油藏物质平衡.ppt

第五章第五章第五章第五章 物质平衡方法物质平衡方法物质平衡方法物质平衡方法 自自1936年年R.J.Schilthuis利用物质守恒原理，首利用物质守恒原理，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工程中得到了广泛的应用与发展物质平衡方程式的物质平衡方程式的主要功能主要功能（作用、用途）：（作用、用途）：（（1））确定油藏的原始地质储量确定油藏的原始地质储量（（2））判断油藏的驱动机理判断油藏的驱动机理（（3））测算油藏天然水侵量的大小测算油藏天然水侵量的大小了解天然了解天然能量能量（（4））预测油藏未来的压力动态及油藏最终采预测油藏未来的压力动态及油藏最终采收率第第1 1节节 油藏饱和类型和驱动类型油藏饱和类型和驱动类型 新发现的油藏，新发现的油藏， 探井测压、高压物性的探井测压、高压物性的分析分析  原始地层压力、饱和压力原始地层压力、饱和压力Pi和和Pb 的大小的大小原始原始条件条件的油的油藏藏未未饱和油藏或欠饱饱和油藏或欠饱和油藏和油藏: :Pi > Pb饱和油藏饱和油藏: :Pi ≤ Pb带带气顶气顶没有气顶没有气顶( Unsaturated、under-saturated、not saturated )( saturated)( with gas-cap)所有油藏的所有油藏的饱和压力饱和压力：都有：都有从构造顶部向翼部增从构造顶部向翼部增加加的趋势的趋势因为：因为：PbPb与油藏的压力、温度和油、气的组与油藏的压力、温度和油、气的组分有关分有关实际应用时：无论实际应用时：无论P Pi i或或P Pb b，，都需考虑利用加都需考虑利用加权平均数据权平均数据 在确定油藏饱和类型的前提下，可根据油藏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：作用于油、气渗流的驱动力情况：油藏油藏的天的天然驱然驱动类动类型：型：未未饱和油藏或饱和油藏或欠饱和油藏欠饱和油藏: :饱和油藏饱和油藏: :封闭型：封闭性弹性驱动封闭型：封闭性弹性驱动不封闭型：弹性水压驱动不封闭型：弹性水压驱动无气顶、无边底水活动无气顶、无边底水活动------溶解气驱动溶解气驱动无气顶、无气顶、 有边底水活动有边底水活动------溶解气溶解气驱和天然水驱综合驱动驱和天然水驱综合驱动有气顶、有气顶、 无边底水活动无边底水活动------溶解气驱溶解气驱和气顶驱综合驱动和气顶驱综合驱动有气顶、有气顶、 有边底水活动有边底水活动------气顶驱、气顶驱、溶解气驱和天然水驱综合驱动溶解气驱和天然水驱综合驱动在在矿场实际应用中，需根据油藏实际驱动类型，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建立和选择不同驱动方式的物质平衡方程式( sealed or closed)edge/bottom waterelastic water drive第第2 2节节 油藏物质平衡方程油藏物质平衡方程实实际际油油藏藏，，封封闭闭or 不不封封闭闭简化为储油容器Tanker总烃量总烃量采出量采出量剩余量剩余量油藏物质平衡通式的建立与简化油藏物质平衡通式的建立与简化1.假设条件：假设条件：（（Generalized MBE））● 储层物性和流体物性均匀分布，各向同性；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相同时间内，油藏各点地层压力能瞬时达到 平衡；平衡；● 在整个开发过程中，油藏保持热动力学平衡，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；即地层温度恒定；● 不考虑毛管力和重力作用不考虑毛管力和重力作用 --------基于上述假设，把一个实际油藏简化为基于上述假设，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，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、水渗流的空间变化本身不考虑油、气、水渗流的空间变化物质平衡方程式物质平衡方程式2. 2. 物质平衡方程建立的思路：物质平衡方程建立的思路：（（1 1）油藏为一体积不变的容器，油藏原始条件下）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的流体的总体积 = = 开发后任一时刻采出流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体的总体积与地下剩余流体体积之和2 2）油藏为一体积不变的容器，油藏原始条件下）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的流体的总体积 = = 开发过程中任一时刻所开发过程中任一时刻所含流体总体积含流体总体积不考虑岩石孔隙（不考虑岩石孔隙空间变形空间变形））（（3 3）油藏为一体积不变的容器，开发过程的任一）油藏为一体积不变的容器，开发过程的任一时刻流体时刻流体体积变化的代数和体积变化的代数和为零。

