油層物理第四章(飽和度等)

第四章儲(chǔ)油（氣）巖石流體飽和度和其它物理性質(zhì)§1儲(chǔ)油（氣）巖石的流體飽和度某種流體在巖石孔隙中占據(jù)空間體積的百分?jǐn)?shù)或小數(shù)即為該流體的飽和度。石油在巖石孔隙中占據(jù)空間體積的百分?jǐn)?shù)或小數(shù)即為油飽和度（含油飽和度）。地層水在巖石孔隙中占據(jù)空間體積的百分?jǐn)?shù)或小數(shù)即為水飽和度（含水飽和度）。天然氣在巖石孔隙中占據(jù)空間體積的百分?jǐn)?shù)或小數(shù)即為氣飽和度（含氣飽和度）。式中：So、Sg、Sw——分別為油層條件下的油、氣水飽和度，小數(shù)或百分?jǐn)?shù)；Vou、Vwu——油層條件下的油、水體積（cm3）；Vpe——巖樣有效孔隙體積（cm3）。一、流體飽和度的概念通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定并計(jì)算飽和度時(shí)，應(yīng)當(dāng)是指那些儲(chǔ)存在巖石有效孔隙（連通孔隙），處于油層壓力、溫度下（有大量天然氣溶解于油及水中，改變了它們的體積）的飽和度。即如下各式所示：式中：So、Sg、Sw——分別為油層條件下的油、氣水飽和度，小數(shù)或百分?jǐn)?shù)；Vb——巖樣體積（cm3）；Vo、Vw——在標(biāo)準(zhǔn)狀況下抽提和蒸餾出來的油、水體積（cm3）；bo、bw——油層條件下油和水的體積系數(shù)，小數(shù)。到開發(fā)后期，剩留油在油層內(nèi)不可流動(dòng)時(shí)。在勘探階段（油藏還沒有投入開發(fā)以前）所測(cè)的流體飽和度原始含水飽和度束縛水飽和度原始含油飽和度在開發(fā)階段測(cè)定的流體飽和度含油飽和度目前含油飽和度含水飽和度目前含水飽和度含氣飽和度目前含氣飽和度原始含氣飽和度飽和度的不同名稱剩余油飽和度殘余油飽和度二、影響儲(chǔ)油（氣）巖石流體飽和度的因素（1）儲(chǔ)油（氣）巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性：儲(chǔ)油（氣）巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性是影響油氣飽和度的關(guān)鍵因素。一般來說，孔隙半徑大、孔喉比值小、孔隙配位數(shù)大（孔隙連通系數(shù)接近1）、孔隙曲折度小、孔隙內(nèi)壁光滑，那么巖石滲透性好，油氣排驅(qū)水的阻力就小，因而油氣飽和度就高，反之就低。

（2）儲(chǔ)油（氣）巖石的表面性質(zhì)：儲(chǔ)油（氣）巖石顆粒較粗、比面小，那么顆粒表面吸附水就少，殘余水飽和度低，這樣油氣飽和度就高；相反油氣飽和度就低。除此，巖石潤(rùn)濕性也影響著油氣飽和度，譬如親水的巖石，油氣就難將水排出，因而油氣飽和度就低；相反，親油的巖石，油氣就易將水排出，使得油氣飽和度增高。

（3）油氣性質(zhì)：油氣相對(duì)密度不同，直接影響到油氣的飽和度。其次是油氣粘度，一般來說，較稠的油粘度大，所受的阻力也大，這就減少了排水動(dòng)力，使油氣不易進(jìn)入孔隙，殘余水含量高，因此油氣飽和度變低；反之油氣飽和度高。

