油藏流体及岩石物理性质市公开课获奖课件

1、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1页第1页第一节 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)油藏流体特点(the characteristic of reservoir fluid )：储层烃类：C、H高温高压，且石油中溶解有大量烃类气体； 随温度、压力改变，油藏流体物理性质也会发生改变。 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。烃类流体密度小，比水轻。油藏(res

2、ervoir）储集流体岩石(rock)储集其中流体(fluid)第2页第2页一、油气相态相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处状态。油藏烃类相态通惯用PT图研究。相：某一体系或系统中含有相同成份，相同物理、化学性质均匀物质部分。油藏烃类普通有气、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，液相区与两相区别界线露点线：BC线，气相区与两相区别界线等液相线：虚线，线上液量含量相等气液第3页第3页二、油气化学构成1、天然气构成 石蜡族低分子饱和烷烃 (alkane)（主要）CH47098C2H6C3H8C4H10 非烃气体（少许）H2SH2ON2COCO2C5惰性气

3、体(inert gas ): He、Ar第一节 油藏流体物理性质第4页第4页矿藏(mine)汽油蒸气含量(the content of gasoline stream)硫含量(the content of sulfur)凝析气 (condensate gas):含有反凝析作用能形成凝析油气田气油藏气 (gas of oil reservoir):又叫油田气,伴气愤,溶解或气顶中气气藏气 (gas of gas reservoir):又叫气田气,单独汇集成气藏2、天然气分类干气 （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（

4、Bo）第16页第16页三、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：Bobpb压力下原油体积系数；Co压缩系数；T地层温度，；o、g 原油和天然气相对密度；第17页第17页(2)影响原因分析2、油藏温度T ，Bo 3、 油藏压力P , Bo当PPb时，P , Bo 当PPb时，P, o 当P1实际气体较抱负气体难压缩Z=1实际气体成为抱负气体Z1实际气体较抱负气体易压缩第24页第24页 天然气压缩因子，可依据天然气组成和所处温度、压力条件核对应图版取得。第一节 油藏流体物理性质拟对比压力PPr：拟对比温度TPr：第25页第25页天然气在油藏条件下体积V与其在地面原

5、则状态（20，1.013105Pa）下体积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改变率。3、天然气压缩系数（Cg）第一节 油藏流体物理性质第26页第26页四、天然气高压物性4、粘度（）低压条件下大气压下天然气粘度曲线气体粘度随温度增长而增长；气体粘度随气体分子量增大而减小；低压范围内，气体粘度几乎与压力无关第一节 油藏流体物理性质第27页第27页高压条件下气体粘度随压力增长而增长； 在高压下，气体密度变大，气体分子间互相作用力起主要作用，气体层间产生单位速度梯度所需层面剪切应力很大。气体粘度随温度增长而减小；气体粘度随气体分子量增长而增长

6、。高压下，气体粘度含有类似于液体粘度特点。四、天然气高压物性4、粘度（）第一节 油藏流体物理性质第28页第28页 地层水是指处于油藏边部和底部边水和底水、层间水及与油共存束缚水等。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 油藏流体物理性质第29页第29页分类：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CaC

7、l2两种类型，而我们地面水主要为Na2SO4型。地层水高压物性对于压力、温度、溶解气等含有一定稳定性。 五、地层水高压物性第一节 油藏流体物理性质第30页第30页3、体积系数（BW） 指地层水在地层条件下体积与其在地面条件下体积之比。地层水体积系数改变比较小，普通在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+量。通常以1L地层水中含10mgCaO或7.2mgMgO为一度。地层水溶解盐类是影响地层水高压物性主线原因第一节 油藏流体物理性质第31页第31页4、压缩系数（Cw）等温条件下单位体积气体随压力改变率。通常在3.710-4510-4MPa-1之间改变。

8、5、粘度（） 地层水粘度：指地层水流动时内摩擦阻力大小，单位：mPa.s。 第一节 油藏流体物理性质第32页第32页油气藏(reservoir）储集油气岩石(rock)储集其中流体(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第33页第33页 当只存在一个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

