油藏物質(zhì)平衡

油藏物質(zhì)平衡第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三

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，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)儲量（2）判斷油藏的驅(qū)動機理（3）測算油藏天然水侵量的大小了解天然能量（4）預(yù)測油藏未來的壓力動態(tài)及油藏最終采收率。第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三第1節(jié)油藏飽和類型和驅(qū)動類型

新發(fā)現(xiàn)的油藏，探井測壓、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帶氣頂沒有氣頂(Unsaturated、under-saturated、notsaturated)(saturated)(withgas-cap)第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三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因為：Pb與油藏的壓力、溫度和油、氣的組分有關(guān)實際應(yīng)用時：無論Pi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（即有無邊底水和氣頂）以及作用于油、氣滲流的驅(qū)動力情況：第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三油藏的天然驅(qū)動類型：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)動不封閉型：彈性水壓驅(qū)動無氣頂、無邊底水活動---溶解氣驅(qū)動無氣頂、有邊底水活動---溶解氣驅(qū)和天然水驅(qū)綜合驅(qū)動有氣頂、無邊底水活動---溶解氣驅(qū)和氣頂驅(qū)綜合驅(qū)動有氣頂、有邊底水活動---氣頂驅(qū)、溶解氣驅(qū)和天然水驅(qū)綜合驅(qū)動在礦場實際應(yīng)用中，需根據(jù)油藏實際驅(qū)動類型，建立和選擇不同驅(qū)動方式的物質(zhì)平衡方程式(sealedorclosed)edge/bottomwaterelasticwaterdrive第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三第2節(jié)油藏物質(zhì)平衡方程GasOilWaterGOCWOC實際油藏，封閉or不封閉簡化為WaterOilGas儲油容器Tanker第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三總烴量采出量剩余量第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三油藏物質(zhì)平衡通式的建立與簡化假設(shè)條件？1.假設(shè)條件：（GeneralizedMBE）●儲層物性和流體物性均勻分布，各向同性；●相同時間內(nèi)，油藏各點地層壓力能瞬時達到平衡；●在整個開發(fā)過程中，油藏保持熱動力學(xué)平衡，即地層溫度恒定；●不考慮毛管力和重力作用第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三----基于上述假設(shè)，把一個實際油藏簡化為封閉的或不封閉的（具有天然水侵）儲存油、氣的地下容器。在這個地下容器內(nèi)，隨著油藏的開采，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，這是因為物質(zhì)平衡方程式本身不考慮油、氣、水滲流的空間變化。物質(zhì)平衡方程式第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三2.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=開發(fā)后任一時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=開發(fā)過程中任一時刻所含流體總體積。（不考慮巖石孔隙空間變形）（3）油藏為一體積不變的容器，開發(fā)過程的任一時刻流體體積變化的代數(shù)和為零。三種方式實質(zhì)相同，可得同一結(jié)果。第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三3、方程的建立先考察一個飽和油藏：[4][5][10][6][7][8][9](氣頂區(qū))(含油區(qū))(水區(qū))PiPt[1][2][3]第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三飽和油藏：具有氣頂、并有邊底水作用。在開發(fā)過程中，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，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第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三在原始條件下，氣頂區(qū)內(nèi)天然氣的原始地質(zhì)儲量G，所占地下體積GBgi含油區(qū)內(nèi)原油原始地質(zhì)儲量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:第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三氣頂內(nèi)天然氣原始地質(zhì)儲量G:它所占的地層孔隙體積為：第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三附：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)：第十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三物質(zhì)平衡方程式的推導(dǎo)：

已知油藏原始地層壓力Pi，經(jīng)過時間t開采后，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。第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三用文字表述（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十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三用油藏工程參數(shù)符號，分別表述各項：[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，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，采出的氣來自于氣頂與溶解氣的釋放第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三[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的定義第十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三[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：第二十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三[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)）第二十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三因此：[1]+[2]+[3]=[4]+[5]+[6]+[7]+[8]+[9]+[10]第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三飽和油藏物質(zhì)平衡式的通式：(分子加減一項NpRsiBg)或：

