海洋石油开采工程（第二章油气田开发工程基础）PPT资料.pptx
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组成轻烃组分所占比例，Bo,溶解气油比油藏温度油藏压力,T，Bo,当PPb时，P,Bo,b,当P=P时，BoBomax,Rs,Bo,体积系数与压力的关系,第一节油藏流体的物理性质,体积系数与压力的关系,（3）两相体积系数（Bt）：
油藏压力低于泡点压力时，在给定压力下地层油和其释放出气体的总体积（两相体积）与它在地面脱气后的体积（地面原油体积）之比。
第一节油藏流体的物理性质,5、地层油的等温压缩系数
（1）定义地层油等温压缩系数定义为在等温条件下，单位体积地层油随压力变化体积的变化率，1/MPa,第一节油藏流体的物理性质,
（2）影响因素分析：
组成轻烃组分所占比例，Co溶解气油比Rs,Co温度T，Co,P,Co,压力,第一节油藏流体的物理性质,6、地层油的粘度影响因素分析：
组成轻烃组分所占比例,o,第一节油藏流体的物理性质,溶解气油比温度,Rs,oT，o,oT关系,第一节油藏流体的物理性质,压力,P,oP,o,当PPb时，,当P=Pb时，oomin,第一节油藏流体的物理性质,oP关系,三、天然气的高压物性1、天然气的组成、视分子质量、相对密度
（1）天然气的组成石蜡族低分子饱和烷烃（主要）,CH47098C2H6C3H8,C4H10,非烃气体（少量）H2SCO2CO惰性气体He、Ar,N2H2O,C5,第一节油藏流体的物理性质,
（2）天然气的视分子质量为了工程计算方便，人为地将标准状况下（0，0.101Mpa）1mol体积天然气的质量，定义为天然气的“视相对分子质量”或“平均相对分子质量”。
根据Kay混合规则：
第一节油藏流体的物理性质,（3）天然气的相对密度在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值。
第一节油藏流体的物理性质,第一节油藏流体的物理性质,典型天然气组分图,矿藏,汽油蒸汽含量,硫含量,油藏气凝析气,2、天然气的分类气藏气,富气干气,100g/m3（湿气）100g/m3,酸气1g/m3净气1g/m3,第一节油藏流体的物理性质,3、天然气压缩因子一、天然气的压缩因子方程理想气体状态方程：
理想气体的假设条件：
气体分子无体积，是个质点；
气体分子间无作用力；
气体分子间是弹性碰撞。
天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不是理想气体。
第一节油藏流体的物理性质,Z1实际气体较理想气体易压缩,实际气体的状态方程：
Z1实际气体成为理想气体Z1实际气体较理想气体难压缩,压缩因子：
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。
压缩因子Z的物理意义：
实际气体与理想气体的差别。
第一节油藏流体的物理性质,4、天然气体积系数定义地面标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。
5、天然气压缩系数定义在等温条件下单位体积气体随压力变化的体积变化率。
第一节油藏流体的物理性质,6、天然气粘度,低压下,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。
大气压下天然气的粘度曲线,第一节油藏流体的物理性质,高压条件下在高压下，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。
气体的粘度随压力的增加而增加；
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。
高压条件下，气体的粘度具有类似于液态粘度的特点。
第一节油藏流体的物理性质,四、地层水的高压物性地层水溶解盐类是影响地层水高压物性的根本原因。
1.溶解气,很少,压力在10MPa下，1m3地层水中溶解天然气不超过2m3。
