长江大学考研复试资料-油藏物理

油藏物理基础长江大学石油工程学院2005年2月第2页第3页储运工程油藏工程对整个油气藏的认识GasOilWater取一小块岩心出来研究用户采油工程绪论WOCGOC一、研究对象第4页粒间孔隙介质(单重介质)岩石骨架孔隙(含有Gas、Oil、Water等)基质裂缝溶洞裂缝--孔隙裂缝--溶洞双重或多重介质油层物理研究内容渗流力学研究内容抽象出来研究抽象出来研究二、研究内容第5页等径毛细管(半径r相等)不等径毛细管(半径r不相等)理想的地质或岩石模型油层物理研究的主要内容：研究岩石、流体的物理性质以及流体在岩石中的渗流机理的一门学科。渗流力学研究内容：流体在油气层中的渗流形态及渗流规律第6页学习油层物理的目的：为油气田开发方案设计提供必备的一些参数（地层岩石的物性参数；地层流体的物性参数；多相共渗时岩石与流体相互作用的物性参数。）本课程的主要内容：

1、如何获取、、这些参数值——主要内容之一。

2、分析讨论一些驱油机理——主要内容之二。课程特点：第7页第一篇

储层流体的物化性质第8页第一章油气藏流体的化学组成与性质

石油与天然气从化学组成上讲是同一类物质。主要是由烷烃、环烷烃和芳香烃这三种饱和烃构成，其化学通式为CnH2n+2。在常温常压下：

C1~C4为气态是天然气的主要成分

C5~C15为液态是石油的主要成分

C16以上为固态即石蜡

第一节石油的化学组成一、石油的元素组成石油主要含碳、氢元素，也含有氧、硫、氮以及其它一些微量元素。按质量百分比：碳含量占83%~87%

氢含量占11%~14%

二者合计一般占95%~99%

非碳、氢元素总含量不过1%~5%详见教材表1-1和表1-2第9页

二、石油中烃类化合物烷烃环烷烃和芳香烃

三、石油中的非烃类化合物含氧化合物—环烷酸、苯酚和脂肪酸等含硫化合物—硫化氢、硫醇、硫醚和噻吩等含氮化合物—吡咯、吡啶、喹啉、吲哚和咔唑等胶质和沥青质—属非烃化合物，多为高分子杂环的氧、硫、氮化合物，对石油的性质影响较大

四、原油的分子量、含蜡量及胶质、沥青质含量

原油的分子量含蜡量（包括石蜡和地蜡）胶质含量：分子量约300~1000

沥青质含量：分子量大于1000，含硫量第10页

第二节原油的物性与分类

一、原油的物理性质

1、颜色

原油颜色主要与原油中轻重组分及胶质、沥青质含量有关，胶质沥青质含量越高原油颜色越深。

2、原油的密度与相对密度原油的密度是指单位体积原油的质量地面原油的相对密度定义为原油的密度与某一温度和压力下的水的密度之比。我国习惯上是指1atm、20ºC时的原油与1atm、4ºC纯水的密度之比，用d420

表示。第11页

3、凝固点

原油的凝固点是指原油冷却时由流动态到失去流动性的临界温度点。原油凝固点一般在-56~50°C之间，凝固点高于40ºC的原油称为高凝油。

4、原油的粘度原油流动时内部摩擦而引起的阻力大小的度量。

5、闪点闪点或闪火点是只指可燃液体的蒸汽同空气的混合物在接近火焰时能短暂闪火时的温度。原油的闪点一般在30~180º之间

6、荧光性原油在紫外光照射下发出一种特殊光亮的特征称为原油的荧光性

7、旋光性原油的旋光性是指偏光通过原油时，偏光面对其原来的位置旋转一定角度的光学特性

8、导电率原油为非极性物质，是非导体，原油电阻率为1011~1018Ώ•m第12页二、地面原油的分类1、按含硫量分为：低硫原油——原油中硫的含量在０.５％以下含硫原油——原油中硫的含量在０.５％～２.０％之间高硫原油——原油中硫的含量在２.０％以上２、按胶质－沥青质含量分为：少胶原油——原油中胶质－沥青质含量在８％以下胶质原油——原油中胶质－沥青质含量在８％～２５％之间多胶原油——原油中胶质－沥青质含量在２５％以上３、按含蜡量分为：少蜡原油——原油中含蜡量在１％以下含蜡原油——原油中含蜡量在１％～２％之间高含蜡原油——原油中含蜡量在１％以上４、按原油的关键组分分为：凝析油——密度小于０.８２ｇ／ｃｍ３（２０ºＣ）的原油石蜡基原油——密度小于０.８２～０.８９ｇ／ｃｍ３（２０ºＣ）的原油混合基原油——密度小于０.８９～０.９３ｇ／ｃｍ３（２０ºＣ）的原油环烷基原油——密度大于０.９３ｇ／ｃｍ３（２０ºＣ）的原油第13页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

５、按地面脱气原油相对密度分为：

轻质油、中质油、重质油（见教材表１－５）三、地层原油分类

低粘油——油层条件下原油粘度低于５ｍＰａ·Ｓ中粘油——油层条件下原油粘度低于５～２０ｍＰａ·Ｓ高粘油——油层条件下原油粘度低于２０～５０ｍＰａ·Ｓ稠油——油层条件下原油粘度高于５０ｍＰａ·Ｓ，相对密度大于０.９２０凝析油——地层条件下为气相烃类，开采时气藏压力低于露点压力后凝析出液态烃挥发油——地层条件下呈液态，相态上接近临界点，在开发过程中挥发性强，收缩率高；油气比一般在２１０～１２００ｍ３／Ｍ３之间，一般相对密度小于０.８２５，体积系数大于１.７５。高凝油——凝固点高于４０ºＣ的高含蜡原油。