9、是孔隙介质。碳酸盐岩油藏被认为是含有孔隙及裂缝双重介质；当前三重介质研究很少。 岩石孔隙pore裂缝fracture储集空间渗流通道溶洞cavern为油气提供孔隙度porosity渗入率permeability第二节 油藏岩石物理性质第34页第34页一、油藏岩石孔隙度岩石骨架孔隙1、体积构成岩石骨架体积孔隙体积其中：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比值。第35页第35页绝对孔隙度（ ）总孔隙体积Va与岩石总体积Vb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比值可流动孔隙体积Vf与岩石总体积Vb比值大小第二节 油藏岩石物理性质

10、3、岩石孔隙度分类第36页第36页第二节 油藏岩石物理性质3、岩石孔隙度分类三种孔隙度关系：储层岩石(砂岩)孔隙度评价矿场资料和文献上不尤其标明孔隙度均指有效孔隙度。第37页第37页4、碳酸盐岩孔隙度碳酸盐岩普通是有原生孔隙（基质孔隙）和次生孔隙（裂缝或溶洞）构成双重孔隙系统，因此，为研究以便，常将碳酸盐岩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f 次生孔隙度(裂缝或孔洞孔隙度),小数。p 原生孔隙度,小数；t 总孔隙度,小数；第38页第38页二、油藏岩石流体饱和度 油层孔隙里含油（水、气）体积与孔隙体积比值。是计算油田储量主要数据。含油饱和度越大，阐明地层中含油越多

11、。(同一油藏)1、油藏含油（水、气）饱和度So、Sw、Sg分别为油、气、水饱和度；Vo、Vw、Vg分别为油、气、水体积；Vp、Vt分别为孔隙体积和岩石总体积；第二节 油藏岩石物理性质第39页第39页二、油藏岩石流体饱和度是指分布和残余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，不可流动水，称为束缚水。单位孔隙体积中束缚水所占百分比称为束缚水饱和度。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 油藏岩石物理性质第40页第40页3、束缚水饱和度影响原因分析：岩石孔隙结构岩石中泥质含量岩石润湿性岩石孔隙小，连通性差，束缚水饱和度大。随岩石亲水性

12、增强，束缚水饱和度增长。泥质含量增长，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第41页第41页（1）残余油被工作剂驱洗过地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中油。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：一个油藏通过某一采油办法开采后，仍不能采出 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 油藏岩石物理性质第42页第42页二、油藏岩石流体饱和度第二节 油藏岩石物理性质6、储层岩石流体饱和度测量油层物理办法测井办法经验统计公式或经验图版法常规岩心分析办法专项岩心分析办法溶剂抽提法常

13、压干馏法色谱法第43页第43页岩石渗入性：在一定压差作用下，储层岩石让流体在其中流动性质。其大小用渗入率(permeability)表示。三、油藏岩石渗入率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(Darcys law)第二节 油藏岩石物理性质第44页第44页1、达西定律(Darcys law)三、油藏岩石渗入率渗入率Q通过砂层渗流流量，cm3/s；K砂层渗入率，它反应液体渗过砂层通过能力，m2；A渗流横截面积，cm2；P两渗流面截间折算压力差，大气压；液体粘度，mPas；L两渗流截面间距离，cm。第二节 油藏岩石物理性质第45页第45页1、达西定律(Darc

14、ys law)三、油藏岩石渗入率合用条件：（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：第46页第46页1、达西定律(Darcys law)第二节 油藏岩石物理性质Re0.2普通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：当渗流速度增长到一定值后，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砂层渗入率，m2；流体密度，g/cm3；v渗流速度，cm/s；流体粘度，mPas；孔隙度，小数。第47页第47页1、

15、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。第48页第48页2、绝对渗入率：指单相流体在多孔介质中流动，不与之发生物理化学作用 渗入率。绝对渗入率是油藏岩石本身固有特性参数，其大小只取决于岩石 本身，而与试验流体无关。3、有效渗入率：当岩石中有两种以上流体共存时，岩石对某一相流体通过 能力，又称相渗入率。有效渗入率不但与岩石本身性质相关，并且与流体 性质及其数量百分比相关。4、相对渗入率：当岩石中有各种流体共存时，