（4）油氣排水的動(dòng)力：油氣排水的動(dòng)力大，則被排出的水就多，油氣飽和度就高；相反就低。三、儲(chǔ)油（氣）巖流體飽和度的測(cè)定及其研究方法巖心直接測(cè)定方法巖心間接測(cè)定法油層物理模型測(cè)井計(jì)算方法一、實(shí)驗(yàn)室?guī)r心直接測(cè)定法1、蒸餾法使用溶劑（甲苯或四氯化碳）抽提出巖心內(nèi)流體（實(shí)驗(yàn)測(cè)定用的溶劑一般采用比重比水小而沸點(diǎn)比水高的溶劑）2、干餾法測(cè)定原理：通過儀器對(duì)巖心進(jìn)行高溫烘烤，冷凝收集以及相關(guān)校正后得到油水體積。一般加溫過程分二個(gè)階段第一個(gè)階段是先均勻加溫至350－360度（20－30分鐘），主要目的是將巖樣中的束縛水解吸第二個(gè)階段為進(jìn)一步加溫至500左右（20－30分鐘），主要目的是將巖樣中的石油干餾出來。計(jì)量干餾出的水和油的體積。一般根據(jù)巖心測(cè)定的含油飽和度均較地下的低，只在一下情況下較為接近：1、已經(jīng)水淹的地區(qū)殘余油中不含或很少含溶解氣；2）在壓力衰竭帶鉆取巖心，由于壓力降低可導(dǎo)致流體收縮、溢流和被逐出，因而測(cè)出的飽和度普遍偏小，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)據(jù)乘以原油的地層體積系數(shù)，再乘以一個(gè)校正系數(shù)（1.15）大致可以獲得校正。如何取得保持流體原始狀態(tài)的巖心也是準(zhǔn)確確定殘余油飽和度的關(guān)鍵，一般采用巖心壓力保持取心筒或密閉取心筒等裝置。二、巖心間接分析法用巖石相對(duì)滲透率與流體飽和度的關(guān)系曲線確定束縛水飽和度和殘余油飽和度三、經(jīng)驗(yàn)關(guān)系法（油層物理模型）1、按粒度中值，有效孔隙度計(jì)算束縛水飽和度根據(jù)我國(guó)大慶、勝坨、大港、高河西、老君廟油田巖心實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)束縛水飽和度為其粒度中值及連通孔隙度的函數(shù)，當(dāng)粒度中值在0.04-0.3變化時(shí)，對(duì)于一個(gè)粒度中值，束縛水飽和度與孔隙度之間的經(jīng)驗(yàn)方程趨于雙對(duì)數(shù)曲線形式（1）高、中孔隙度（≧20％）砂巖儲(chǔ)層通式適用于渤海灣下第三系（東營(yíng)－沙河街組二段）地層的關(guān)系式適用于大慶油田各主力層系及我國(guó)東部地區(qū)下第三系中下部地層的關(guān)系式適用于渤海灣盆地上第三系地層（強(qiáng)親水性，膠結(jié)疏松砂巖）的關(guān)系式（2）適用于低孔隙度（<20％）砂巖儲(chǔ)層的通式2、按滲透率與含水飽和度的關(guān)系式根據(jù)給定的毛管壓力值，可以作出含水飽和度和滲透率的對(duì)數(shù)值的關(guān)系曲線對(duì)每一個(gè)毛管壓力值，可以得出不同形式的曲線，從而獲得方程：3、按孔隙度－滲透率－束縛水飽和度的關(guān)系計(jì)算束縛水飽和度對(duì)于一個(gè)油層，束縛水飽和度，孔隙度與滲透率的變化關(guān)系可用公式該方法的應(yīng)用具有局限性，只適用于一定油藏，不能泛用。四、利用測(cè)井資料計(jì)算飽和度Archie（阿爾奇）公式計(jì)算法模型

