水平均质地层中心一口完善井流体向井的流动可视为平面径向流67（3）球形径向流井若部分钻开油藏，则在井底附近将出现球形径向流。渗流特点：渗流面积为球面，流体在三维空间流动。流线为球的径向线渗流速度v、压力p是座标x、y、z的函数或空间极座标r的函数。底水油藏，或油井仅钻开油层的顶部时，会出现球形径向流。 68实际渗流形态 各种组合单向流 + 平面径向流平面径向流 +