16、每一个流体有效渗入率与 绝对渗入率比值，以小数或百分数表示。多相流体共存时，各相流体相对渗入率之和总是小于1。三、油藏岩石渗入率第二节 油藏岩石物理性质第49页第49页达西定律普通形式多相流第二节 油藏岩石物理性质第50页第50页5、相对渗入率曲线(1)定义：相对渗入率与流体饱和度关系曲线(2)典型相对渗入率曲线油水相对渗入率A区： SwSwi；B区： SwiSw1-Sor；C区： Sw1-Sor；第二节 油藏岩石物理性质第51页第51页(3)相对渗入率曲线应用预测水驱油藏最后采收率最后采收率计算含水率=第二节 油藏岩石物理性质第52页第52页1、沉积作用对渗入率影响砂岩粒度分布范围越广，颗粒

17、分选性越差，胶结物质含量越多，其渗入率就越低。(1)岩石结构和结构特性对渗入率影响式中C 常系数,详细数值与岩石粒度相关；d 岩石平均颗粒直径,m；a 岩石颗粒原则偏差；K 岩石渗入率,10-3m2。渗入率与平均颗粒直径平方成正比，与颗粒分选性成反比。四、油层渗入率影响原因第二节 油藏岩石物理性质第53页第53页(2)岩石孔隙结构对渗入率影响式中： 岩石孔隙度,小数；r 孔喉半径,m；迂曲度，表示孔道曲折程度，=1.55.5。岩石两端面间连通孔隙有效距离与其直线距离之比。第二节 油藏岩石物理性质四、油层渗入率影响原因第54页第54页2、成岩作用对岩石渗入率影响主要表现为压实作用，胶结作用和溶蚀

18、作用等方面(1)压实作用：渗入率随上覆压力增长而减少(2)胶结作用：胶结物质沉淀和胶结作用都会使岩石孔隙通道变小，喉道变细，孔隙曲折性增长，孔隙内表面粗糙度增大，因而引起岩石渗入率明显减少。(3)溶蚀作用：溶蚀作用对岩石渗入率有影响，普通使其变大。第二节 油藏岩石物理性质四、油层渗入率影响原因第55页第55页3、结构(地应力)作用对渗入率影响储层岩石在地下应力场作用下，会形成断裂和微裂缝，裂缝对岩石渗入率影响是巨大：式中Kf 裂缝渗入率，m2；b 裂缝宽度，m；r 裂缝孔隙度，小数。低渗、特低渗储层，若在结构(地应力)作用产生或存在微裂缝时极有也许变成含有中高渗入率储层。第二节 油藏岩石物理性

19、质四、油层渗入率影响原因第56页第56页4、流体岩石系统互相作用对渗入率影响 流体和岩石接触以后或多或少地发生物理和化学作用，从而使得渗入率下降。第二节 油藏岩石物理性质四、油层渗入率影响原因第57页第57页五、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 油藏岩石压缩系数普通在（12）10-4MPa-1。油藏压力每改变单位压降时，油藏岩石内孔隙体积改变率。通惯用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。通惯用C来表示：第58页第58页 岩石孔隙总内表面积与岩石外表体积之比。是表示岩石骨架分散性参数。比表面大是多孔介质主要特性。六、油藏岩石

20、比表面特性 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-孤立孔隙第59页第59页正是由于多孔介质含有：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、结构特性结构复杂是多孔介质基本特性。构成岩石颗粒大小、形状、表面粗糙程度以及胶结程度改变都是造成孔隙结构复杂原因。第二节 油藏岩石物理性质第60页第60页八、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微细毛管中，跨越两种非混相流体弯曲界面压力差，其数学表示式为：压汞法基本原理 必须对非湿相流体施压，才干将它注入到岩芯孔隙中去。

21、所加压力就是附加毛管压力。伴随注入压力不断增长，水银就不断进入较小孔隙。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关系曲线。第61页第61页弯液面在毛细管中上升现象毛管力八、岩石毛管力曲线第二节 油藏岩石物理性质第62页第62页八、岩石毛管力曲线1、毛管力曲线基本特性初始段中间平缓段末端上翘段随压力增长,非润湿相饱和度缓慢增长。表面孔或较大缝隙中间平缓段越长,阐明岩石喉道分布越集中,分选越好。平缓段位置越靠下,阐明岩石主要喉道半径越大。主要进液段伴随压力升高,非湿相将进入越来越细孔隙喉道,但进入速度越来越小,最后曲线与纵坐标轴几乎平行,即压力再增长,非湿相不再进入岩样。第二节 油藏岩

