第二章油藏流體和巖石性質(zhì)

第二章油藏流體和巖石性質(zhì)第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第一部分油氣藏流體的物理性質(zhì)第一節(jié)油氣的化學組成第二節(jié)油氣的相態(tài)第三節(jié)地層原油的高壓物性第四節(jié)天然氣的高壓物性第五節(jié)地層水的高壓物性第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三（1）高溫高壓，且石油中溶解有大量的烴類氣體；油氣藏流體石油天然氣地層水油氣藏流體的特點：儲層烴類：C、H（2）隨溫度、壓力的變化，油藏流體的物理性質(zhì)也會發(fā)生變化。同時會出現(xiàn)原油脫氣、析蠟、地層水析鹽或氣體溶解等相態(tài)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)油氣的化學組成一、天然氣的組成石蠟族低分子飽和烷烴（主要）CH470－98％C2H6C3H8C4H10非烴氣體（少量）H2S惰性氣體He、ArH2ON2COCO2>C5第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三礦藏氣油蒸汽含量硫含量凝析氣油藏氣氣藏氣干氣<100g/m3≥100g/m3(濕氣)富氣酸氣≥1g/m3凈氣<1g/m3天然氣的分類（>

C5H12）第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三環(huán)烷烴芳香烴其它化合物烷烴C5～C16含氧化合物含硫化合物含氮化合物高分子雜環(huán)化合物苯酚、脂肪酸硫醇、硫醚、噻吩吡咯、吡啶、喹啉、吲哚膠質(zhì)、瀝青質(zhì)二、石油的組成第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三原油性質(zhì)指標：餾分組成含硫量瀝青質(zhì)膠質(zhì)含蠟量凝固點粘度相對密度第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)油氣的相態(tài)相態(tài)：物質(zhì)在一定條件（溫度和壓力）下所處的狀態(tài)。油藏烴類的相態(tài)通常用P－T圖研究。相：某一體系或系統(tǒng)中具有相同成分，相同物理、化學性質(zhì)的均勻物質(zhì)部分。油藏烴類一般有氣、液、固三種相態(tài)相圖第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三多組分烴類系統(tǒng)相圖四區(qū)三線五點各類油氣藏的開發(fā)特點第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四區(qū)液相區(qū)反常凝析區(qū)氣液兩相區(qū)氣相區(qū)PCT線包圍的陰影部分三線泡點線AC線，液相區(qū)與兩相區(qū)的分界線露點線BC線，氣相區(qū)與兩相區(qū)的分界線等液相線虛線，線上的液量的含量相等AC線以上BC線右下方ACB線包圍的區(qū)域五點泡點AC線上的點，也稱飽和壓力點露點BC線上的點臨界點C點，泡點線與露點線的交點臨界凝析壓力點P點，兩相共存的最高壓力點臨界凝析溫度點T點，兩相共存的最高溫度點油藏氣藏油氣藏凝析氣藏第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三各類油氣藏的開發(fā)特點1點－油藏液態(tài)壓力下降泡點線(飽和壓力)壓力下降氣液兩相4點－凝析氣藏氣態(tài)壓力下降氣液兩相壓力下降氣態(tài)2點－飽和油藏液態(tài)壓力稍微下降氣液兩相3點－氣藏氣態(tài)壓力下降氣態(tài)第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)地層原油的高壓物性地層原油：高溫高壓，溶解有大量的天然氣一、地層原油的溶解氣油比－Rs定義①在油藏溫度和壓力下地層油中溶解的氣量，標m3/m3。②單位體積地面油在油藏條件下所溶解的標準狀況下的氣體體積，標m3/m3。其中：Vg－－地層原油在地面脫出的氣量，標m3VO－－地面脫氣原油或儲油罐，m3地層油的溶解氣油比是用接觸脫氣的方法得到的。第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三二、地層原油的密度和相對密度1.地層原油的密度－ρo地層油的密度是指單位體積地層原油的質(zhì)量，kg/m3。一般，地層原油的密度小于地面原油的密度。2.地面原油的相對密度－γo20℃時的地面原油密度與4℃時水密度之比。？第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三三、地層原油的體積系數(shù)－B

o又稱原油地下體積系數(shù)，是指原油在地下體積(即地層原油體積)與其在地面脫氣后的體積之比。一般地，Bo>1。第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四、地層原油的等溫壓縮系數(shù)－CO在溫度一定的條件下，單位體積地層原油隨壓力變化的體積變化率，1/MPa