第14页第三节天然气的化学组成

天然气是以石蜡族低分子饱和烃气体和少量非烃气体组成的混合物。按其化学组成，甲烷（CH4）占绝大部分（70~98%），乙烷（CH6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等含量不多。此外，还含有少量的非烃类气体。如硫化氢（H2S）、有毒的有机硫（硫醇RSH、硫醚RSR等）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮（N2）及水气，有时也含微量的稀有气体，如氦（He）和氩（Ar）等。第15页典型天然气的组成

单位：体积百分数

成分天然气产自油井的气甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷己烷庚烷以上氮二氧化碳硫化氢70~981~10痕迹~5痕迹~2痕迹~1痕迹~0.5痕迹~无痕迹~5痕迹~1偶然痕迹50~925~152~141~10痕迹~5痕迹~3无~0.5痕迹~4无~痕迹~6第16页

说明：延长及陕北产量来自股份公司西部规划。第四节油气藏分类

分类方法一第17页分类方法二

根据流体的组成、相态特征，参考矿场生产流体气油地面原油密度和生产流体中甲烷的摩尔含量等参数，近似地划分为以下几种油气藏类型：（1）气藏：以甲烷为主，还含有少量乙烷、丙烷和丁烷。（2）凝析气藏：含有甲烷到辛烷的烃类。地层原始条件下为气态，随压力下降会凝析出液态烃（地面相对密度为0.72~0.80，浅色，称凝析油）（进一步细分见表1-9）（3）挥发性油藏（也称临界油气藏）：其特点是含有C8以上的烃类构造上部接近于气体，下部接近于油，但油气无明显分界面，原油具挥发性，相对密度为0.7~0.8（4）油藏：油藏流体中以液相烃为主，油中溶有一定量的天然气，地面相对密度为0.80~0.94，国外常将这类常规油藏中的原油称为黑油。（5）重质油藏（有称稠油油藏）：这类油藏原油粘度高、相对密度大。（地面脱气原油相对密度为0.934~1.0、地层温度条件下脱气原油粘度为100~10000mPa•s）

第18页分类方法三

按地层流体性质划分的界限对油气藏分类（陈元千，1987）其它分类方法：按油气藏的埋藏深度分为

浅层油气藏：埋深小于1500m

中深层油气藏：埋深1500~2800m

深层油气藏：埋深2800~4000m

超深层油气藏：埋深大于4000m类别油气比m3/m3天然气甲烷含量%凝析油含量cm3/m3地面液体密度g/cm3天然气凝析气轻质油黑油>18000550~18000250~550<250>8575~9055~75<60<5555~1800——0.70~0.800.72~0.820.76~0.830.83~1.0第19页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

第五节地层水的化学组成与性质一.地层水的化学组成

地层水溶液中常见的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2、Fe2+、Sr2+、Li+；常见的阴离子为Cl-、SO42-、HCO3-以及CO2、NO3Br-、I-，也含有一些其它微量离子。地层水中含矿物盐的总浓度用矿化度表示，记为mg/L或ppm。地层水的总矿化度表示水中正、负离子含量的总和。油田地层水的矿化度差别很大，从几千到几十万不等。

当讨论离子间相互作用时，由于阴阳离子是按等当量化合反应，因此，在判断水型时，常用离子毫克当量浓度表示水中的含盐量，离子毫克当量浓度=离子浓度/离子化合当量如：氯离子浓度为7896mg/L，而氯离子的化合当量为35.3，则氯离子的毫克当量浓度为7896/35.3=225.6毫克当量/升。二.地层水的水型分类

1.水型分类—苏林分类法

按照水中化学成分，即主要离子的毫克当量浓度比，把地层水分为四个水型：硫酸钠型（Na2SO4）—地面水；重碳酸钠水型（NaHCO3）—陆相环境水氯化镁水型（MgCl2）—海洋环境水；氯化钙水型—深层构造密闭水（Cacl2）第20页2.水型判断

阴阳离子的结合顺序是按离子亲合能力的大小而进行的。判断原则是：

Na++K+Cl-202.65172.40Mg2+SO42-2.0512.31Ca2+HCO3-2.0522.30

水型的命名是以氯离子和钠离子反应完时生成的化合物的名称来命名的。而不是以化合物的多少来命名的。第二章:天然气的高压物性第22页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

第二章天然气高压物性

第一节天然气的视分子量和密度一.天然气的组成

1.天然气及其分类广义的讲，天然气是从地下、在常温常压下呈气态的可燃气体的统称，是以烃类为主并含少量非烃气体的混合物。

（1）按矿藏特点，天然气可分为油藏伴生气和非伴生气；

（2）按组成，可分为干气和湿气（或贫气和富气）；以井口流出物在标准状态下含量计干气：C5以上重烃低于13.5cm3/m3

湿气：C5以上重烃超过13.5cm3/m3

贫气：C3以上重烃低于94cm3/m3

富气：C3以上重烃超过94cm3/m3

（3）按H2S和CO2含量可分为酸气和净气。

每m3天然气中含硫量小于1克为净气，大于1克为酸气。第23页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

2.天然气组成的表示方法

天然气是组成有三种表示方法：（1）摩尔组成

（2）体积组成

（3）质量组成

事实上，原油的组成也同样可以用上述三种方法表示。

第24页例1-1天然气重量组成换算成摩尔组成组分重量分数分子量Mi重量分数/分子量摩尔分数甲烷乙烷丙烷丁烷0.710.140.090.06∑=1.0016.030.144.158.10.0440.0050.0020.001∑=0.0520.850.090.040.02∑=1.00第25页二.天然气的分子量