22、石物理性质第63页第63页八、岩石毛管力曲线第二节 油藏岩石物理性质第64页第64页2、毛管力曲线特性参数非湿相流体开始进入岩心中最大喉道压力或非湿相开始进入岩心最小压力，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平坦部分作切线与纵轴相交值。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 渗入性好岩石,阈压均比较低；反之,阈压比较大。第二节 油藏岩石物理性质第65页第65页(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%时相应毛管压力,简称中值压力。中值半径r50由于岩石孔隙分布靠近正态分布,因此r50可定性地视

23、为岩石平均喉道半径大小。岩石物性越好,Pc50越低,r50越大；物性差岩石,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 油藏岩石物理性质第66页第66页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相称于岩石束缚水饱和度。湿相饱和度Smin越小，表明岩石含油饱和度越大。第二节 油藏岩石物理性质第67页第67页退汞曲线：压力靠近零时岩心中含汞饱和度称为最小含汞饱和度SKpmin(相称于亲水油藏水驱后残余油饱和度)。退汞效率W

24、E相称于强亲水油藏水驱采收率。(4)退汞效率WE进汞曲线：最高压力点相应岩心中含汞饱和度称为最大含汞饱和度Skpmax(相称于强亲水油藏原始含油饱和度)退汞效率WE：第二节 油藏岩石物理性质第68页第68页当毛管倾斜时,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动力。若岩石亲油,毛管力将制止水进入毛管,从而成为水驱油阻力。岩石亲水,毛管力是水驱油动力,不然毛管力是水驱油阻力。3、毛管力应用第二节 油藏岩石物理性质第69页第69页研究岩石孔隙结构(1)拟定岩石最大孔喉半径及主要孔喉大小。(2)定量评价孔隙喉道分布第二节 油藏岩石物理性质3、毛管力应用第70页第70页润湿现

25、象:洁净玻璃板上滴一滴水水快速散成薄薄一层洁净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 油藏岩石物理性质第71页第71页1、润湿定义2、衡量润湿性参数（润湿角）油水对固体表面润湿平衡1水 2油 3固体过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作切线与液固表面所夹角。定义：(从极性大一端算起)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流散现象。储层岩石成份、流体成份、矿物表面粗糙度以及孔隙结构非均质性等原因都会影响储层润湿性。油层润湿性与石油采收率密切相关。 第72页第72页3、润湿性判断90岩石表面亲油0岩石表面完全水湿岩石表面完全油湿=

26、180天然岩石表面性质（矿物成份和粗糙度等）大量试验表明：岩石润湿性主要取决于原油中极性组分含量九、润湿性第二节 油藏岩石物理性质第73页第73页亲水岩石中油水分布亲油岩石中油水分布第二节 油藏岩石物理性质第74页第74页注水开发油田亲水岩石:位于孔道中间油很容易被驱替出水驱结束后孔隙空间只剩余被分割油滴亲水岩石水驱采收率不小于亲油岩石水驱采收率。同样条件下第二节 油藏岩石物理性质第75页第75页注水开发油田亲油岩石:位于岩石颗粒表面和微孔隙中油很难驱替出来亲水岩石水驱采收率不小于亲油岩石水驱采收率。同样条件下：第二节 油藏岩石物理性质第76页第76页敏感性：水敏速敏酸敏碱敏盐敏应力敏感水驱油

27、效率第二节 油藏岩石物理性质十、其它性质第77页第77页 在储层中油、气、水构成一个统一水动力系统。这个系统是由含油区、含气区和含水区所构成。一、油气水分布表征参数含油边沿含水边沿边水油水过渡带含油气高度含油面积第三节 相关概念第78页第78页1. 边水和底水：依据油、气、水分布情况，把位于含油边沿外部水称为边水，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第79页第79页2. 开放式和封闭式油藏： 假如油藏外围有天然露头并与天然水源相通，称为“开敞式油藏” ，假如外围封闭（断层遮挡或尖灭作用），无水源，则称为“封闭式油藏”。1-封闭边沿 2-计算含油边沿3-含气边沿 1-供应边界 2-计算含油边沿3-含气边沿 封闭式油藏开放式油藏第三节 相关概念第80页第80页1. 原始地层压力pi：油藏在开