2.地层水的体积系数油藏条件下的体积地面条件下的体积,第一节油藏流体的物理性质,综合分析：
Bw随温度的增加而增加；
Bw随压力的增加而减小；
溶解有天然气的水比纯水的体积系数大些；
地层水Bw受温度的影响大于受压力及溶解气的影响。
第一节油藏流体的物理性质,3.等温压缩系数在等温条件下，地层水随压力变化的体积变化率。
无溶解气地层水压缩系数,第一节油藏流体的物理性质,Cw的变化规律随压力上升,地层水压缩系数下降；
随温度上升地层水压缩系数先下降后上升；
随溶解气量的增加,地层水压缩系数显著上升；
地层水的压缩系数随水的矿化度升高而降低。
第一节油藏流体的物理性质,第一节油藏流体的物理性质第二节油藏岩石的物理性质一、砂岩的骨架性质二、砂岩的孔隙性质第三节渗流基本规律与基本理论,第二章油气田开发工程基础,第二节油藏岩石的物理性质,岩石,孔隙裂缝溶洞,储集空间渗流通道,为油气提供,孔隙性渗透性,沉积岩储层（世界99%以上）,碎屑岩储层,碳酸盐岩储层,我国大部分油田,波斯湾盆地,华北古潜山油田,第二节油藏岩石的物理性质,一、砂岩的骨架性质,岩石,沉积岩岩浆岩变质岩,如碎屑岩、碳酸盐岩等,如花岗岩、玄武岩等,如大理岩、片麻岩等,性质不同、形状各异、大小不等,岩石的骨架,砂粒胶结物,性质不同，分布各异,砂岩是由性质不同、形状各异、大小不等的砂粒经胶结物胶结而成的。
岩石的骨架是指支撑岩石整体的固体部分。
最简单的骨架由单矿物组成，复杂的骨架由多种不同的矿物组成。
骨架由不同大小的颗粒组成。
把砂岩和碳酸盐岩中的固体部分统称为基质，除组成骨架的颗粒外还有胶粘物等。
第二节油藏岩石的物理性质,1、砂岩的粒度组成及比面
（1）砂岩的粒度组成砂岩的粒度组成：
指构成砂岩的各种大小不同的颗粒的相对含量。
测定方法,薄片法筛析法沉降法,较大直径的砂粒组成,中小直径的砂粒组成,粒径小于72m以下颗粒,第二节油藏岩石的物理性质,筛析法,是将由粗至细的一套筛子叠放、固定在,震动筛分机上，对已破碎、分解的岩石颗粒进行筛析，每一个筛子的筛上剩余颗粒质量可由天平称得，得到颗粒粒级质量分布。
第二节油藏岩石的物理性质,套筛的筛孔以毫米直接表示筛孔孔眼大小以每英寸长度上的孔数表示目,相邻的两级筛孔孔眼的级差为或。
第二节油藏岩石的物理性质,原理：
不同颗粒在液体中具有不同的沉降速度。
沉降法,适用范围：
用于岩样中小于72m的粒度含量。
斯托克斯（C.J.Stokes）公式：
第二节油藏岩石的物理性质,薄片法,对于较致密的细粒岩石，还可以制成岩石薄片。
用显微镜观测或图像分析仪器测定其粒度组成。
近年来国内外研制和使用了多种基于光学原理的颗粒直径测定方法和仪器。
第二节油藏岩石的物理性质,表示方法：
数字图形,粒度组成的表示方法及评价方法,准确,直观、明了,第二节油藏岩石的物理性质,尖峰越高，粒度组成越均匀,曲线越陡，粒度组成越均匀,第二节油藏岩石的物理性质,
（2）岩石的比面岩石的比表面积：
指单位体积岩石内骨架的总表面积，m2/m3。
或指单位体积岩石内所有孔隙的内表面积。
“岩石体积”,外表体积骨架体积孔隙体积,第二节油藏岩石的物理性质,岩石比面的影响因素颗粒直径颗粒直径变小，比面值变大。
排列方式、颗粒形状、胶结物含量等颗粒越不规则，岩石比面越大。
岩石比面的大小影响化学方法采油的药剂消耗,主要粒级分布（mm）1.000.250.250.10.10.01,砂岩的比面（cm2/cm3）50095095023002300,普通砂岩细砂岩泥砂岩,第二节油藏岩石的物理性质,2、岩石的胶结物与胶结类型砂岩中的填充物是由杂基和胶结物组成。
岩石中的胶结物是除碎屑颗粒以外的化学沉淀物质，一般是结晶的或非结晶的自生矿物，在砂岩中含量不大于50%。
它对颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石。
胶结物质含量增加总使岩石的储油能力和渗透能力变差。
砂岩中胶结物的成分、数量和胶结类型，影响着砂岩的致密程度、孔隙性、渗透性等岩石物性。