根據(jù)油藏的不同驅(qū)動類型，對上述通式簡化，可得相應(yīng)特定條件下的物質(zhì)平衡式。第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三第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：未飽和第二十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三若設(shè)：則：第二十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三Nxy或：彈性驅(qū)動油藏的生產(chǎn)指示曲線第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三彈性能量指數(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度指數(shù)油藏單位壓降的采出程度EII

消除了油藏儲量的影響，因而更能反映油藏彈性驅(qū)動能量的強弱。實際上，EII主要反映了油藏有效壓縮系數(shù)的數(shù)值。第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三油藏的壓降指數(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度指數(shù)（油藏的壓降率）

單位采出程度的油藏壓降第二十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三油藏的采出程度到某階段累積采出的油量與地質(zhì)儲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油藏的彈性采收率地層壓力下降到飽和壓力時的油藏采出程度原油的地飽壓差，油藏的彈性采收率

第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三油藏的剩余油飽和度教材上有誤！第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三（二）天然彈性水壓驅(qū)動的未飽和油藏(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：未飽和第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三或?qū)懗桑禾烊凰窒禂?shù)第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三NxyB=tg第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三（三）天然水驅(qū)和人工注水的彈性水壓驅(qū)動的未飽和油藏(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：未飽和第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三水壓驅(qū)動油藏的生產(chǎn)指示曲線WW第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三水壓驅(qū)動油藏的開采初期主要為彈性驅(qū)動，早期一般不注水，Wi≈0，壓降較小，還沒波及到水體，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)動階段之后，已進入水壓驅(qū)動階段，水侵或注水過程開始發(fā)揮作用◆水侵量計算1.生產(chǎn)指示曲線法第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三在某一個階段，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。由此可計算水侵量：第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三水體活躍程度：當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第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三2.虧空體積曲線法油藏的凈采出體積，礦場上通常稱之為油藏的虧空體積，并用符號Vv表示第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三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。當然油藏并不會因為開采原油而出現(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第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三在油藏開發(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，此時WeWeVvVv第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三水壓驅(qū)動未飽和油藏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態(tài)地質(zhì)儲量。也可以用虧空曲線來計算油藏的水侵量：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四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三或?qū)懗桑禾烊凰窒禂?shù)第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三或令：則：xy45oWe計算偏大We計算偏小第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三◆油藏注采平衡

水壓驅(qū)動未飽和油藏的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四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三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四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三總注入液量與總采出液量的比值油藏的累計注采比：（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)注采比：（地下）（地下）第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三部分保壓開采的水侵量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，油藏的壓力可能低于Pi

，油藏存在一定的壓力降落，這樣的開采方式也稱做部分保壓開采。第四十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三油藏完全依靠天然能量進行開采，衰竭式開采的水侵量We>0，水體的能量可以充分發(fā)揮作用。衰竭式開采，此時，油藏的注入量為0，第四十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三注采平衡平衡狀態(tài)，即所謂的“注采平衡”。注采平衡時，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，這樣的開采方式也稱做保(持)壓(力)開采。保壓開采的水侵量We0，水體的能量無法發(fā)揮作用。油藏的注入與采出達到了一種第五十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三注采過平衡時，油藏的壓力可能高于Pi，油藏可能存在一定的壓力升高，該開采方式也稱做過平衡開采。過平衡開采的水侵量可能

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)第五十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三過平衡開采導(dǎo)致油藏流體外逸，從而浪費了油藏的驅(qū)替能量，礦場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。第五十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三為了保持油井有相對較高的舉升能力，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。因此，油藏壓力應(yīng)保持一個合理的水平之上，才能給油藏開采帶來好的經(jīng)濟效益。壓力保持水平油藏壓力與原始地層壓力的比值第五十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三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，注水開發(fā)油藏的壓力水平一般保持在80%～90%左右。第五十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三（四）人工注水的封閉彈性水壓驅(qū)動的未飽和油藏(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：第五十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三令：則：xy斜率：過原點的直線N第五十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期三第4節(jié)飽和油藏的物質(zhì)平衡式對飽和油藏(Pi≤Pb)，根據(jù)不同驅(qū)動能量的組合，可得不同驅(qū)動類型油藏的物質(zhì)平衡方程。（一）溶解氣驅(qū)油藏(SolutionGasDri