为零三种三种方式实质相同，可得同一结果方式实质相同，可得同一结果3、、方程的建立方程的建立先先考察一个饱和油藏：考察一个饱和油藏：[4][5][10][6] [7][8][9](气顶区气顶区)(含油区含油区)(水区水区)PiPt[1][2][3] 饱和油藏：具有气顶、并有边底水作用饱和油藏：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能保持地层能量平衡 随着流体的开采随着流体的开采  地层压力逐步地层压力逐步   ★★ 气顶气膨胀气顶气膨胀 ★★ 地层地层原油膨胀原油膨胀 ★★ 以及以及岩石和束缚水弹性膨胀岩石和束缚水弹性膨胀 ★★ 同时，部分同时，部分溶解气释放溶解气释放出，并随压降而出，并随压降而膨胀膨胀 ★★ 边底水边底水随之随之侵入侵入油藏油藏irreducible/combined/bound waterEncroach/invadeelastic expansion 在原始条件下，气顶区内天然气的原始地质在原始条件下，气顶区内天然气的原始地质储量储量 G，，所占地下体积所占地下体积 GBgi 含油区内原油原始地质储量含油区内原油原始地质储量 N，，所占地下体所占地下体积积 NBoi 气顶区与含油区所含流体体积比气顶区与含油区所含流体体积比 m: : 气顶内天然气原始地质储量气顶内天然气原始地质储量G: :它所占的它所占的地层孔隙体积为：地层孔隙体积为：附：地层流体物性随地层压力的变化关系附：地层流体物性随地层压力的变化关系BtBoBgRsBt=BoiRsiBgiPi=PbP0(Rsi-Rs).Bg地层原油两相体地层原油两相体积系数：积系数：物质平衡方程式的推导：物质平衡方程式的推导： 已知油藏原始地层压力已知油藏原始地层压力Pi，，经过时间经过时间 t 开采开采后，地层压力下降到后，地层压力下降到P 。

在此期间内，从油藏中在此期间内，从油藏中累积产出油量累积产出油量Np，，气量气量Gp，，水量水量Wp根据物质守恒：根据物质守恒： 累积产出的流体（三者）的地下体积累积产出的流体（三者）的地下体积 = 气气顶区和含油区内的诸项弹性累积体积膨胀量、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、注气地下体天然累积水侵量和人工累积注水、注气地下体积量的总和积量的总和用用文字表述（文字表述（地下地下平衡、平衡、累积累积平衡、平衡、体积体积平衡）为：平衡）为：[1][1]累积产油量累积产油量 + [2]+ [2]累积产气量累积产气量 + [3]+ [3]累积产水累积产水量量 = [4]= [4]气顶的累积体积膨胀量气顶的累积体积膨胀量 + [5]+ [5]气顶区内地气顶区内地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量 + [6]+ [6]含油含油区内地层原油的累积体积膨胀量区内地层原油的累积体积膨胀量 + [7]+ [7]含油区地层含油区地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量 + [8]+ [8]累积天累积天然水侵体积量然水侵体积量 + [9]+ [9]人工累积注水体积量人工累积注水体积量 + [10]+ [10]人工累积注气体积量人工累积注气体积量用用油藏工程参数符号，分别表述各项：油藏工程参数符号，分别表述各项：[1]累积产油量：累积产油量： 地面地面 Np，， 地下地下 NpBo[2]累积产气量累积产气量: 地面地面Gp=NpRp , (Rp---累积生产气油比）累积生产气油比）在压力在压力P下累产油量下累产油量Np的溶解气量为：的溶解气量为：NpRs地层压力由地层压力由Pi下降到下降到P时，由油藏中产出的天时，由油藏中产出的天然气地下体积为：然气地下体积为： Np(Rp-Rs)Bg[3]累积产水量累积产水量: 地面地面Wp , 地下地下: