油藏物質(zhì)平衡

油藏物質(zhì)平衡第1頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

自1936年R.J.Schilthuis利用物質(zhì)守恒原理，首先建立了油藏的物質(zhì)平衡方程式以來(lái)，它在油藏工程中得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。物質(zhì)平衡方程式的主要功能（作用、用途）：（1）確定油藏的原始地質(zhì)儲(chǔ)量（2）判斷油藏的驅(qū)動(dòng)機(jī)理（3）測(cè)算油藏天然水侵量的大小了解天然能量（4）預(yù)測(cè)油藏未來(lái)的壓力動(dòng)態(tài)及油藏最終采收率。第2頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第1節(jié)油藏飽和類型和驅(qū)動(dòng)類型

新發(fā)現(xiàn)的油藏，探井測(cè)壓、高壓物性的分析原始地層壓力、飽和壓力Pi和Pb

的大小原始條件的油藏未飽和油藏或欠飽和油藏:Pi>Pb飽和油藏:Pi≤Pb帶氣頂沒(méi)有氣頂(Unsaturated、under-saturated、notsaturated)(saturated)(withgas-cap)第3頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月所有油藏的飽和壓力：都有從構(gòu)造頂部向翼部增加的趨勢(shì)因?yàn)椋篜b與油藏的壓力、溫度和油、氣的組分有關(guān)實(shí)際應(yīng)用時(shí)：無(wú)論P(yáng)i或Pb，都需考慮利用加權(quán)平均數(shù)據(jù)在確定油藏飽和類型的前提下，可根據(jù)油藏的原始外邊界條件（即有無(wú)邊底水和氣頂）以及作用于油、氣滲流的驅(qū)動(dòng)力情況：第4頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏的天然驅(qū)動(dòng)類型：未飽和油藏或欠飽和油藏:飽和油藏:封閉型：封閉性彈性驅(qū)動(dòng)不封閉型：彈性水壓驅(qū)動(dòng)無(wú)氣頂、無(wú)邊底水活動(dòng)---溶解氣驅(qū)動(dòng)無(wú)氣頂、有邊底水活動(dòng)---溶解氣驅(qū)和天然水驅(qū)綜合驅(qū)動(dòng)有氣頂、無(wú)邊底水活動(dòng)---溶解氣驅(qū)和氣頂驅(qū)綜合驅(qū)動(dòng)有氣頂、有邊底水活動(dòng)---氣頂驅(qū)、溶解氣驅(qū)和天然水驅(qū)綜合驅(qū)動(dòng)在礦場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)油藏實(shí)際驅(qū)動(dòng)類型，建立和選擇不同驅(qū)動(dòng)方式的物質(zhì)平衡方程式(sealedorclosed)edge/bottomwaterelasticwaterdrive第5頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第2節(jié)油藏物質(zhì)平衡方程GasOilWaterGOCWOC實(shí)際油藏，封閉or不封閉簡(jiǎn)化為WaterOilGas儲(chǔ)油容器Tanker第6頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總烴量采出量剩余量第7頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏物質(zhì)平衡通式的建立與簡(jiǎn)化假設(shè)條件？1.假設(shè)條件：（GeneralizedMBE）●儲(chǔ)層物性和流體物性均勻分布，各向同性；●相同時(shí)間內(nèi)，油藏各點(diǎn)地層壓力能瞬時(shí)達(dá)到平衡；●在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，油藏保持熱動(dòng)力學(xué)平衡，即地層溫度恒定；●不考慮毛管力和重力作用第8頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月----基于上述假設(shè)，把一個(gè)實(shí)際油藏簡(jiǎn)化為封閉的或不封閉的（具有天然水侵）儲(chǔ)存油、氣的地下容器。在這個(gè)地下容器內(nèi)，隨著油藏的開(kāi)采，油、氣、水的體積變化服從物質(zhì)守恒原理，由此原理所建立的方程式。它又稱零維模型，這是因?yàn)槲镔|(zhì)平衡方程式本身不考慮油、氣、水滲流的空間變化。物質(zhì)平衡方程式第9頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.物質(zhì)平衡方程建立的思路：（1）油藏為一體積不變的容器，油藏原始條件下的流體的總體積=開(kāi)發(fā)后任一時(shí)刻采出流體的總體積與地下剩余流體體積之和。（2）油藏為一體積不變的容器，油藏原始條件下的流體的總體積=開(kāi)發(fā)過(guò)程中任一時(shí)刻所含流體總體積。（不考慮巖石孔隙空間變形）（3）油藏為一體積不變的容器，開(kāi)發(fā)過(guò)程的任一時(shí)刻流體體積變化的代數(shù)和為零。三種方式實(shí)質(zhì)相同，可得同一結(jié)果。第10頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、方程的建立先考察一個(gè)飽和油藏：[4][5][10][6][7][8][9](氣頂區(qū))(含油區(qū))(水區(qū))PiPt[1][2][3]第11頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月飽和油藏：具有氣頂、并有邊底水作用。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，即使人工注水、注氣，假定仍不能保持地層能量平衡。隨著流體的開(kāi)采地層壓力逐步