原油壓縮系數(shù)主要取決于原油中的溶解氣量的大小，以及原油所處的溫度和壓力。地層溫度越高，石油越輕、密度越小，彈性越大，其壓縮系數(shù)也越大。壓力增加，原油密度增大，其彈性壓縮系數(shù)越小。第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三五、地層原油的粘度－μ地層原油的粘度是又稱為粘滯系數(shù)，地下原油粘度主要受油藏溫度和壓力的影響，還受構(gòu)成原油的組分和天然氣在原油中的溶解量的影響。地層油隨著溫度增加而降低。第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三地層原油的溶解氣油比、體積系數(shù)、壓縮系數(shù)以及地層油的粘度等高壓物性，與地層油的高溫、高壓特別是其中溶解有大量天然氣有密切的關系。第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三一、天然氣的壓縮因子方程理想氣體的假設條件：1.氣體分子無體積，是個質(zhì)點；2.氣體分子間無作用力；3.氣體分子間是彈性碰撞；理想氣體狀態(tài)方程：天然氣處于高溫、高壓狀態(tài)多組分混合物，不是理想氣體第四節(jié)天然氣的高壓物性體積系數(shù)壓縮系數(shù)粘度壓縮因子壓縮因子第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三壓縮因子：一定溫度和壓力條件下，一定質(zhì)量氣體實際占有的體積與在相同條件下理想氣體占有的體積之比。實際氣體的狀態(tài)方程：第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三壓縮因子Z可以由圖版查得。Z<1實際氣體較理想氣體易壓縮Z>1實際氣體較理想氣體難壓縮Z＝1實際氣體成為理想氣體壓縮因子Z的物理意義：實際氣體與理想氣體的差別。第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三二、天然氣的體積系數(shù)地面標準狀態(tài)下單位體積天然氣在地層條件下的體積。三、天然氣的等溫壓縮系數(shù)在等溫條件下，單位體積氣體隨壓力變化的體積變化率。第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四、天然氣的粘度1.低壓下①氣體的粘度隨溫度的增加而增加；②氣體的粘度隨氣體分子量的增大而減小；③低壓范圍內(nèi)，氣體的粘度幾乎與壓力無關。它是表征氣體或液體流動時分子之間內(nèi)摩擦力大小的物性參數(shù)。第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三2.高壓下①氣體的粘度隨壓力的增加而增加；在高壓下，氣體密度變大，氣體分子間的相互作用力起主要作用，氣體層間產(chǎn)生單位速度梯度所需的層面剪切應力很大。②氣體的粘度隨溫度的增加而減小；③氣體的粘度隨氣體分子量的增加而增加。高壓下，氣體的粘度具有類似于液態(tài)粘度的特點。第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)地層水的高壓物性地層水是指油氣層邊部、底部、層間和層內(nèi)的各種邊水、低水、層內(nèi)水及束縛水的總稱。油層水底水邊水層間水束縛水外部水上層水下層水構(gòu)造水地層水長期與巖石和地層油接觸地層水中含有大量的無機鹽第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三一、地層水的礦化度1、地層水中的離子陽離子Na+1、K+1、Ca+2、Mg+2Cl-1、CO3-2、SO4-2、HCO3-1陰離子2、礦化度水中礦物鹽的質(zhì)量濃度，通常用mg/l表示地層水的總礦化度表示水中正負離子的總和不同油藏的地層水礦化度差別很大第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三二、地層水的分類蘇林分類法具體思路根據(jù)水中Na+（包括K+）和Cl-的當量比，利用水中正負離子的化合順序，以水中某種化合物出現(xiàn)的趨勢而命名水型。氯化鎂(MgCl2)水型重碳酸鈉(NaHCO3)水型硫酸鈉(Na2SO4)水型氯化鈣(CaCl2)水型第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三三、地層水的高壓物性1.溶解氣很少地層水溶解鹽類是影響地層水高壓物性的根本原因壓力在10MPa下，1m3地層水中溶解天然氣不超過2m32.地層水的體積系數(shù)油藏條件下的體積地面條件下的體積第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三④地層水Bw受溫度的影響大于受壓力及溶解氣的影響。①Bw隨溫度的增加而增加；③溶解有天然氣的水比純水的體積系數(shù)大些；②Bw隨壓力的增加而減小；綜合分析：第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三3.