胶结物的成分中最常见的是泥质和灰质，其次为硫酸盐和硅质。
第二节油藏岩石的物理性质,泥质胶结物粘土矿物,（遇水膨胀、分散或絮凝）,油气储层中常见的粘土矿物以高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石及混合层等含水层状硅酸盐为主。
（1）岩石胶结物泥质胶结物灰质胶结物胶结物类型硫酸盐胶结物硅质胶结物,第二节油藏岩石的物理性质,灰质胶结物,碳酸盐类矿物,（遇酸反应）,灰质胶结物主要是由碳酸盐类矿物组成。
砂岩中常见的碳酸盐矿物为：
方解石（CaCO3）白云石（CaMg（CO3）2）,硫酸盐胶结物石膏和硬石膏,（高温脱水）,硅质胶结物,（胶结最结实）,硅酸盐,石膏CaSO4nH2O,硬石膏CaSO4,第二节油藏岩石的物理性质,岩石胶结类型岩石胶结类型：
胶结物在岩石中的分布状况与碎屑颗粒的接触关系。
岩石的胶结类型主要受胶结物含量、分布及颗粒与胶结物的结合方式的控制。
基底胶结孔隙胶结接触胶结杂乱胶结,第二节油藏岩石的物理性质,第二节油藏岩石的物理性质,二、砂岩的孔隙性质1、储层岩石的孔隙和孔隙结构
（1）孔隙岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它固体物质充填的空间。
孔隙空洞裂隙（缝）,空隙,孔隙,砂岩的孔隙大小和形态取决于砂粒的相互接触关系以及成岩后生作用引起的变化。
（2）储层岩石的孔隙特征,第二节油藏岩石的物理性质,毛细管孔隙体系划分表,第二节油藏岩石的物理性质,孔隙结构：
岩石中孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系。
岩石的孔隙结构与颗粒的大小、分选性质、颗粒接触方式等密切相关。
孔隙结构对岩石储集性能和渗透能力有影响。
第二节油藏岩石的物理性质,3、储层岩石的孔隙度
（1）定义：
岩石孔隙体积与岩石外表体积之比或单位岩石体积中孔隙体积所占的比例。
（2）孔隙度的分类绝对孔隙度岩石总孔隙体积或绝对孔隙体积岩石外表体积或视体积,第二节油藏岩石的物理性质,有效孔隙度在一定的压差作用下，被油、气、水饱和且连通的孔隙体积流动孔隙度在一定的压差作用下，饱和于岩石孔隙中的流体发生运动时，与可动流体体积相当的那部分孔隙体积。
储层岩石（砂岩）有效孔隙度评价,第二节油藏岩石的物理性质,（同一油藏，同一时刻）勘探阶段：
原始饱和度开发阶段：
目前饱和度,三、油藏流体饱和度1、定义单位孔隙体积中流体所占的比例。
（l=o，w，g）,第二节油藏岩石的物理性质,2束缚水饱和度
（1）束缚水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。
（2）束缚水饱和度Swc单位孔隙体积中束缚水所占的比例。
第二节油藏岩石的物理性质,3、残余油饱和度残余油被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中的油。
残余油饱和度Sor残余油占储层的孔隙体积的比例。
油藏采收率,第二节油藏岩石的物理性质,四、岩石的等温压缩系数,上覆压力与孔隙压力的差值,等温条件下单位体积岩石中孔隙体积随有效压力的变化值。
1、定义,第二节油藏岩石的物理性质,2、油藏的综合压缩系数,物理意义：
当地层压力降低单位压力时，单位体积岩石中由于岩石孔隙体积的缩小和孔隙中流体的膨胀而变化的总体积。
表示油层弹性能量的大小,油藏弹性采油量：
第二节油藏岩石的物理性质,五、油藏岩石的渗透性岩石的渗透性：
在一定的压差作用下，储层岩石让流体在其中流动的性质。
其大小用渗透率表示。
1、油藏岩石的绝对渗透率
（1）达西定律1856年、法国人、享利达西未胶结砂充填模型水流渗滤试验达西实验装置,第二节油藏岩石的物理性质,渗透率单位的物理意义为：
粘度为1mPas的流体，在0.1MPa的压差下，通过截面积为1cm2，长为1cm的岩石，当流量为1cm3/s时，该岩石的渗透率为1m2。
通用达西公式渗透率,第二节油藏岩石的物理性质,达西实验的条件：