★

氣頂氣膨脹

★地層原油膨脹

★以及巖石和束縛水彈性膨脹

★同時(shí)，部分溶解氣釋放出，并隨壓降而膨脹

★

邊底水隨之侵入油藏irreducible/combined/boundwaterEncroach/invadeelasticexpansion第12頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在原始條件下，氣頂區(qū)內(nèi)天然氣的原始地質(zhì)儲(chǔ)量G，所占地下體積GBgi含油區(qū)內(nèi)原油原始地質(zhì)儲(chǔ)量N，所占地下體積NBoi氣頂區(qū)與含油區(qū)所含流體體積比m:第13頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣頂內(nèi)天然氣原始地質(zhì)儲(chǔ)量G:它所占的地層孔隙體積為：第14頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月附：地層流體物性隨地層壓力的變化關(guān)系BtBoBgRsBt=BoiRsiBgiPi=PbP0(Rsi-Rs).Bg地層原油兩相體積系數(shù)：第15頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)平衡方程式的推導(dǎo)：

已知油藏原始地層壓力Pi，經(jīng)過(guò)時(shí)間t開(kāi)采后，地層壓力下降到P。在此期間內(nèi)，從油藏中累積產(chǎn)出油量Np，氣量Gp，水量Wp。根據(jù)物質(zhì)守恒：

累積產(chǎn)出的流體（三者）的地下體積=氣頂區(qū)和含油區(qū)內(nèi)的諸項(xiàng)彈性累積體積膨脹量、天然累積水侵量和人工累積注水、注氣地下體積量的總和。第16頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用文字表述（地下平衡、累積平衡、體積平衡）為：[1]累積產(chǎn)油量+[2]累積產(chǎn)氣量+[3]累積產(chǎn)水量=[4]氣頂?shù)睦鄯e體積膨脹量+[5]氣頂區(qū)內(nèi)地層束縛水和巖石的累積彈性體積膨脹量+[6]含油區(qū)內(nèi)地層原油的累積體積膨脹量+[7]含油區(qū)地層束縛水和巖石的累積彈性體積膨脹量+[8]累積天然水侵體積量+[9]人工累積注水體積量+[10]人工累積注氣體積量第17頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用油藏工程參數(shù)符號(hào)，分別表述各項(xiàng)：[1]累積產(chǎn)油量：

地面Np，地下NpBo[2]累積產(chǎn)氣量:地面Gp=NpRp,(Rp---累積生產(chǎn)氣油比）在壓力P下累產(chǎn)油量Np的溶解氣量為：NpRs地層壓力由Pi下降到P時(shí)，由油藏中產(chǎn)出的天然氣地下體積為：Np(Rp-Rs)Bg[3]累積產(chǎn)水量:地面Wp

,地下:

WpBw部分溶解氣在地下(P下)溶解于原油中，采出的氣來(lái)自于氣頂與溶解氣的釋放第18頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[4]氣頂?shù)睦鄯e體積膨脹量:[5]氣頂區(qū)內(nèi)地層束縛水和巖石的累積彈性體積膨脹量:注意：C的定義第19頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[6]含油區(qū)內(nèi)因溶解氣驅(qū)引起的地層原油累積體積膨脹量：[7]含油區(qū)地層束縛水和巖石的累積彈性體積膨脹量：第20頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[8]累積天然水侵體積量：We[9]人工累積注水體積量:地面Wi,地下WiBw

[10]人工累積注氣體積量:地面Gi,地下GiBig

（Big為在壓力p下注入氣體的體積系數(shù)）第21頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因此：[1]+[2]+[3]=[4]+[5]+[6]+[7]+[8]+[9]+[10]第22頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月飽和油藏物質(zhì)平衡式的通式：(分子加減一項(xiàng)NpRsiBg)或：