等溫壓縮系數(shù)地層水的壓縮系數(shù)是指單位體積地層水在單位壓力改變時的體積變化值。第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三4.地層水的粘度地層水的粘度與油氣一樣，都表示了流體內(nèi)的摩擦阻力的大小。地層油、水粘度比越大，對驅(qū)油越不利，會引起油井過早見水而被水淹。地層水的粘度隨溫度的增高而大大較低，但隨著壓力的增加卻幾乎不變。含鹽量對地層水的粘度也影響不大。第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第二部分油氣藏巖石的物理性質(zhì)第一節(jié)砂巖的骨架性質(zhì)第二節(jié)砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙性第三節(jié)油藏流體飽和度第四節(jié)油藏巖石的壓縮系數(shù)第五節(jié)油藏巖石的滲透性第六節(jié)油藏巖石潤濕性第七節(jié)油藏巖石的其他物理性質(zhì)第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三巖石孔隙裂縫溶洞儲集空間滲流通道油氣儲集層（油氣藏）儲集油氣的巖石儲集其中的流體為油氣提供孔隙性滲透性第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三巖石沉積巖如碎屑巖、碳酸鹽巖等巖漿巖如花崗巖、玄武巖等如大理巖、片麻巖等變質(zhì)巖(世界99%以上)沉積巖層碎屑巖儲集層碳酸鹽巖儲集層我國大部分油田波斯灣盆地華北古潛山油田決定于碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)組分及其組合或結(jié)合關系決定于碎屑顆粒的大小及其組合或結(jié)合關系碎屑巖的孔滲特性碳酸鹽巖的孔滲特性塔里木盆地第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)砂巖的骨架性質(zhì)砂粒的大小、形狀、排列方式、膠結(jié)物的數(shù)量、性質(zhì)及其膠結(jié)方式都將影響到巖石的孔滲特性。性質(zhì)不同、形狀各異、大小不等巖石的骨架砂粒膠結(jié)物孔隙：砂粒間未被膠結(jié)物或固體物質(zhì)充填的空間除構(gòu)成巖石骨架的碎屑顆粒以外的化學沉淀物質(zhì)巖石和流體：壓縮性和彈性第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三泥質(zhì)粘土礦物(遇水膨脹)灰質(zhì)碳酸鹽類礦物(遇酸反應)硫酸鹽石膏和硬石膏(高溫脫水)硅質(zhì)硅酸鹽(膠結(jié)最結(jié)實)巖石的膠結(jié)物：膠結(jié)類型：(1)基底膠結(jié)(2)孔隙膠結(jié)(3)接觸膠結(jié)(4)雜亂膠結(jié)第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第一種為基底式膠結(jié)，膠結(jié)物含量很多，碎屑都孤立地分散在膠結(jié)物中，彼此不相接觸。此種膠結(jié)的儲油物性最差。第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第二種為孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物含量較基底膠結(jié)少，膠結(jié)物多分布在碎屑顆粒之間的孔隙中，碎屑大都是互相接觸的，但仍有孔隙，故其儲油物性較好。第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第三種為接觸式膠結(jié)，膠結(jié)物含量更少，只分布在碎屑巖顆粒接觸的地方，其顆粒之間的孔隙常無膠結(jié)物，故其儲油物性最好。第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)巖石的孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙性一、儲層巖石的孔隙和孔隙結(jié)構(gòu)1、孔隙巖石中未被碎屑顆粒、膠結(jié)物或其它固體物質(zhì)充填的空間。裂隙(縫)孔隙孔洞空隙砂巖的孔隙大小和形態(tài)取決于砂粒的相互接觸關系、后來的成巖后生作用引起的變化以及膠結(jié)狀況。孔隙第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三2、孔隙結(jié)構(gòu)：巖石中孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關系。孔隙結(jié)構(gòu)對巖石儲集性能和滲透能力有影響。巖石的孔隙結(jié)構(gòu)與顆粒的大小、分選性質(zhì)、顆粒接觸方式等密切相關。第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三二、儲層巖石的孔隙度或：單位巖石體積中孔隙體積所占的比例。1.定義：巖石中孔隙體積與巖石總體積的比值；其中：Vp－－孔隙體積，Vf－－巖石總體積

