油藏物质平衡

油藏物质平衡第1页，共63页，2023年，2月20日，星期六

自1936年R.J.Schilthuis利用物质守恒原理，首先建立了油藏的物质平衡方程式以来，它在油藏工程中得到了广泛的应用与发展。物质平衡方程式的主要功能（作用、用途）：（1）确定油藏的原始地质储量（2）判断油藏的驱动机理（3）测算油藏天然水侵量的大小了解天然能量（4）预测油藏未来的压力动态及油藏最终采收率。第2页，共63页，2023年，2月20日，星期六第1节油藏饱和类型和驱动类型

新发现的油藏，探井测压、高压物性的分析原始地层压力、饱和压力Pi和Pb

的大小原始条件的油藏未饱和油藏或欠饱和油藏:Pi>Pb饱和油藏:Pi≤Pb带气顶没有气顶(Unsaturated、under-saturated、notsaturated)(saturated)(withgas-cap)第3页，共63页，2023年，2月20日，星期六所有油藏的饱和压力：都有从构造顶部向翼部增加的趋势因为：Pb与油藏的压力、温度和油、气的组分有关实际应用时：无论Pi或Pb，都需考虑利用加权平均数据在确定油藏饱和类型的前提下，可根据油藏的原始外边界条件（即有无边底水和气顶）以及作用于油、气渗流的驱动力情况：第4页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏的天然驱动类型：未饱和油藏或欠饱和油藏:饱和油藏:封闭型：封闭性弹性驱动不封闭型：弹性水压驱动无气顶、无边底水活动---溶解气驱动无气顶、有边底水活动---溶解气驱和天然水驱综合驱动有气顶、无边底水活动---溶解气驱和气顶驱综合驱动有气顶、有边底水活动---气顶驱、溶解气驱和天然水驱综合驱动在矿场实际应用中，需根据油藏实际驱动类型，建立和选择不同驱动方式的物质平衡方程式(sealedorclosed)edge/bottomwaterelasticwaterdrive第5页，共63页，2023年，2月20日，星期六第2节油藏物质平衡方程GasOilWaterGOCWOC实际油藏，封闭or不封闭简化为WaterOilGas储油容器Tanker第6页，共63页，2023年，2月20日，星期六总烃量采出量剩余量第7页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏物质平衡通式的建立与简化假设条件？1.假设条件：（GeneralizedMBE）●储层物性和流体物性均匀分布，各向同性；●相同时间内，油藏各点地层压力能瞬时达到平衡；●在整个开发过程中，油藏保持热动力学平衡，即地层温度恒定；●不考虑毛管力和重力作用第8页，共63页，2023年，2月20日，星期六----基于上述假设，把一个实际油藏简化为封闭的或不封闭的（具有天然水侵）储存油、气的地下容器。在这个地下容器内，随着油藏的开采，油、气、水的体积变化服从物质守恒原理，由此原理所建立的方程式。它又称零维模型，这是因为物质平衡方程式本身不考虑油、气、水渗流的空间变化。物质平衡方程式第9页，共63页，2023年，2月20日，星期六2.物质平衡方程建立的思路：（1）油藏为一体积不变的容器，油藏原始条件下的流体的总体积=开发后任一时刻采出流体的总体积与地下剩余流体体积之和。（2）油藏为一体积不变的容器，油藏原始条件下的流体的总体积=开发过程中任一时刻所含流体总体积。（不考虑岩石孔隙空间变形）（3）油藏为一体积不变的容器，开发过程的任一时刻流体体积变化的代数和为零。三种方式实质相同，可得同一结果。第10页，共63页，2023年，2月20日，星期六3、方程的建立先考察一个饱和油藏：[4][5][10][6][7][8][9](气顶区)(含油区)(水区)PiPt[1][2][3]第11页，共63页，2023年，2月20日，星期六饱和油藏：具有气顶、并有边底水作用。在开发过程中，即使人工注水、注气，假定仍不能保持地层能量平衡。随着流体的开采地层压力逐步

★

气顶气膨胀

★地层原油膨胀

★以及岩石和束缚水弹性膨胀

★同时，部分溶解气释放出，并随压降而膨胀

★

边底水随之侵入油藏irreducible/combined/boundwaterEncroach/invadeelasticexpansion第12页，共63页，2023年，2月20日，星期六在原始条件下，气顶区内天然气的原始地质储量G，所占地下体积GBgi含油区内原油原始地质储量N，所占地下体积NBoi气顶区与含油区所含流体体积比m:第13页，共63页，2023年，2月20日，星期六气顶内天然气原始地质储量G:它所占的地层孔隙体积为：第14页，共63页，2023年，2月20日，星期六附：地层流体物性随地层压力的变化关系BtBoBgRsBt=BoiRsiBgiPi=PbP0(Rsi-Rs).Bg地层原油两相体积系数：第15页，共63页，2023年，2月20日，星期六物质平衡方程式的推导：