根據(jù)油藏的不同驅(qū)動(dòng)類型，對(duì)上述通式簡(jiǎn)化，可得相應(yīng)特定條件下的物質(zhì)平衡式。第23頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第3節(jié)未飽和油藏的物質(zhì)平衡式（一）封閉性彈性驅(qū)動(dòng)的未飽和油藏(pi>Pb)油藏條件：Pi>Pb;We=0;Wi=0;Wp=0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未飽和封閉封閉彈性驅(qū)彈性驅(qū)未飽和由物質(zhì)平衡通式：未飽和第24頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若設(shè)：則：第25頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Nxy或：彈性驅(qū)動(dòng)油藏的生產(chǎn)指示曲線第26頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彈性能量指數(shù)油藏單位壓降的采出油量N

，油藏的彈性能量就越多彈性強(qiáng)度指數(shù)油藏單位壓降的采出程度EII

消除了油藏儲(chǔ)量的影響，因而更能反映油藏彈性驅(qū)動(dòng)能量的強(qiáng)弱。實(shí)際上，EII主要反映了油藏有效壓縮系數(shù)的數(shù)值。第27頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏的壓降指數(shù)采出單位原油量的地層壓降（同樣反映油藏彈性能量的多少）N越小，PDI

，油藏的彈性能量越弱壓降強(qiáng)度指數(shù)（油藏的壓降率）

單位采出程度的油藏壓降第28頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏的采出程度到某階段累積采出的油量與地質(zhì)儲(chǔ)量的比值為了提高油藏采出程度，需以地層壓力的下降為代價(jià)油藏的彈性采收率地層壓力下降到飽和壓力時(shí)的油藏采出程度原油的地飽壓差，油藏的彈性采收率

第29頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏的剩余油飽和度教材上有誤！第30頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）天然彈性水壓驅(qū)動(dòng)的未飽和油藏(pi>Pb)油藏條件：Pi>Pb;We≠0;Wi=0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未飽和天然彈性水壓驅(qū)彈性驅(qū)未飽和由物質(zhì)平衡通式：未飽和第31頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月或?qū)懗桑禾烊凰窒禂?shù)第32頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NxyB=tg第33頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）天然水驅(qū)和人工注水的彈性水壓驅(qū)動(dòng)的未飽和油藏(pi>Pb)油藏條件：Pi>Pb;We≠0;Wi≠0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未飽和天然水驅(qū)和人工注水彈性水壓驅(qū)未飽和由物質(zhì)平衡通式：未飽和第34頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水壓驅(qū)動(dòng)油藏的生產(chǎn)指示曲線WW第35頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水壓驅(qū)動(dòng)油藏的開(kāi)采初期主要為彈性驅(qū)動(dòng)，早期一般不注水，Wi≈0，壓降較小，還沒(méi)波及到水體，We≈0，產(chǎn)水量也很小，Wp≈0，油藏的MBE為油藏在經(jīng)歷了彈性驅(qū)動(dòng)階段之后，已進(jìn)入水壓驅(qū)動(dòng)階段，水侵或注水過(guò)程開(kāi)始發(fā)揮作用◆水侵量計(jì)算1.生產(chǎn)指示曲線法第36頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在某一個(gè)階段，油藏的生產(chǎn)指示曲線在

NpBo

軸方向上偏離初始直線段的距離，為油藏的存水量。由此可計(jì)算水侵量：第37頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水體活躍程度：當(dāng)指示曲線明顯偏離直線段的油藏采出程度R0：采出程度R0水體活躍程度<3%比較活躍3%～10%中等程度>10%不活躍W第38頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.虧空體積曲線法油藏的凈采出體積，礦場(chǎng)上通常稱之為油藏的虧空體積，并用符號(hào)Vv表示第39頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏的虧空率虧空體積與油藏容積的比值油藏的虧空體積，等于油藏的地下膨脹量與油藏的水侵量之和。當(dāng)然油藏并不會(huì)因?yàn)殚_(kāi)采原油而出現(xiàn)真正的虧空，虧空的部分由地下體積的膨脹和水侵量填補(bǔ)第40頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在油藏開(kāi)發(fā)的初期，油藏的水侵量很小，可以忽略，油藏基本上為彈性驅(qū)動(dòng)，此時(shí)WeWeVvVv第41頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水壓驅(qū)動(dòng)未飽和油藏Vv～△p曲線由兩部分組成：初始部分的直線段和之后的曲線段。初始直線段反映了彈性驅(qū)動(dòng)的虧空體積變化，用該直線段的斜率依然可以確定出油藏的動(dòng)態(tài)地質(zhì)儲(chǔ)量。也可以用虧空曲線來(lái)計(jì)算油藏的水侵量：油藏的虧空體積曲線偏離初始直線段在Vv