定义：在0°C、760mmHg下，体积为22.4升的天然气所具有的质量称为该重天然气的分子量。

显然，这是一个假想的分子量，也称视分子量。已知天然气的组成，求天然气的分子量天然气组成不同，分子量也不同，因此，天然气没有固定的分子量，产自不同油气藏的天然气分子量各不相同。三.天然气的密度和相对密度

1.密度：定义为单位体积天然气的质量，用符号ρg表示：

第26页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

在一定温度和压力下天然气密度可以由气体状态方程求出:

2.相对密度天然气的相对密度定义为:在相同温度和压力下,天然气的密度和干燥空气的密度之比:

因为干燥空气的分子量为28.96,故:

若已知天然气相对密度时，可用上式求得天然气的分子量。

天然气的相对密度可以近似地看成是一个不温度和压力变化的常数。一般天然气的相对密度在0.55~0.8之间，当重烃含量或非烃含量高时，天然气的相对密度也可能大于1。第27页第二节天然气的状态方程和对比原理

一.理想气体状态方程

理想气体状态是指气体分子无体积，气体分子之间无相互作用力的一种假想气体：

注意各参数的单位和R的取值。

二.真实气体状态方程在理想气体状态方程中引入一个修正系数Z，得到：上式称为天然气的压缩型状态方程，式中通常称为压缩因子。其物理意义为：一定量真实气体所具有的实际体积与相同温度、压力下等量的理想气体所占体积之比。第28页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

当：

Z>1时，实际气体比理想气体难于压缩；气体分子间距离小于分子作用半径

Z<1时，实际气体比理想气体易于压缩；（L>r0）

Z=1时，实际气体与理想气体接近。（L=r0，或压力很低）所以说压缩因子Z实际反映了实际气体比里想气体更易于压缩或更难于压缩的程度。

Z并非常数，它随气体的种类（或组成）、压力、温度的变化而变化。确定天然气压力因子的办法有三种：

1.通过实验测定；

2.计算与图表结合确定（图版法）；

3.用状态方程求解。第29页

说明：延长及陕北产量来自股份公司西部规划。第30页第三节天然气的高压物性

一.天然气的地层体积系数

1、定义：天然气在油藏条件下(P地,T地)的体积V与标态下(Psc=0.1MPa,Tsc=20℃)的体积Vsc之比。第31页

在矿场上常用

Bg

天然气地下储量：天然气地面储量：P

当P=const时，TBg

第32页

二.天然气的等温压缩率

1、定义：在等温条件下，天然气随压力变化的体积变化率。其数学表达式为：第33页第34页第35页

三.天然气的粘度1.低压下的气体粘度

定义：是因为天然气内部摩擦而引起的阻力。单位：达因秒/厘米2或克/厘米秒（也称泊）常用单位：厘泊(cp),

1泊=100cp1厘泊=1毫帕秒(mpas)P,g=const原因：，但，而速度与压力无关，T,g原因：速度。M(或

)，g原因：速度急剧下降。T相同时，g(非烃)>g(烃)第36页

2.高压下影响g的因素

3.确定天然气粘度的方法

(1).图版法已知天然气组成或相对密度,求在给定T、P下的粘度。

解：

a.计算天然气的分子量M，根据M或相对密度与T，在图2-11上查取µg1；

b.求视临界参数和视对比参数；

c.从图2-12中查出高低粘度比

d.按式2-59计算在T、P下的天然气粘度µg。在高压下气体具有液体的性质Pλ,内摩擦阻力g

T

λ,内摩擦阻力gM

λ,内摩擦阻力g第37页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

第38页第四节天然气含水量和天然气水合物

含水蒸汽的天然气称为湿天然气，天然气含水量与下列因素有关：（1）.随温度增加而增加；随压力增加而减少；（2）.随含盐量增加而减少；（3）.相对密度越大，含水量越少。通常用绝对湿度或相对湿度（水蒸汽饱和度）描述天然气中含水量的多少。

1·绝对湿度每1M3的湿天然气所含水蒸气的质量称为绝对湿度，其关系式如下：若湿天然气中水蒸气的分压达到饱和正气压，则饱和绝对湿度可以写成：饱和绝对湿度是指在某一温度下天然气中含有的最大的水蒸汽量。第39页

2·相对湿度在同样的温度下，绝对湿度与饱和绝对湿度之比，称为相对湿度Ø：绝对干燥的天然气，Pvw=0，则Ø=0；当湿天然气达到饱和时，pVW=pSV,Ø=1,对一般天然气：0<Ø<1。

3·天然气含水量的确定方法

二·天然气水合物

1·水合物的形成与天然气水合物资源

2·天然气开采过程中防止井筒出现水合物

3·气态天然气转变为水合物储运第40页第三章油气藏烃类的相态和汽夜平衡

第一节油气藏烃类的相态特征一·相态及其表示方法一个组成不变的体系，状态参数压力、温度和比容（p、T、v)之间的关系用状态方程来表示：状态方程是体系相态的数学描述方法，将状态方程以图示法表示就是相图。相图是表示体系状态变化的坐标图，它实质上是状态方程度图示表示法。系统的相态不仅与物质组成有关，而且还取决于改体系的压力和温度。立体相态和平面相态第41页二·单、双组分体系的相态特征

1·单组分体系（即纯物质）的相图（p—T相图）特征：一点一线两区。两区——汽相区和液相区一线——汽、液相共存线（饱和蒸汽压线）一点——临界点（饱和蒸汽压线的终点）临界点的温度称为临界温度TC临界点的压力称为临界压力Pc临界点是两相共存的最高温度和最高压力点；高于临界温度时，无论加多大压力体系都不会出现液相。在临界点，体系为没有气态液体之分的流体。泡点压力：温度一定，体系中出现第一批气泡时的压力，记为pb露点压力：温度一定，体系中出现第一批液滴时的压力，记为pd第42页第43页2.双组分体系的p--T相图特征：三点三线三区。三线：

