油藏流体及岩石物理性质

,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),油藏流体的特点(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PT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）,CH4,7098,非烃气体（少量）,H2S,H2O,N2,CO,CO2,C5,惰性气体(inert gas ):,He、Ar,第一节 油藏流体物理性质,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):具有反凝析作用能形成凝析油的气田气,油藏气 (gas of oil reservoir):又叫油田气,伴生气,溶解或气顶中的气,气藏气 (gas of gas reservoir):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1g/m3,第一节 油藏流体物理性质,环烷烃(ring-alkane),芳香烃(aroma-alkane),其它化合物,含硫化合物:硫醇、硫醚、噻吩,含氮化合物:吡咯、吡啶、喹啉、吲哚,高分子杂环化合物:胶质、沥青质,3、石油的组成,烷烃(alkane):C5C16,含氧化合物:环烷酸、苯酚、脂肪酸,第一节 油藏流体物理性质,地层原油的高压物性参数包括原油饱和压力、溶解气油比、压缩系数、体积系数和粘度。,1、原油饱和压力,原油饱和压力系指在地层条件下，原油中的溶解气开始分离出来时的压力。又称泡点压力。,三、地层原油高压物性,第一节 油藏流体物理性质,Standing于1947年，利用美国加利福尼亚22个油田105个饱和压力数据，建立经验公式：,三、地层原油高压物性,第一节 油藏流体物理性质,其中： 饱和压力，MPa； 溶解气油比，m3/m3； 天然气相对密度； 地面脱气原油相对密度； 地层温度，；,1、原油饱和压力,三、地层原油高压物性 地层油：高温高压，溶解有大量的天然气,(1)定义:在油藏温度和压力下地层油中溶解的气量，m3/m3。,Vg地层油在地面脱出的气量（标准状态）m3 Vo地面脱气原油体积，m3。 Rs在地层条件下的原油溶解气油比，,地层油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。,第一节 油藏流体物理性质,2、溶解气油比（Rs）,一次脱气示意图,第一节 油藏流体物理性质,2、溶解气油比（Rs）,Beggs于1980年，利用世界范围内600个实验室6000个以上的数据，建立经验公式：,三、地层原油高压物性,第一节 油藏流体物理性质,Rs溶解气油比，m3/m3； gs若分离器压力在0.689MPa下，分离出气体相对密度； gp由实际的分离条件下，分离出气体相对密度； P地层压力，MPa； T地层温度，； 地面脱气原油相对密度； Pse、Tse分离器的压力（MPa）和温度（）。,2、溶解气油比（Rs）,其中：,(2)影响因素, 油气性质, 压力,油气密度差异越小，地层油的溶解气油比越大。, 温度,油藏条件下，T升高，Rs降低,第一节 油藏流体物理性质,3、压缩系数（Co）,(1)定义 在温度一定的条件下，单位体积地层油随压力变化的体积变化率，1/MPa,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性,3、压缩系数（Co）,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性,Vaquez和Beggs给出了一种用于估算泡点压力以上的经验公式：,Vilena-Lanzi给出了一种用于估算泡点压力以下的经验公式,(2)影响因素分析：,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性,(1)定义 又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积(即地层油体积Vf)与其在地面脱气后的体积(Vs)之比。,一般地，Bo1。,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：,当p=pb时：,当ppb时：,Bobpb压力下的原油体积系数； Co压缩系数； T地层温度，； o、g 原油和天然气相对密度；,(2)影响因素分析,3、 油藏压力,P , Bo,当PPb时，,当P=Pb时，Bo Bomax,体积系数与压力的关系,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性,(1)定义 当速度梯度为1时单位面积上流体的内摩擦力，单位：mPa.s。,三、地层原油高压物性 5、粘度（）,第一节 油藏流体物理性质,三、地层原油高压物性 5、粘度（）,第一节 油藏流体物理性质,当ppb时：,当ppb时：,(2)影响因素分析：,温度,T，o,压力,o P、T 关系,当P=Pb时，o omin,第一节 油藏流体物理性质,指在油层条件下，粘度大于50 mPa.s，相对密度大于0.90的原油。,三、地层原油高压物性 6、稠油,第一节 油藏流体物理性质,第一节 油藏流体物理性质,四、天然气高压物性 1、压缩因子（Z）,一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。,理想气体的假设条件：,1.气体分子无体积；,2.气体分子间无作用力；,3.气体分子间是弹性碰撞；,第一节 油藏流体物理性质,压缩因子Z的物理意义：,实际气体与理想气体的差别。,Z1实际气体较理想气体难压缩,Z=1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（20，1.013×105Pa）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（）,低压条件下,大气压下天然气的粘度曲线,气体的粘度随温 度的增加而增加； 气体的粘度随气体 分子量的增大而减 小； 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,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。,气体的粘度随温度的增加而减小；,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（）,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(inorganic salt),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1.011.02之间。,2、地层水硬度 地层水硬度是指地层水中所含Ca2+、Mg2+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3.7×10-45×10-4MPa-1之间变化。,5、粘度（） 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 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,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：,岩石的孔隙结构,岩石中泥质含量,岩石的润湿性,岩石孔隙小，连