已知油藏原始地层压力Pi，经过时间t开采后，地层压力下降到P。在此期间内，从油藏中累积产出油量Np，气量Gp，水量Wp。根据物质守恒：

累积产出的流体（三者）的地下体积=气顶区和含油区内的诸项弹性累积体积膨胀量、天然累积水侵量和人工累积注水、注气地下体积量的总和。第16页，共63页，2023年，2月20日，星期六用文字表述（地下平衡、累积平衡、体积平衡）为：[1]累积产油量+[2]累积产气量+[3]累积产水量=[4]气顶的累积体积膨胀量+[5]气顶区内地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量+[6]含油区内地层原油的累积体积膨胀量+[7]含油区地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量+[8]累积天然水侵体积量+[9]人工累积注水体积量+[10]人工累积注气体积量第17页，共63页，2023年，2月20日，星期六用油藏工程参数符号，分别表述各项：[1]累积产油量：

地面Np，地下NpBo[2]累积产气量:地面Gp=NpRp,(Rp---累积生产气油比）在压力P下累产油量Np的溶解气量为：NpRs地层压力由Pi下降到P时，由油藏中产出的天然气地下体积为：Np(Rp-Rs)Bg[3]累积产水量:地面Wp

,地下:

WpBw部分溶解气在地下(P下)溶解于原油中，采出的气来自于气顶与溶解气的释放第18页，共63页，2023年，2月20日，星期六[4]气顶的累积体积膨胀量:[5]气顶区内地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量:注意：C的定义第19页，共63页，2023年，2月20日，星期六[6]含油区内因溶解气驱引起的地层原油累积体积膨胀量：[7]含油区地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量：第20页，共63页，2023年，2月20日，星期六[8]累积天然水侵体积量：We[9]人工累积注水体积量:地面Wi,地下WiBw

[10]人工累积注气体积量:地面Gi,地下GiBig

（Big为在压力p下注入气体的体积系数）第21页，共63页，2023年，2月20日，星期六因此：[1]+[2]+[3]=[4]+[5]+[6]+[7]+[8]+[9]+[10]第22页，共63页，2023年，2月20日，星期六饱和油藏物质平衡式的通式：(分子加减一项NpRsiBg)或：

根据油藏的不同驱动类型，对上述通式简化，可得相应特定条件下的物质平衡式。第23页，共63页，2023年，2月20日，星期六第3节未饱和油藏的物质平衡式（一）封闭性弹性驱动的未饱和油藏(pi>Pb)油藏条件：Pi>Pb;We=0;Wi=0;Wp=0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未饱和封闭封闭弹性驱弹性驱未饱和由物质平衡通式：未饱和第24页，共63页，2023年，2月20日，星期六若设：则：第25页，共63页，2023年，2月20日，星期六Nxy或：弹性驱动油藏的生产指示曲线第26页，共63页，2023年，2月20日，星期六弹性能量指数油藏单位压降的采出油量N

，油藏的弹性能量就越多弹性强度指数油藏单位压降的采出程度EII

消除了油藏储量的影响，因而更能反映油藏弹性驱动能量的强弱。实际上，EII主要反映了油藏有效压缩系数的数值。第27页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏的压降指数采出单位原油量的地层压降（同样反映油藏弹性能量的多少）N越小，PDI

，油藏的弹性能量越弱压降强度指数（油藏的压降率）

单位采出程度的油藏压降第28页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏的采出程度到某阶段累积采出的油量与地质储量的比值为了提高油藏采出程度，需以地层压力的下降为代价油藏的弹性采收率地层压力下降到饱和压力时的油藏采出程度原油的地饱压差，油藏的弹性采收率

第29页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏的剩余油饱和度教材上有误！第30页，共63页，2023年，2月20日，星期六（二）天然弹性水压驱动的未饱和油藏(pi>Pb)油藏条件：Pi>Pb;We≠0;Wi=0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未饱和天然弹性水压驱弹性驱未饱和由物质平衡通式：未饱和第31页，共63页，2023年，2月20日，星期六或写成：天然水侵系数第32页，共63页，2023年，2月20日，星期六NxyB=tg第33页，共63页，2023年，2月20日，星期六（三）天然水驱和人工注水的弹性水压驱动的未饱和油藏(pi>Pb)油藏条件：Pi>Pb;We≠0;Wi≠0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未饱和天然水驱和人工注水弹性水压驱未饱和由物质平衡通式：未饱和第34页，共63页，2023年，2月20日，星期六水压驱动油藏的生产指示曲线WW第35页，共63页，2023年，2月20日，星期六水压驱动油藏的开采初期主要为弹性驱动，早期一般不注水，Wi≈0，压降较小，还没波及到水体，We≈0，产水量也很小，Wp≈0，油藏的MBE为油藏在经历了弹性驱动阶段之后，已进入水压驱动阶段，水侵或注水过程开始发挥作用◆水侵量计算1.生产指示曲线法第36页，共63页，2023年，2月20日，星期六在某一个阶段，油藏的生产指示曲线在