泡点线、露点线和等液量线三区：

泡点线外侧为液相区露点线外侧为气相区泡点线和露点线包围的区域为两相区.三点：C,CT,Cp

临界点：仅仅是泡点线和露点线的交点，不再是两相共存的最高温度和最高压力点

临界凝析温度点：两相共存的最高温度点

临界凝析压力点：两相共存的最高压力点第44页

相图形状特征

1.任何双组分混合物的两相区必位于两纯物质饱和蒸汽压线之间；

2。混合物的临界压力往往高于两纯组分的临界压力，而混合物的临界温度则介于两纯组分的临界压力之间；

3。随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右移动；

4。混合物中哪一组分含量占优势，露点线或泡点线就靠近哪一组分的饱和蒸汽压线；

5。两组分的浓度越接近，两相区的面积就越大，某一组分的浓度很高时，两相区就变得很狭长。第45页第46页三、多组分系统的相态特征第47页用相图判断油气藏类型

1.首先看地层条件点在相图中的位置；

2.其次看地面分离器在相图中的位置；1.未饱和油藏2.带气顶的饱和油藏3.凝析气藏4.气藏第48页第49页第50页第二节汽—液相平衡一.相态方程

已知1摩尔总组成为Zi的混合物，在P、T条件下达到汽液两相平衡，求：1.汽液两相的摩尔分数ng和和nL；

2.汽液两相的组成，即yi和xi

假设：系统中i组分的摩尔浓度为zi；组分i在汽、液中的浓度为yi、xi，系统的总摩尔数为1。则：

第51页

令：所以上式即为相态方程第52页

当系统有m个组分，就可以写出m个相态方程，其中有m+1个未知数（x1，x2，…xi…xm，ng），但还有一个方程，即：故：同理：第53页

泡点方程：在泡点线上，露点方程：在露点线上，平衡比的求取—图版法第54页第55页第56页第57页

1.闪蒸计算：已知zi，T，p，求ng，NL，xi，yi

解:（1）.选择图版pcv，根据T，p查Ki；

（2）.设ng初值，按闪蒸方程计算（3.）如果不等于1，则调整ng值，直到等于1为止。

2.泡点计算：已知zi和T,求pb

解:(1).假设泡点压力初值

(2).根据温度和泡点压力初值查Ki,(3).计算是否等于1,(4).如果不等于1,调整pb值,重新计算,直到等于1为止。

3.露点计算：已知zi和T，求pd

解:(1).假设露点压力初值

(2).根据温度和露点压力初值查Ki,(3).计算是否等于1,

(4).如果不等于1,调整pb值,重新计算,直到等于1为止。

**调整方向,两相区内>1,两相区外<1第58页第59页

平衡比的求取—计算法

热力学汽液两相平衡条件:化学位相等在恒温条件下,逸度fi与化学位有:

故可导出:

则:第60页

以SRK方程为例:解方程三个Z的根中,最大的正根为汽相为汽相混合物的ZV值,最小的正根为液相混合物的ZL值.

逸度系数的计算公式为:

对汽相对液相第61页

闪蒸计算时,可采用牛顿迭代法加速收敛令:第62页

则:

当时,ng即为所求.Ki的初值可用理想溶液的Wilson公式计算:计算中Ki要进行调整,Ki不正确,则第63页

调整方法:1.归一化处理

2.按逸度系数计算

相态方程的应用

1.计算相图;2.级次分离工作参数计算;3.油藏数值模拟计算。第64页第三节油气体系中气体的溶解与分离

一.油气分离

1.闪蒸分离包括一次脱气和多级脱气第65页一次脱气：脱出的气体多，气体较重，气中含轻质油较多；多级脱气：脱出的气体少，气体较轻，气中含轻质油较少。第66页第67页

二.天然气在原油中溶解度

1.天然气在原油中是溶解度和溶解系数

溶解度与压力的关系：压力增加，溶解度增加。溶解系数并非常数。

第68页2.溶解度与温度的关系温度增加，溶解度减少，第69页3.溶解度与气体、原油性质的关系

油、气组分的性质越接近则天然气在原油中的溶解度就越大。第70页4.容解过程与分离过程的关系一次脱气曲线与容解曲线是相互重合的，而多级脱气得到的溶解曲线和脱气曲线是不相重合的。饱和蒸汽压大的组分其溶解曲线和脱气曲线较为接近；而饱和蒸汽压较小的组分，其溶解曲线和脱气曲线相差很大。第71页第四节用相态方程求解油气分离问题的实例

一.已知混合物组成zi和地层温度T，求体系的泡点压力pb.

根据内插法求得泡点压力pb为23.06MPa.第72页

二.已知油井产物的总组成，计算一次脱气和多级脱气两种脱气方式的脱气量和汽液组成。因为脱气压力不高，选用收敛压力为35.0的值图版，查出各组分的平衡常数：第73页第74页多级脱气计算结果第75页第76页最终结果：一次脱气结果：ng=0.6027,nl=0.397第77页第78页三.微分分离计算分离过程如图，分离出的气体中组分i的摩尔数等于液体中损失的掉的组分i的摩尔数：

yidn=xin-(xi-dxi)(n-dn)yidn=xin-xin+ndxi+xidn-dxidn忽略dxidn,并用Kixi代替yi

Kixidn=ndxi+xidnKixidn-xidn=ndxi

(Ki-1)xidn=ndxi或者：假定在一定压力变化范围内值保持不变，积分从而：或者第79页

微分脱气计算举例

第一种，已知系统组成和终点压力，求脱出的气体摩尔数。例：下表组成的系统在26.7ºC，由泡点压力4.1MPa微分脱气到

2.7MPa时所分离出的气体摩尔数。第80页

第二种，已知系统组成和要分离出的气体摩尔数，求终点压力。

例：已知组成和温度，从泡点压力4.1MPa开始进行微分分离，欲分离出10％摩尔的气体，求终点压力。第81页第四章地层油和地层水的高压物性

第一节地层油的高压物性一.地层原油的溶解油气比RS

定义：地层油的溶解油气比RS是指单位体积的地面原油在地层条件下所溶解的天然气量(m3（标）/m3).

