西南石油大學(xué)-油藏工程-第六章-油藏物質(zhì)平衡

十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)1第六章油藏物質(zhì)平衡

R.J.Schilthuis于1936年最早建立油藏物質(zhì)平衡方程，主要用于油藏儲(chǔ)量計(jì)算、驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)等油藏工程研究。

由于Schilthuis的物質(zhì)平衡方程非線(xiàn)性程度較強(qiáng)，因此，其應(yīng)用受到了極大的限制。后來(lái)D.Havlena和A.S.Odeh于1963-1964年對(duì)物質(zhì)平衡方程進(jìn)行了線(xiàn)性化處理，從而使油藏物質(zhì)平衡方程得到了廣泛應(yīng)用?！爸本€(xiàn)技術(shù)”因而成為油藏工程分析的一項(xiàng)重要技術(shù)。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)2油藏物質(zhì)平衡：質(zhì)量守恒定律在油藏工程中的應(yīng)用。它研究的是油藏原始地質(zhì)儲(chǔ)量、剩余地質(zhì)儲(chǔ)量和采出油量之間的關(guān)系。由于該理論不需要高深的數(shù)學(xué)知識(shí)，也不考慮復(fù)雜的油藏結(jié)構(gòu)，描述的物理過(guò)程清晰，因此，受到礦場(chǎng)研究人員的普遍歡迎。油藏物質(zhì)平衡方程只對(duì)比油藏初始狀態(tài)和某一開(kāi)發(fā)狀態(tài)的參數(shù)，而對(duì)參數(shù)的變化過(guò)程不予考慮，因此，方法本身顯得特別簡(jiǎn)單。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)3第一節(jié)封閉未飽和油藏彈性驅(qū)動(dòng)封閉油藏未飽和油藏彈性驅(qū)動(dòng)無(wú)相連水體的油藏。原油沒(méi)有被氣體飽和即沒(méi)有氣頂?shù)挠筒?。指開(kāi)采原油的驅(qū)動(dòng)能量，全部來(lái)自于油藏自身的彈性膨脹能。油藏物質(zhì)平衡基本形式~~十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)4一、油藏容積1.原始條件十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)52.開(kāi)發(fā)過(guò)程孔隙體積減小束縛水膨脹P

時(shí)油藏容積十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)6十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)7二、物質(zhì)平衡方程1.原始油量2.剩余油量換算到地面換算到地面十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)83.物質(zhì)平衡方程十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)9令：油藏有效壓縮系數(shù)采出的地下體積地下體積的膨脹量十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)101.判斷油藏類(lèi)型2.計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量三、生產(chǎn)指示曲線(xiàn)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)113.油藏動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)4.彈性評(píng)價(jià)參數(shù)

彈性能量指數(shù)

彈性強(qiáng)度指數(shù)

或十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)125.壓降評(píng)價(jià)參數(shù)

壓降指數(shù)

壓降強(qiáng)度指數(shù)

或十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)136.彈性采收率彈性采收率十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)147.剩余地質(zhì)儲(chǔ)量

物質(zhì)平衡方程進(jìn)一步簡(jiǎn)化：書(shū)上有誤十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)15第二節(jié)未飽和油藏水壓驅(qū)動(dòng)水壓驅(qū)動(dòng)通過(guò)水侵或注水驅(qū)替原油的方式。

根據(jù)驅(qū)替原油的能量形式，有人工水驅(qū)和天然水驅(qū)之分；根據(jù)能量強(qiáng)弱，又有彈性和剛性水壓驅(qū)動(dòng)之分。~~剛性水驅(qū)彈性水驅(qū)彈性驅(qū)動(dòng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)16一、油藏容積1.原始條件2.開(kāi)發(fā)過(guò)程十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)17孔隙體積減小束縛水膨脹P

時(shí)油藏容積油藏存水量十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)18二、物質(zhì)平衡方程1.原始油量2.剩余油量換算到地面十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)193.物質(zhì)平衡方程十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)20三、動(dòng)態(tài)地質(zhì)儲(chǔ)量1.生產(chǎn)指示曲線(xiàn)法初期一段時(shí)間后