WpBw部分溶解气在地下部分溶解气在地下(P下下)溶解溶解于原油中，采出的气来自于于原油中，采出的气来自于气顶与溶解气的释放气顶与溶解气的释放[4]气顶的累积体积膨胀量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气顶区内地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量胀量:注意：注意：C的的定义定义[6]含油区内因溶解气驱引起的地层原油累积体积含油区内因溶解气驱引起的地层原油累积体积膨胀量：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：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：累积天然水侵体积量：We[9]人工累积注水体积量人工累积注水体积量: 地面地面Wi, 地下地下WiBw [10]人工累积注气体积量人工累积注气体积量: 地面地面Gi, 地下地下GiBig （（Big为在压力为在压力p下注入气体的体积系数）下注入气体的体积系数）因此：因此：[1]+[2]+[3]=[4]+[5]+[6]+[7]+[8]+[9]+[10]饱和油藏物质平衡式的通式：饱和油藏物质平衡式的通式：(分子加减一项分子加减一项NpRsiBg)或：或： 根据油藏的不同驱动类型，对上述通式简化，可得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。

相应特定条件下的物质平衡式第第3 3节节 未饱和油藏的物质平衡式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一）封闭性弹性驱动的未饱和油藏 (pi > Pb)油藏条件：油藏条件：Pi > Pb; We=0; Wi=0; Wp=0; m=0; Gi=0; Rp=Rs=Rsi; Bo-Boi=BoiCo△△p未饱和未饱和封闭封闭封闭封闭弹性驱弹性驱弹性驱弹性驱未饱和未饱和由物质平由物质平衡通式：衡通式：未饱和未饱和若设：若设：则：则：Nxy或：弹性驱动油藏的生产指示曲线 弹性能量指数弹性能量指数 油藏单位压降的采出油量 N ，，油藏的弹性能量就越多油藏的弹性能量就越多弹性强度指数弹性强度指数 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 油藏的压降指数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 越小越小 ，，PDI ，，油藏的弹性能量越弱油藏的弹性能量越弱压降强度指数压降强度指数（（油藏的压降率） 单位采出程度的油藏压降油藏的采出程度油藏的采出程度 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 原油的地饱压差原油的地饱压差，油藏的弹性采收率，油藏的弹性采收率 油藏的剩余油饱和度 教材上有误！教材上有误！（（二）天然弹性水压驱动的未饱和油藏二）天然弹性水压驱动的未饱和油藏 (pi > Pb)油藏条件：油藏条件：Pi > Pb; We≠0; Wi=0; Wp≠0; m=0; Gi=0; Rp=Rs=Rsi; Bo-Boi=BoiCo△△p未饱和未饱和天然弹性水压驱天然弹性水压驱弹性驱弹性驱未饱和未饱和由物质平衡由物质平衡通式：通式：未饱和未饱和或写成：或写成：天然水侵天然水侵系数系数NxyB = tg   （（三）天然水驱和人工注水的弹性水压驱动的三）天然水驱和人工注水的弹性水压驱动的未饱和油藏未饱和油藏 (pi > Pb)油藏条件：油藏条件：Pi > Pb; We≠0; Wi ≠ 0; Wp≠0; m=0; Gi=0; Rp=Rs=Rsi; Bo-Boi=BoiCo△△p未饱和未饱和天然水驱和人工注水弹性水压驱天然水驱和人工注水弹性水压驱未饱和未饱和由物质平衡由物质平衡通式：通式：未饱和未饱和水压驱动油藏的生产指示曲线 WW 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动阶段，水侵或注水过程开始发挥作用 ◆◆水侵量计算水侵量计算1. 生产指示曲线法 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：水体活跃程度：水体活跃程度：当指示曲线明显偏离直线当指示曲线明显偏离直线段的油藏采出程度段的油藏采出程度R R0 0：：采出程度采出程度R0水体活跃程度水体活跃程度<3%比较活跃比较活跃3%～～10%中等程度中等程度>10%不活跃不活跃W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 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 