第82页第83页

二.地层原油的体积系数Bo

定义：原油的体积系数，是地层油体积与地面脱气油体积之比，用Bo表示。当:p<pb,p￪,Bo￪p>pb,p￪,Bo￬第84页第85页

三.地层油的两相体积系数Bt

定义：P≺Pb时，在给定P、T条件下，地层油Vf和其释出气体的总体积(两相体积)与地面原油体积VOS之比。第86页第87页四.地层油的压缩系数

定义：在等温条件下，地层原油随压力变化的体积变化率。第88页第89页五.地层原油的粘度

第90页第91页第二节地层水的高压物性1.天然气在地层水中的溶解度

定义：天然气在地层水中的溶解度是指地面体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。

在高温高压地层条件下，地层水中溶有大量的盐，只溶有少量的天然气，10MPa压力下溶气量，一般不超过1～2m3/m3。天然气在纯水中的溶解度主要取决于压力与温度，地层水含盐量增加，溶解气量减少。

第92页第93页2.地层水的压缩系数定义：在等温条件下，地层水随压力变化的体积变化率。影响Cw的因素

i)PCw;ii)T<50℃,TCw;T>50℃,TCw;iii)RsCw,Rs的影响可以校正；

iv)矿化度RsCw；纯水压缩系数第94页第95页3.地层水的体积系数定义：地层水在地下的体积与地面条件下的条件之比。Bw=0.99～1.06，一般取Bw=1.0影响Bw的因素

i)PBw;ii)TBw;

iii)RsBw;iv)矿化度RsBw第96页第97页4.地层水的粘度

地层水的粘度与压力、温度和含盐量有关。

¤

温度对地层水影响较大，温度升高，粘度大幅下降；

¤含盐量影响不大；

¤

压力压力影响甚微第98页第99页图版法求地层原油的高压物性参数第100页第101页第102页

说明：延长及陕北产量来自股份公司西部规划。第103页第104页第105页说明：资源供应量中：2005年哈油200万吨，2007年哈油1000万吨，2010年哈油2000万吨。

油气藏物质平衡方程简介第106页

油藏原始储气量采出气量剩余地下气量=+气顶气量原始油中溶解气量产油量平均累积生产气油比气顶的游离气油中溶解气量+=++气顶容积原始气体体积系数原始储油量原始油气比扩张后气体容积气体体积系数剩余油量溶解油气比++mNBoi

Bgi+NRsi=NpRp+VBg+(N-Np)Rs第107页整理后的油藏物质平衡方程的一般形式1.无气顶时，m=Vg/Vo=0.方程简化为：第108页

2.无边水、底水、注入水时，W,WP等于零，方程简化为：

3.无气顶，又无边、底水和注入水时，方程简化为：物质平衡方程中参数分三类：第一类：油气高压物性参数，如：RSi,RS,Bgi,Bg,Boi,Bo,Bt,Bti,Bw;第二类：生产统计数据，如：NP,WP,RP第三类：未知数据，有：N,m,W,第109页第110页第二章

储层岩石的物理性质第111页第一节岩石的粒度组成和比面一、岩石的粒度组成1、定义:构成岩石的各种大小不同的颗粒含量，用重量百分数表示。

2、分析方法:

常用的砂岩粒度组成分析方法有：

A、筛析法(D>0.074mm)B、沉降法(0.0015<D<0.074mm)C、光学法(D<0.0015mm)

第112页A筛析法(D>0.05mm)a、将筛子由粗到细叠放并固定在筛分机上,对已破碎和分解的岩石颗粒进行筛析,记录每个筛子上颗粒的质量.b、筛孔的大小表示有mm和目两种.c、相邻两级筛孔孔眼大小的级差为或d、一套筛子共25级

第113页B沉降法(D<0.05mm)测定原理:颗粒直径的平均值处理:第114页3、粒度组成表示方法:A、表格法B、图形法岩样号D(mm)0.42-0.297

0.297-0.210

0.210-0.149

0.149-0.074

0.074-0.05

0.05-0.01

<0.01

12.684.466.5270.810.401.483.820.441.92

3.4667.02

11.28

13.8

3.36

粒度组成分布曲线

粒度组成累积分布曲线

第115页4、粒度参数:A、不均匀系数B、分选系数C、标准偏差α=1~20α越接近1粒度分布越均匀S

=1~2.5分选好S

=2.5~4.5分选中等S

>4.5分选差σ越小分选性越好第116页资料来源：美国《石油情报周刊》（2002年12月23日公布）。说明：分项栏中的位次为在世界最大50家石油公司中的排名位次。中海油未进入世界50强，指标值为2002年数据。5、平均粒度:A、粒度中值d50B、粒度平均值dm第117页二、岩石的比面1、定义:单位体积的岩石内岩石骨架的总表

面积或单位体积岩石内孔隙总面积。单位：1cm2/cm3

=

10dm2/dm3=100m2/m3粗砂岩（1～0.5mm）

<950cm2/cm3细砂岩（0.25～0.125）

950～2300cm2/cm3粉砂岩（0.0625～0.0039）

>2300cm2/cm3第118页2、比面的三种表示:三者间的关系:第119页每一粒砂子的表面积为:3、比面的确定方法:每一粒砂子的体积:单位体积岩石中，颗粒所占体积为:

Vs=1-φ单位体积内岩石的颗粒总数为:第120页单位体积中岩石颗粒总表面积应为:如果，岩石中每一种粒径颗粒的比面为:第121页因此，总表面积为:校正系数C=1.2～1.4

(2)、流动实验法计算公式:第122页实验装置:马略特瓶开关量筒漏斗U型压力计岩心岩心夹持器第123页注：数据来自各股份公司年报（2002年度）。第二节岩石的孔隙度一、孔隙的分类

孔隙按成因分粒间孔隙按孔隙大小分按生成时间分按组合关系分按连通性分杂基内微孔隙晶体次生晶间孔隙超毛细管孔隙>0.5毛细管孔隙0.5~0.0002微毛细管孔隙<0.0002次生孔隙原生孔隙喉道孔道连通孔隙死孔隙纹理及层理缝裂缝孔隙溶蚀孔隙第124页第125页二、孔隙度的定义

指岩石的孔隙体积与岩石外观体积的比值,常用百分数表示，记为φ

三、孔隙度的分类A绝对孔隙度指岩石的总孔隙体积与岩石外观体积的比值第126页B有效孔隙度

指岩石的有效孔隙体积与岩石外观体积的比值.C流动孔隙度

指岩石中可以流动的孔隙体积与岩石外观体积的比值.

很显然:第127页四孔隙度的测量饱和煤油法:第128页说明：成品油换算率按道达尔的汽油（8.5桶/吨）、煤油（7.8桶/吨）、柴油（7.5桶/吨）、燃料油（6.7桶/吨）四项主要油品的换算率加权平均数（7.677桶/吨）确定。五、影响孔隙度的因素1.颗粒的排列方式2.颗粒的分选性分选越好，孔隙度也越大.

3.颗粒圆球度颗粒越园，φ越大

.正方形排列47.6%菱形排列25.9%第129页4.岩石颗粒间胶结物的含量及胶结类型

胶结物含量越高，φ越小，所以说接触胶结的φ>孔隙胶结的φ>基底胶结φ

5.油藏的埋藏深度

多孔介质的孔隙度φ总是随油层埋芷深度加深而减小。

6.孔隙度的应用第130页第三节储层岩石的压缩性一、岩石的压缩系数Cf1、岩石颗粒变形示意图:2、定义:指油层压力每改变一个单位

时，单位体积岩石内孔隙体积

的变化值，单位为：1/MPa。第131页3、表示方法:4、三种表示方法:以视体积为基数岩石的压缩系数一般为(2~36)*10-4MPa-1一般用岩石压缩系数测定仪测定.第132页以孔隙体积为基数

以岩石骨架体积为基数5、三者之间的关系:第133页二、储层综合弹性压缩系数Ct1、定义:油层压力每改变一个单位时，单位体积的岩石中所排出的液量，单位：1/MPa。2、表示方法:综合反映了油藏弹性能量的大小.Ct越大,表明油藏的弹性能量越充足.第134页3、Ct与Co和Cw的关系:第135页第四节储层岩石流体饱和度一、流体饱和度是定义:单位孔隙体积中某相流体所占的分数.常用百分数表示.二、表示方法:第136页三、几种常见的饱和

1、原始含水饱和度(束缚水饱和度)Sw2、原始含油饱和度Soi3、当前油、气、水饱和度So

、Sg

、Sw

4、残余油饱和度So5、剩余油饱和度Sor四、饱和度的测定方法

1、油层物理法(干溜、蒸馏、色谱、CT技术)2、测井法

3、经验统计法第137页干溜法蒸馏法第138页五、影响饱和度的因素

1、储层岩石的孔隙结构及表面性质的影响

这是影响油气饱和度的关键因素。一般来说,岩石颗粒较粗，则比面小．孔隙、喉道半径大，孔隙连通性好，孔隙内避光滑，那么渗透性好，油气排驱水阻力小，油气饱和度就高，束缚水饱和度就低。

2、油气性质的影响

油气密度不同，油气的饱和度就不同。粘度较高的油,排水动力小,油气不易进入孔隙,残余水含量高,油气饱和度就低，反之亦然。此外，油藏形成时，如油气排驱水动力大(如压力高)，即排驱能量高，排出的水多,油气饱和度就高。第139页第三节油藏岩石的渗透率一.油藏岩石渗透率的定义

油藏岩石允许流体通过的能力称为油藏岩石的渗透率。单位：µm2二．达西公式三．达西公式应用条件

１．岩石１００％饱和并流动着单一流体；２．流动状态为层流；３．流体与岩石不发生物理、化学和物理化学反应。第140页第141页例题

设有一块砂岩岩心,长度L=3厘米,截面积A=2厘米2,100%饱和粘度µ=1mPa•s的盐水,在压差ΔP=0.2MPa下通过岩心的流量Q=0.5厘米3/秒根据达西公式如果上述岩心饱和粘度µ=3mPa•s的油,在同样压差ΔP=0.2MPa下.油的流量Q=0.167cm3/秒,同样,根据达西公式第142页

绝对渗透率是岩石的自身性质，它取决于岩石的孔隙结构；在层流、岩石与流体不起反应和100％为流动流体饱和的条件下，岩石的绝对渗透率与所通过的流体性质无关。

如果是气体通过岩石时，当压力从P1变化到P2时，气体的体积亦必然随之变化，因此，

若把气体膨胀视为等温过程,按气体状态方程可令:

第143页由上式代入用平均气体流量表示达西公式:则:

第144页气体滑动效应液体在孔道中流动时,孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高,而且越靠近孔道壁表面,分子流速越低;气体则不然,靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。气体在孔道中的这种渗流特性称之为滑动效应,亦称克林肯柏效应。第145页第146页滑动效应的特征1、同一岩石，同一种气体，在不同的平均压力下测得的气体渗透率不同；底平均压力下气体渗透率比较高，高平均压力下气体渗透率比较低。2、同一岩石，同一平均压力，不同气体测得的渗透率不同。3、同一岩石，不同气体测得的渗透率和平均压力的直线关系交纵坐标于一点，该点的气体渗透率与同一岩石的液体渗透率是等价的，故称等价液体渗透率，亦称克林肯柏渗透率。克氏渗透率可以下式表示：第147页流量管气测渗透率方法（空气压水法）一、测量原理二、计算公式第148页第四节渗透率和其它岩石物性的关系一.毛管渗流定律

J.Kozeny(1927年)将泊稷叶公式应用到毛细管渗流中,实验并证明了在一定的流速范围内导管直径可以小到毛细管直径的情况,并建立了岩石-毛细管模型.