岩石孔隙100%为某种流体饱和；
流体在岩石孔隙中的渗流保持为层流；
流体与岩石不发生反应。
K是仅与岩石自身性质有关的参数，它只决定于岩石的孔隙结构。
与所通过的流体性质无关K为岩石的绝对渗透率,第二节油藏岩石的物理性质,
（2）油藏岩石渗透率的评价,第二节油藏岩石的物理性质,2、有效渗透率和相对渗透率
（1）有效渗透率当岩石孔隙中饱和两种或两种以上流体时，岩石让其中一种流体的通过能力称为有效渗透率或称为相渗透率。
油相的有效渗透率Ko,气相的有效渗透率Kg,水相的有效渗透率Kw,第二节油藏岩石的物理性质,岩石的有效渗透率之和总是小于该岩石的绝对渗透率。
岩石的有效渗透率是岩石自身属性、流体饱和度及其在孔隙中的分布的函数，而流体饱和度及其分布后者与润湿性等有关。
第二节油藏岩石的物理性质,
（2）相对渗透率指岩石孔隙中饱和多相流体时，岩石对每一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。
油相的相对渗透率气相的相对渗透率水相的相对渗透率,同一岩石的相对渗透率之和总是小于1。
第二节油藏岩石的物理性质,六、油藏岩石的润湿性润湿现象:
干净的玻璃板上滴一滴水水迅速散成薄薄的一层,干净的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,第二节油藏岩石的物理性质,岩石的润湿性
（1）润湿的定义液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。
润湿角（）：
过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角。
（从极性大的一端算起）油水对固体表面的润湿平衡1水2油3固体,
（2）衡量润湿性的参数,润湿角,第二节油藏岩石的物理性质,润湿是指三相体系：
一相为固体，另一相为液体，第三相为气体或另一种液体。
液体是否润湿固体，总是相对于另一相气体（或液体）而言的。
（3）润湿性的判断,第二节油藏岩石的物理性质,润湿反转：
由于表面活性剂的吸附，使固体表面的润湿性发生改变的现象。
润湿反转程度既与固体表面性质和活性剂的性质有关，又和活性剂的浓度有关。
第二节油藏岩石的物理性质,第一节油藏流体的物理性质第二节油藏岩石的物理性质第三节渗流基本规律与基本理论一、渗流基本规律二、单相液体稳定渗流理论三、油水两相渗流基本理论,第二章油气田开发工程基础,第三节渗流基本规律与基本理论,一、渗流基本规律1、渗流过程中的动力来源及力学分析
（1）渗流动力来源,边水、底水、注入水压能,（边部注水或排状/切割注水方）,式）,底水驱动,边水驱动,注入水驱动,弹性能量溶解气的膨胀能量气顶气膨胀压能,气顶气溶解气,第三节渗流基本规律与基本理论,重力能,（油层倾角比较大或油层厚度大）,油藏具有明显的倾角时这种驱动方式才起作用,第三节渗流基本规律与基本理论,
（2）力学分析油、气、水在孔隙中渗流是由于各种力作用的结果，这些力可能是动力，也可能是阻力。
流体的重力和重力势能。
重力有时是动力，有时是阻力。
流体重力势能图,第三节渗流基本规律与基本理论,流体的黏度及黏滞力在渗流过程中，黏滞力始终表现为阻力毛管压力在渗流过程中，毛管压力既可表现为渗流动力，也可表现为渗流阻力。
在驱替压力不大或渗流速度不大时若油藏岩石亲水，毛管压力方向与流动方向相同，为动力；
若油藏岩石亲油，毛管压力方向与流动方向相反，为阻力。
（a）岩石亲水时毛管压力为动力,（b）岩石亲油时毛管压力为阻力,第三节渗流基本规律与基本理论,流体的质量和惯性力惯性力在渗流过程中多表现为阻力。
由于渗流时渗流速度通常很小，常忽略惯性力。
岩石及流体的压缩性和弹性力油藏岩石所承受的压力来自两个方面，一是岩石孔隙内液体传递的地下流体系统压力，称之为孔隙压力或地层压力，该压力作用于岩石孔隙内壁或内表面；
二是上覆岩层的压力，称之为上覆压力，该压力基本为常数。
岩石的压缩系数是指等温条件下，单位体积岩石中孔隙体积随有效压力的变化率值。