Vs－－固體顆粒體積第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三2.孔隙度的分類(1)絕對孔隙度(2)有效孔隙度巖石總孔隙體積或絕對孔隙體積巖石外表體積或視體積被油、氣、水飽和且連通的孔隙體積巖石外表體積或視體積第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三巖石流動孔隙度與作用壓差大小有關：壓差越大,巖石孔隙中發(fā)生流動的流體體積越大,則流動孔隙度越大。(3)流動孔隙度與可動流體體積相當?shù)哪遣糠挚紫扼w積巖石外表體積或視體積三種孔隙度的關系：礦場資料和文獻上不特別標明的孔隙度均指有效孔隙度。第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三三、碳酸鹽巖儲層孔隙度φf——次生孔隙度(裂縫或孔洞孔隙度),小數(shù)。φp——原生孔隙度,小數(shù)；φt——總孔隙度,小數(shù)；儲層巖石(砂巖)孔隙度評價第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)油氣藏流體飽和度一、流體飽和度單位孔隙體積中流體所占的比例。(同一油藏)二、束縛水飽和度－Swc分布和殘存在巖石顆粒接觸處角隅和微細孔隙中或吸附在巖石骨架顆粒表面，不可流動的水1、束縛水單位孔隙體積中束縛水所占的比例2、束縛水飽和度第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三油藏的原始含油飽和度4、儲量計算油藏的地質(zhì)儲量三、殘余油飽和度－Sor1、殘余油被工作劑驅(qū)洗過的地層中被滯留或閉鎖在巖石孔隙中的油。殘余油占儲層的孔隙體積的比例。2、殘余油飽和度第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)油藏巖石的壓縮系數(shù)一、油藏巖石的壓縮系數(shù)Cp以巖石的孔隙體積為基數(shù)的壓縮系數(shù)，1/MPa；礦場常用：油藏壓力每變化單位壓降時巖石孔隙體積的變化率。第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三二、油藏的綜合壓縮系數(shù)計算油藏的彈性采油量：第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)油藏巖石的滲透性巖石的滲透性：在一定的壓差作用下，儲層巖石讓流體在其中流動的能力。其大小用滲透率K表示。一、達西定律1856年、法國人、享利·達西未膠結(jié)砂充填模型水流滲濾試驗第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三達西實驗裝置達西方程：滲透率絕對滲透率：滲透率是油藏巖石的性能參數(shù)，其大小只取決于巖石本身，而與實驗流體無關。第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三二、氣測滲透率(空氣或氮氣)在巖石長度L的每一斷面的壓力不同，氣體體積流量在巖石內(nèi)各點上是變化的，是沿著壓力下降的方向不斷膨脹。氣測滲透率的計算公式：第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三液體在孔道中心的液體分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高；而且,越靠近孔道壁表面,分子流速越低；靠近孔壁表面的氣體分子與孔道中心的分子流速幾乎沒有什么差別。氣體氣體滲透率大于液體滲透率的根本原因Klinkenberg效應滑動效應或三、克林肯柏格效應同一巖石，氣測滲透率總比液測滲透率高。實踐發(fā)現(xiàn)：氣體滑動效應示意圖a-孔道中的液體流動；b-同一孔道中氣體流動第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三四、油藏巖石滲透率的評價第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三六、有效滲透率和相對滲透率1、有效滲透率(相滲透率)(1)定義：多相流體共存和流動時，其中某一相流體在巖石中的通過的能力大小。(2)有效滲透率與絕對滲透率之間的關系如果巖石孔隙中只有一種流體存在，而且這種流體不與巖石起任何物理和化學反應，這種條件下所反應的滲透率。第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三2、相對滲透率(2)相對滲透率的大小(1)定義：多相流體共存時，每一相的有效滲透率與巖石絕對滲透率的比值。多相流體共存時，各相流體相對滲透率之和總是小于1。第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期三3、相對滲透率曲線(1)定義：相對滲透率與流體飽和度關系曲線(2)典型的相對滲透率曲線油水相對滲透率A區(qū)：Sw≤Swi；B區(qū)：Swi<Sw<1-