孔隙空间简化处理成由等直径的平行毛管束组成,我们把这种简化了的岩石称为假想岩石.第149页流体在毛管中的流动规律服从水力学中的“泊稷叶”定律.二.渗透率和孔道半径的关系*等效渗流阻力原理:

在假想岩石与真实岩石之间,当外部形状和几何尺寸、流体性质、外压条件相同时，如果二者的渗流阻力相等，则表现为在相同的压差下具有相同的流量。*假想岩石的流量，按泊稷叶公式：*真实岩石的流量，按达西公式：第150页根据渗流等效阻力原理,二者流量应该相等,则:所以:对假想岩石,按孔隙度定义:

代入上式:式中r可视为真实岩石的平均孔道半径第151页三.渗透率和比面的关系对假想岩石,按比面的定义:于是:由上面的推导:根据:代入上式:第152页

考虑到假想岩石与真实岩石之间的差异,用k代替2,则:这就是有名的高才尼-卡尔曼方程.在上式中取:这里:第153页上式中:P1=P0=1(大气压)P2=P1-(H/1000)=1-(H/1000)(大气压)其中:H—cm水柱

(P12-P22)=12-(1-H/100)2

=1-1+2H/1000-H2/106忽略掉H2/106

(P12-P22)=H/500则:K=(1000Q0µL)/(AH)在高-卡方程中k取值5,得:第154页储层岩性参数平均值的处理方法

一．几种求平均值的方法

常用的求平均值的方法有三种:算术平均法、加权平均法和按物理过程求平均值的方法。下面以孔、渗参数为例来加以说明。1、

算术平均可用于单井、单层的平均值处理。对于单井，假设每个Ki和φi都可代表取样层段，取样数为n，则单井纵向的平均值为

对于单层，假设每个Ki和φi都能代表该层在取样井的值，则该层平面上（面积上）的平均值仍然可以用以上公式进行计算，只是i代表的是该层不同的取样井。上述方法简单、易算，使用于样品分布均匀的情况，否则，代表性差。可用于单井、单层的平均值处理。对于单井，假设每个Ki和φi都可代表取样层段，取样数为n，则单井纵向的平均值为第155页2、

加权平均法

以渗透率为例，假如测得的每个Ki都代表了有效厚度hi为含油面积为Ai的地层，则:

油层厚度加权平均渗透率值（纵向或单井）为油层面积加权平均渗透率值（横向或平面上）为油层体积加权平均渗透率值（全油层的体积加权）为第156页

加权平均求取参数平均值比算术平均值更符合实际，孔隙度和原始含油饱和度等油层岩石物性参数也可以用上述方法进行平均值处理。除上述两种方法外，还有其它的处理方法和计算公式，在某些情况也是很有价值的。例如，也可以用下面的方法求若干渗透率的平均值第157页1、

根据物理过程,按照等效渗流阻力原理求渗透率平均（1）、并联（多层纵向不均一）地层的平均渗透率

A.线性渗流

特征：各层之间相当于并联关系，即各层渗流压差相等，而总流量等于各层压差之和。根据达西公式，各层通过的流量为：第158页设K为总（平均）等效渗透率，则总流量

::其中：h=h1+h2+h3其中：h=h1+h2+h3其中：h=h1+h2+h3所以移项得：第159页A．

B.平面径向渗流产量公式：

其中

第160页压差公式：已知地层总厚度为各层厚度之和

h=h1+h2+h3总流量为各层流量之和

Q=Q1+Q2+Q3根据平面径向流的产量公式，各层产量分别为:第161页地层总流量为：由此可得：=++整理后得：即:可见，并联时线性渗流与平面径向流计算公式相同。第162页串联地层的平均渗透率

特征：通过各层的流量相等，而总压差为各层压差之和Q=Q1=Q2=Q3△P=△P1+△P2+△P3A、线性渗流

L=L1+L2+L3根据达西公式各层压差与总压差分别为

整理后得：第163页B.径向渗流根据平面径向流压降公式，各部分压差和总压差为：

由于简化后得：第164页第三篇储层中多相流体的渗流特性

第八章储层岩石中的界面现象与润湿性第一节储层流体的相间界面张力一.两相界面的自由表面能自由表面能是界面层分子力场不平衡所致。自由表面能具有如下性质：

1.只有存在不互溶的两相时自由表面才存在，只要存在两相界面就有自由表面能；

2.界面越大，自由表面能也越大；

3.界面是具有一定厚度的界面层；

4.两相界面层自由表面的大小与两相分子的性质有关；两相分子极性差越大，表面能越大。

5.自由界面能还与两相的相态有关；气－固>液－固>气－液>液－液。第165页第166页二.比表面能和表面张力

由于体系表面层上的分子力场的不对称性，使其能量比相内分子能量高，故增加体系的新表面积，相当于把更多的分子从相内移到表面层来，就必须克服相内分子的吸引力，这里做功的能量就转化为新生界面的表面能。在恒温、恒压和组成一定的条件下可逆过程增加体系表面面积△A，外界对体系所做的功为w，则体系自由能的增加量△U为：