NpBo

轴方向上偏离初始直线段的距离，为油藏的存水量。由此可计算水侵量：第37页，共63页，2023年，2月20日，星期六水体活跃程度：当指示曲线明显偏离直线段的油藏采出程度R0：采出程度R0水体活跃程度<3%比较活跃3%～10%中等程度>10%不活跃W第38页，共63页，2023年，2月20日，星期六2.亏空体积曲线法油藏的净采出体积，矿场上通常称之为油藏的亏空体积，并用符号Vv表示第39页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏的亏空率亏空体积与油藏容积的比值油藏的亏空体积，等于油藏的地下膨胀量与油藏的水侵量之和。当然油藏并不会因为开采原油而出现真正的亏空，亏空的部分由地下体积的膨胀和水侵量填补第40页，共63页，2023年，2月20日，星期六在油藏开发的初期，油藏的水侵量很小，可以忽略，油藏基本上为弹性驱动，此时WeWeVvVv第41页，共63页，2023年，2月20日，星期六水压驱动未饱和油藏Vv～△p曲线由两部分组成：初始部分的直线段和之后的曲线段。初始直线段反映了弹性驱动的亏空体积变化，用该直线段的斜率依然可以确定出油藏的动态地质储量。也可以用亏空曲线来计算油藏的水侵量：油藏的亏空体积曲线偏离初始直线段在Vv

轴上的距离，即为油藏的水侵量第42页，共63页，2023年，2月20日，星期六或写成：天然水侵系数第43页，共63页，2023年，2月20日，星期六或令：则：xy45oWe计算偏大We计算偏小第44页，共63页，2023年，2月20日，星期六◆油藏注采平衡

水压驱动未饱和油藏的MBE：油藏的存水体积系数：油藏的存水量与油藏容积之比值油藏的水侵体积系数：油藏的水侵量与油藏容积的比值第45页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏的注水体积系数：油藏的注水量与油藏容积的比值油藏的产水体积系数：油藏的产水量与油藏容积的比值第46页，共63页，2023年，2月20日，星期六总注入液量与总采出液量的比值油藏的累计注采比：（地下）（地下）年(月或日)注入液量与年(月或日)采出液量的比值油藏的(瞬时)注采比：（地下）（地下）第47页，共63页，2023年，2月20日，星期六部分保压开采的水侵量We>0，水体的能量可以发挥一定的作用。注采欠平衡，即累积注入量小于累积采出量此时，油藏的压力可能低于Pi

，油藏存在一定的压力降落，这样的开采方式也称做部分保压开采。第48页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏完全依靠天然能量进行开采，衰竭式开采的水侵量We>0，水体的能量可以充分发挥作用。衰竭式开采，此时，油藏的注入量为0，第49页，共63页，2023年，2月20日，星期六注采平衡平衡状态，即所谓的“注采平衡”。注采平衡时，油藏的压力维持在原始地层压力的水平上，油藏的压降为0，这样的开采方式也称做保(持)压(力)开采。保压开采的水侵量We0，水体的能量无法发挥作用。油藏的注入与采出达到了一种第50页，共63页，2023年，2月20日，星期六注采过平衡时，油藏的压力可能高于Pi，油藏可能存在一定的压力升高，该开采方式也称做过平衡开采。过平衡开采的水侵量可能

We<0，即可能有一部分油藏流体（oiland/orwater）逸流到水体中去。注采过平衡，即累积注入量大于累积采出量油藏的逸流量(包括油和水)第51页，共63页，2023年，2月20日，星期六过平衡开采导致油藏流体外逸，从而浪费了油藏的驱替能量，矿场上一般不采用这种驱替方式。为了充分利用水体的能量，油藏的压力应保持在原始地层压力之下，即油藏存在一定的压降，而且压降越大，水体越能发挥作用。第52页，共63页，2023年，2月20日，星期六为了保持油井有相对较高的举升能力，油藏压力又不能降得太低，油藏压力越高，油井的举升能力就越强。因此，油藏压力应保持一个合理的水平之上，才能给油藏开采带来好的经济效益。压力保持水平油藏压力与原始地层压力的比值第53页，共63页，2023年，2月20日，星期六油藏的压降水平油藏的压力降落值与Pi的比值为了充分利用水体的能量，而又能保持油井具有较高的举升能力，注水开发油藏的压力水平一般保持在80%～90%左右。第54页，共63页，2023年，2月20日，星期六（四）人工注水的封闭弹性水压驱动的未饱和油藏(pi>Pb)油藏条件：Pi>Pb;We＝0;Wi≠0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未饱和人工注水（封闭）弹性水压驱未饱和未饱和由物质平衡通式：第55页，共63页，2023年，2月20日，星期六令：则：xy斜率：过原点的直线N第56页，共63页，2023年，2月20日，星期六第4节饱和油藏的物质平衡式对饱和油藏(Pi≤Pb)，根据不同驱动能量的组合，可得不同驱动类型油藏的物质平衡方程。（一）溶解气驱油藏(SolutionGasDr