其依據(jù)是含油層電阻率增大率（）與含油飽和度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)得出。而含水層電阻率Ro與地層水電阻率有關(guān)，即。分布在巖石孔隙中的含水飽和度與含油飽和度相加等于1。于是，只要已知巖石含水飽和度大小，就能夠確定它的含油飽和度。Ro－孔隙中完全含水時(shí)的巖石電阻率,Ω·mRt－巖石的真電阻率（原狀地層電阻率）,Ω·mRw－地層水電阻率,Ω·mφ－巖石孔隙度（有效孔隙度）,小數(shù)Sw—含水飽和度，小數(shù)I－地層電阻率增大系數(shù)F－地層因素m稱為膠結(jié)指數(shù)，膠結(jié)砂巖m可取為2a為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，一般等于1n為飽和度指數(shù)，一般n＝2四、流體飽和度資料的應(yīng)用（1）計(jì)算原始儲(chǔ)量、剩余儲(chǔ)量和采收率原始儲(chǔ)量為：剩余儲(chǔ)量為：采收率為：A——油層面積（m3）；h——油層厚度（m），Soi、Sor——原始和殘余含油飽和度（小數(shù)）；Boi、Bor——原始和目前石油體積系數(shù)（小數(shù)）；Ni、Nr——原始和剩余石油儲(chǔ)量（m3）。（2）確定排驅(qū)效率：注水的油田根據(jù)不同層位所取得的殘余油飽和度，可以確定不同層位的排驅(qū)效率（），即：排驅(qū)效率的含意可以理解為注水后從孔隙所排驅(qū)出的油飽和度占原始油飽和度的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)排驅(qū)效率的分析，可以判斷注水效果，從而針對(duì)存在的問題，制訂注水改進(jìn)措施。（3）制定開采補(bǔ)充措施：（4）判斷剩余儲(chǔ)量的可采性：由于三次采油工藝復(fù)雜、費(fèi)用高，因此根據(jù)殘余油飽和度所計(jì)算的剩余儲(chǔ)量可采性是進(jìn)行三次采油的先決條件。從油田不同層段或地區(qū)所測(cè)定的殘余油飽和度，經(jīng)分析就可了解目前油田的開采現(xiàn)狀，對(duì)于受開采影響小的所謂“死”油區(qū)，增布加密井，以提高石油的采收率。第四章儲(chǔ)油（氣）巖石流體飽和度和其它物理性質(zhì)§2儲(chǔ)油（氣）巖石的壓縮性儲(chǔ)油（氣）巖石從沉積開始，隨著沉積層的加厚和深埋，它一直受著一個(gè)上覆地層的地靜壓力（也叫外壓力）和巖石孔隙流體壓力（也叫內(nèi)壓力）的作用，而這兩者之差就是巖石骨架的壓實(shí)壓力。由于壓實(shí)壓力的作用，巖石發(fā)生彈性形變，度量這個(gè)形變的參數(shù)就是儲(chǔ)油（氣）巖的壓縮系數(shù)。一、壓縮系數(shù)的概念所謂壓縮系數(shù)就是指壓力變化單位大氣壓（兆帕）時(shí)，單位巖石體積的變化率。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Cb——巖石的壓縮系數(shù)（1/atm，1/MPa）；Vb——巖石體積(cm3)；△Vb——當(dāng)壓力變化△p時(shí)，巖石體積的變化（cm3）；△p——壓力差（atm，MPa）?；蚬街械呢?fù)號(hào)代表巖石體積的變化方向與壓力的變化方向相反由于儲(chǔ)油（氣）巖石是由巖石的骨架與空隙組成，因此巖石的壓縮系數(shù)也可以用變化一個(gè)大氣壓時(shí)，單位顆粒體積的變化率和單位孔隙體積變化率來考慮。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：Cg、Cp——分別為巖石骨架和巖石孔隙的壓縮系數(shù)（l/atm，1/MPa），△Vg、△Vp——分別為壓力變化△p時(shí)，巖石骨架和巖石孔隙體積的變化（cm3）。歐美國(guó)家采用孔隙體積壓縮系數(shù),定義為油層壓力每產(chǎn)生單位壓降時(shí)，單位巖石孔隙體積所產(chǎn)生的孔隙體積變化值：B.H.尼科拉耶夫斯基等人通過研究巖石的壓縮系數(shù)，提出將常壓條件下實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所測(cè)定的巖石孔隙度轉(zhuǎn)化為地層條件下的孔隙度二、孔隙體系壓縮系數(shù)的測(cè)定（1）孔隙壓力保持恒定，改變圍壓，其計(jì)算公式如下：Cp——孔隙體積壓縮系數(shù)，（1/MPa）Pi——孔隙壓力（MPa）——圍壓（MPa）。（2）圍壓保持恒定，改變孔隙壓力，其公式：壓縮性對(duì)油層原油開采時(shí)會(huì)產(chǎn)生二個(gè)重要影響1、隨著油層開采，油層流體壓力降低，可導(dǎo)致外壓、內(nèi)壓差加大，顆粒受擠壓變形，孔隙體積減小，將油驅(qū)出孔隙；2、隨著油氣田開發(fā)，油層流體壓力下降，導(dǎo)致被壓縮的顆粒發(fā)生膨脹，孔隙體積縮小，從而將原油驅(qū)至井