比表面能是单位面积表面层具有的自由表面能，也叫表面张力。

第167页表面能和表面张力的单位

表面能和表面张力的单位：J/m2,erg/cm2

工程上常用:mN/m读作毫牛每米；换算关系：1J/m2=1N/m,1erg/cm2=1dyn/cm=1nN/m1Kg=9.8N,1N=105dyn

在两相界面只表现出能，不表现出力；在三相周界则表现出力，即表面张力（单位周界长度上的力）。第168页油藏流体间的界面张力

内聚力－附着力＝静吸力静吸力大则表面张力大，反之亦然。1.油－气界面压力的影响：

p↑,Rs↑,ρo↓,内聚力↓

ρg↑,附着力↑，静吸力↓

所以：σ↓

温度的影响：

T↑ρo↓＞ρg↓,

内聚力↓＞附着力↓所以：静吸力↓，σ↓

第169页2.油－水界面

无溶解气的油水体系温度、压力对油水密度和热力学性质影响大体相同。有溶解气的油水体系

p＜pb时，

p↑,Rs↑,ρo↓,ρw不变内聚力不变，附着力下降，所以：静吸力上升，σ↑p＞pb时，

第170页五.表面张力的测定

悬滴法第171页第172页第二节界面吸附现象及其和界面张力的关系

溶解于两相系统中的物质，自发地聚集到两相界面层并急剧降低该界面层的表面张力的现象称之为“吸附”，被吸附在两相界面上、且能大大降低界面张力的的物质叫做表面活性物或称表面活性剂。单位界面层比相内多于的吸附量叫比吸附，用G表示。第173页表面活性剂是一种两亲分子，含有一个极性端和一个非极性端就其极性而言，可以把原油的组分分为非极性物质和含有极性的活性物质两类。烃类是非极性物质，烃与氧、硫、氮的化合物是活性物质。原油是表面活性物质和非极性烃类的一种溶液。第174页第三节储层岩石的润湿性一、岩石润湿性的基本慨念润湿现象：液体在表面张力的作用下沿固体表面流散的现象。润湿性：当固体表面存在不相溶流体时，某相流体优先附着到固体表面的趋势。也称选择性润湿。讨论润湿性必是三相体系，一相为固体，另一相为液体，第三相为气体和另一液体。第175页

说明：延长及陕北产量来自股份公司西部规划。润湿程度用接触角和附着功表示

1.接触角θ（也称润湿角）润湿角θ规定量取极性（或密度）大的流体一边。当θ<90°时，固体表面亲水，也称水湿，或憎油；当θ>90°时，固体表面亲油，也称油湿，或憎水；当θ=90°时，中性润湿。

能润湿固体表面的一相流体称为润湿相，简称湿相，另一相则为非润湿相，简称非湿相。第176页杨氏(Young)方程某一流体润湿固体表面各相界面张力相互作用的结果，有三种界面张力作用于三相周界。杨氏方程：由上式可得：或：第177页附着功衡量固体润湿性大小的另一个指标是附着功或粘附功，它是指在非湿相流体中，将单位面积的湿相从固体界面拉离开所做的功。这一过程做功的能量转化为固体表面能的增加。由于故即体系的表面能增加。这个表面能的增量就等于附着功或粘附功再由杨式方程得：因此接触角与附着功的关系为：第178页

对于岩石油水系统若θ<90°,cosθ>0,

σ2.3>σ1.3,岩石亲水；固体表面能减少。自发过程若θ>90°,cosθ<0,

σ2.3<σ1.3,岩石亲油；固体表面能增加，未发生自发过程。若θ＝90°，cosθ=0,

σ2.3=σ1.3,岩石中性润湿第179页表面活性物质对润湿性的影响—润湿反转现象

表面活性物质自发地吸附于固体表面，会使固体表面润湿性发生转化。我们把固体表面的亲水性和亲油性的相互转化叫做润湿反转。

润湿反转的程度与固体表面性质和活性物质性质有关，也与活性物质浓度有关。第180页

二、润湿滞后现象

润湿滞后是指三相周界沿固体表面移动的迟缓而使润湿接触角改变的现象。

1.静润湿滞后

与三相周界移动方向引起的润湿滞后称为静润湿滞后。

水驱油为前进角：

θ1>θ

油驱水为后退角：

θ2<θ

θ1>θ>θ2

θ为平衡角

这种随润湿先后次序不同而润湿角改变的现象即为静润湿滞后。静润湿滞后的程度：cosθ2－cosθ1

第181页2.动润湿滞后

由三相周界移动速度引起的润湿滞后称为动润湿滞后。第182页

3.与石油中的表面活性物质在岩石表面上的吸附有关

石油中的表面活性物质在岩石表面上的吸附，形成的吸附层将会加重静润湿滞后的程度。油膜在孔道表面上附着越牢固，移动就越困难，滞后就越严重。

4.与岩石颗粒表面粗糙程度有关

岩石颗粒表面粗糙程度和非均质性严重，三相周界移动就越困难，润湿滞后现象也越显著。固体的棱角和尖锐突起对润湿滞后有很大影响。第183页三、储层岩石的润湿性及其影响因素（1）.实际油藏形成和沉积条件不同，岩石和原油物性差异很大，有的油藏岩石亲随，有的油藏岩石亲油；（2）.同一油藏，储层岩石还可能具有微观非均质性，一部分表面为水湿，另一部分表面为油湿。非均质润湿性又分为两种情况：斑状润湿和混合润湿斑状润湿性又称部分润湿或斑块润湿：是指在同一岩样的表面上由于矿物组成不同表现出不同的润湿性，油湿表面和水湿表面无特定的位置；就单个空隙而言，一部分表面为强水湿，其余部分则可能为强油湿，不强调同种润湿表面的连续性。