第三节渗流基本规律与基本理论,两边积分得到：
两边积分得到：
第三节渗流基本规律与基本理论,2、渗流基本规律
（1）达西渗流基本规律当流动处于层流状态时，水头损失与流量成直线关系，而在紊流时，水头损失与流量之间关系不再是直线关系。
第三节渗流基本规律与基本理论,压差与渗流速度的关系,产生非达西渗流的原因非常复杂，可能由于以下原因：
渗流速度过高，惯性阻力占主导地位；
分子效应，气体渗流时，由于气体的滑脱效应、吸附及毛细管凝析引起的渗流异常；
离子效应，多孔介质中不同程度含有黏土，盐水中的离子与多孔介质表面相互作用，使得渗透率发生变化而偏离达西渗流关系；
非牛顿流体，非牛顿流体的流变性差异，使得渗流关系偏离达西渗流。
第三节渗流基本规律与基本理论,第三节渗流基本规律与基本理论,负号表示沿流动方向（坐标狓逐渐增加）压力逐渐降低。
渗流速度：
单位时间通过单位渗流截面积的流量称为渗流速度,渗流流量,3、基本渗流方式
（1）单向渗流,带状油藏一维流动示意图,一维单相渗流运动方程为：
第三节渗流基本规律与基本理论,
（2）平面径向渗流每一个渗流平面内流体平行流动都向中心点汇集（生产井）或由中心点向外发散（注水井），渗流平面内流体流动状况都相同，这种流动称为平面径向流。
平面径向流运动方程为：
油井近井径向流动示意图,第三节渗流基本规律与基本理论,二、单相液体稳定渗流理论1、单相液体稳定渗流理论
（1）一维渗流一个水平、均质、等厚的带状地层模型，几何尺寸如图所示，两端敞露，其余几个面均为不渗透边界。
敞露的一端是供给边缘（压力为Pe），另一端相当于排液坑道（压力为Pw）。
单相渗流模型,第三节渗流基本规律与基本理论,压力分布：
产量公式：
定入口压力时压力分布,第三节渗流基本规律与基本理论,定出口压力时压力分布,
（2）平面径向渗流一口生产井钻穿全部油层，供给边缘半径为re，井半径为rw地层厚度为h，供给边缘压力为Pe，井底压力为Pw,平面径向流地层模型,第三节渗流基本规律与基本理论,压力分布：
从整个地层来看，地层各点压力值的大小将由地层压力分布对数曲线绕油井井轴旋转构成的曲面来表示，由于此曲面形状象漏斗，因而习惯上称为“压降漏斗”。
平面径向渗流压力分布曲线,第三节渗流基本规律与基本理论,产量公式：
2、单相液体不稳定渗流理论实际地层主要依靠岩石的压缩和液体膨胀产生的弹性能量维持原油生产，地层内各点的压力每个瞬间都在发生变化。
因此在弹性驱动方式下，渗流是个不稳定的过程，而这种压力不稳定的变化过程总是首先从井底开始，然后逐渐地向地层外部传播。
地层压力传播,第三节渗流基本规律与基本理论,拟稳态渗流若油藏外围无能量补充，外边界为不渗透封闭边界，油井以定产量投产，从井底开始的压力降落曲线逐渐扩大和加深，压力降落传到边界后，无外来能量供给，边界上压力传导将继续下降。
随着时间的增加，从井壁到边界各点压降幅度逐渐趋于一致。
即当井的产量不变，渗流阻力不变时，地层内弹性能量的释放也相对稳定下来，这种状态称为“拟稳定状态”。
第三节渗流基本规律与基本理论,r,1,A,pi,t1,pet2t3t4,C,B,D,r,2,拟稳态渗流,第三节渗流基本规律与基本理论,油井产量,外边界Re处压力Pe（t）,第三节渗流基本规律与基本理论,第三节渗流基本规律与基本理论三、油水两相渗流基本理论1、油水两相渗流基本数学模型分流量方程,含水率方程,含油率方程,2、油水两相渗流理论,水淹区平均含水饱和度图解示意图,水驱前缘图解示意图,第三节渗流基本规律与基本理论,
（1）等饱和度面移动方程（Buckley-Levertt）,
（2）等饱和度面位置方程,（3）井排见水前水驱见水时间计算,第三节渗流基本规律与基本理论,（4）见水前平均含水饱和度的确定方法,根据水驱前缘的图解确定，将水驱前缘图解中的切线延伸与fw=1的线相交，得到交点，交点所对应的含水饱和度值即为平均含水饱和度。
第三节渗流基本规律与基本理论,
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