軸上的距離，即為油藏的水侵量第42頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月或?qū)懗桑禾烊凰窒禂?shù)第43頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月或令：則：xy45oWe計(jì)算偏大We計(jì)算偏小第44頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆油藏注采平衡

水壓驅(qū)動(dòng)未飽和油藏的MBE：油藏的存水體積系數(shù)：油藏的存水量與油藏容積之比值油藏的水侵體積系數(shù)：油藏的水侵量與油藏容積的比值第45頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏的注水體積系數(shù)：油藏的注水量與油藏容積的比值油藏的產(chǎn)水體積系數(shù)：油藏的產(chǎn)水量與油藏容積的比值第46頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總注入液量與總采出液量的比值油藏的累計(jì)注采比：（地下）（地下）年(月或日)注入液量與年(月或日)采出液量的比值油藏的(瞬時(shí))注采比：（地下）（地下）第47頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月部分保壓開(kāi)采的水侵量We>0，水體的能量可以發(fā)揮一定的作用。注采欠平衡，即累積注入量小于累積采出量此時(shí)，油藏的壓力可能低于Pi

，油藏存在一定的壓力降落，這樣的開(kāi)采方式也稱做部分保壓開(kāi)采。第48頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏完全依靠天然能量進(jìn)行開(kāi)采，衰竭式開(kāi)采的水侵量We>0，水體的能量可以充分發(fā)揮作用。衰竭式開(kāi)采，此時(shí)，油藏的注入量為0，第49頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注采平衡平衡狀態(tài)，即所謂的“注采平衡”。注采平衡時(shí)，油藏的壓力維持在原始地層壓力的水平上，油藏的壓降為0，這樣的開(kāi)采方式也稱做保(持)壓(力)開(kāi)采。保壓開(kāi)采的水侵量We0，水體的能量無(wú)法發(fā)揮作用。油藏的注入與采出達(dá)到了一種第50頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注采過(guò)平衡時(shí)，油藏的壓力可能高于Pi，油藏可能存在一定的壓力升高，該開(kāi)采方式也稱做過(guò)平衡開(kāi)采。過(guò)平衡開(kāi)采的水侵量可能

We<0，即可能有一部分油藏流體（oiland/orwater）逸流到水體中去。注采過(guò)平衡，即累積注入量大于累積采出量油藏的逸流量(包括油和水)第51頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)平衡開(kāi)采導(dǎo)致油藏流體外逸，從而浪費(fèi)了油藏的驅(qū)替能量，礦場(chǎng)上一般不采用這種驅(qū)替方式。為了充分利用水體的能量，油藏的壓力應(yīng)保持在原始地層壓力之下，即油藏存在一定的壓降，而且壓降越大，水體越能發(fā)揮作用。第52頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了保持油井有相對(duì)較高的舉升能力，油藏壓力又不能降得太低，油藏壓力越高，油井的舉升能力就越強(qiáng)。因此，油藏壓力應(yīng)保持一個(gè)合理的水平之上，才能給油藏開(kāi)采帶來(lái)好的經(jīng)濟(jì)效益。壓力保持水平油藏壓力與原始地層壓力的比值第53頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油藏的壓降水平油藏的壓力降落值與Pi的比值為了充分利用水體的能量，而又能保持油井具有較高的舉升能力，注水開(kāi)發(fā)油藏的壓力水平一般保持在80%～90%左右。第54頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）人工注水的封閉彈性水壓驅(qū)動(dòng)的未飽和油藏(pi>Pb)油藏條件：Pi>Pb;We＝0;Wi≠0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未飽和人工注水（封閉）彈性水壓驅(qū)未飽和未飽和由物質(zhì)平衡通式：第55頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月令：則：xy斜率：過(guò)原點(diǎn)的直線N第56頁(yè)，課件共63頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第4節(jié)飽和油藏的物質(zhì)平衡式對(duì)飽和油藏(Pi≤Pb)，根據(jù)不同驅(qū)動(dòng)能量的組合，可得不同驅(qū)動(dòng)類型油藏的物質(zhì)平衡方程。（一）溶解氣驅(qū)油藏(SolutionGas