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 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 或写成：或写成：天然水侵天然水侵系数系数或令：或令：则：则：xy45oWe计算偏大计算偏大We计算偏小计算偏小◆ ◆ 油藏注采平衡油藏注采平衡 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 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 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）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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 衰竭式开采衰竭式开采，此时，油藏的注入量为0，注采平衡注采平衡平衡状态，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We0，水体的能量无法发挥作用 油藏的注入与采出达到了一种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（oil and/or water）逸流到水体中去 注采过平衡注采过平衡，即累积注入量大于累积采出量油藏的逸流量油藏的逸流量(包括油和水包括油和水) 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。

 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压力保持水平 油藏压力与原始地层压力的比值 油藏的压降水平油藏的压降水平 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 （四）人工注水的封闭弹性水压驱动的未饱和（四）人工注水的封闭弹性水压驱动的未饱和油藏油藏 (pi > Pb)油藏条件：油藏条件：Pi > Pb; We＝＝0; Wi ≠ 0; Wp≠0; m=0; Gi=0; Rp=Rs=Rsi; Bo-Boi=BoiCo△△p未饱和未饱和人工注水（封闭）弹性水压驱人工注水（封闭）弹性水压驱未饱和未饱和未饱和未饱和由物质平衡由物质平衡通式：通式：令：令：则：则：xy 斜率：斜率：过原点的直线过原点的直线N第第4 4节节 饱和油藏的物质平衡式饱和油藏的物质平衡式 对饱和油藏对饱和油藏 ( (Pi≤Pb) )，，根据不同驱动能量的组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。

合，可得不同驱动类型油藏的物质平衡方程一）溶解气驱油藏一）溶解气驱油藏(Solution Gas Drive Reservoir) 驱动能量：主要是驱动能量：主要是溶解气的分离膨胀溶解气的分离膨胀，同时考，同时考虑地层压降所引起的虑地层压降所引起的地层束缚水和地层岩石的弹性地层束缚水和地层岩石的弹性膨胀膨胀 油藏条件：油藏条件：Pi ≤ Pb; We=0; Wi=0; Wp= 0; m=0; Gi=0; 由物质平由物质平衡通式：衡通式：If 忽略地层束缚水与地层岩石的弹性膨胀作用，则：忽略地层束缚水与地层岩石的弹性膨胀作用，则：纯溶解气驱纯溶解气驱 MBE：：注注水水水处水处理厂理厂生生产产井井注注气气下倾部位注水；上倾部位回注气下倾部位注水；上倾部位回注气（二）（二）气顶驱、溶解气驱和弹性驱动油藏气顶驱、溶解气驱和弹性驱动油藏 油藏条件油藏条件：：Pi ≤ Pb; We=0; Wi=0; Wp= 0; m≠0; Gi=0; 由物质平衡通式由物质平衡通式（三）（三）气顶驱、溶解气驱、天然水驱和弹性驱动油藏气顶驱、溶解气驱、天然水驱和弹性驱动油藏 油藏条件油藏条件：：Pi ≤ Pb; We ≠ 0; Wi=0; Wp ≠ 0; m≠0; Gi=0; 由物质平衡通式由物质平衡通式（（四四））溶解气驱、人工注水和弹性驱动油藏溶解气驱、人工注水和弹性驱动油藏 油藏条件油藏条件：：Pi ≤ Pb; We ≠ 0; Wi ≠ 0; Wp ≠ 0; m = 0; Gi=0; 由物质平衡通式由物质平衡通式（（五五））气顶驱、溶解气驱、天然水驱、人工注水、人气顶驱、溶解气驱、天然水驱、人工注水、人工注气和弹性驱动油藏工注气和弹性驱动油藏 油藏条件油藏条件：：Pi ≤ Pb; We ≠ 0; Wi ≠ 0; Wp ≠ 0; m ≠ 0; Gi ≠ 0; 即前述物质平衡通式：即前述物质平衡通式：。