利用初期直線(xiàn)段斜率確定油藏地質(zhì)儲(chǔ)量是水壓驅(qū)動(dòng)油藏確定地質(zhì)儲(chǔ)量的常用方法。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)21令：2.物質(zhì)平衡分析曲線(xiàn)法十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)22采用試算法求水侵量1b理論上水侵量偏小水侵量偏大十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)23若油藏為封閉油藏，則We=0，因此：令：a十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)241.生產(chǎn)指示曲線(xiàn)法初期：開(kāi)采一段時(shí)間后:不注水時(shí)，偏離直線(xiàn)段時(shí)油藏采出程度：<3%，水體比較活躍>10%，水體不活躍3%～10%，水體活躍程度中等四、水侵量計(jì)算十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)25

水體的活躍，對(duì)油藏開(kāi)發(fā)一般具有積極的意義。從油藏生產(chǎn)指示曲線(xiàn)可以看出，在不注水的情況，因水體的侵入，油藏的壓力下降趨緩。在地層壓力不下降的情況下，依然可以采出更多的原油，從而提高了油藏的采出程度。下圖為邊水驅(qū)動(dòng)油藏的油水界面推進(jìn)(水侵)狀況圖。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)26

指示曲線(xiàn)偏離初始直線(xiàn)段的水平距離即為油藏的存水量W，然后根據(jù)下式計(jì)算出油藏的水侵量：無(wú)水侵產(chǎn)生外逸發(fā)生水侵十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)272.虧空體積曲線(xiàn)法

油藏的虧空體積油藏的虧空率開(kāi)發(fā)初期，彈性驅(qū)動(dòng)階段虧空體積：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)28十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)29存水量存水體積系數(shù)四、油藏注采平衡其中:水侵體積系數(shù)注水體積系數(shù)產(chǎn)水體積系數(shù)顯然:十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)30累計(jì)注采比:(瞬時(shí))注采比:注采平衡，壓降為0注采欠平衡，壓降>0十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)31注入量為0壓力>原始地層壓力，注采過(guò)平衡油藏逸出量（包括油和水）十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)32

過(guò)平衡開(kāi)采導(dǎo)致油藏流體外逸，從而浪費(fèi)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，壓降越大，水體越能發(fā)揮作用。同時(shí)，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，因?yàn)橛筒貕毫υ礁撸途呐e升能力就越強(qiáng)。因此，油藏壓力應(yīng)保持一個(gè)合理的壓力水平。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)33地層壓力保持水平:油藏壓降水平:顯然:注水開(kāi)發(fā)油藏的壓力水平一般在80%

－90%左右。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)34第三節(jié)物質(zhì)平衡方程通式綜合驅(qū)動(dòng)油藏帶有氣頂和相連水體的油藏。其物質(zhì)平衡方程稱(chēng)為物質(zhì)平衡方程通式。飽和油藏帶有氣頂?shù)挠筒?。綜合驅(qū)動(dòng)油藏未飽和水壓驅(qū)動(dòng)油藏封閉未飽和彈性驅(qū)動(dòng)油藏?zé)o氣頂無(wú)水體十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)351.原始條件地下油氣總體積：一、油藏容積氣頂?shù)臍饬浚菏?63子課題驗(yàn)收匯報(bào)36油藏孔隙體積：油藏束縛水體積：油藏儲(chǔ)油容積：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)372.開(kāi)發(fā)過(guò)程十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)38孔隙體積減小量：束縛水膨脹量：油藏存水量：油藏存氣量=?十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)39油藏存氣量=氣頂體積(地下)：氣頂體積(地下)：氣頂膨脹量(地下)：氣頂膨脹量+原油脫氣量－產(chǎn)出的自由氣量①氣頂自由氣變化十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)40溶解氣體積(地面)：溶解氣體積(地面)：原油脫出氣量(地面)：原油脫出氣量(地下)：②溶解氣變化十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)41原油產(chǎn)出總氣量(地面)：原油產(chǎn)出溶解氣量(地面)：產(chǎn)出自由氣量(地面)：產(chǎn)出自由氣量(地下)：③地面氣產(chǎn)量變化十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)42油藏存氣量：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)43時(shí)油藏容積為：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)44根據(jù)物質(zhì)平衡方程，并將上面各參數(shù)代入整理后得：二、物質(zhì)平衡方程十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)45物質(zhì)平衡方程的特點(diǎn)：

不涉及流體流動(dòng)的方向問(wèn)題,被稱(chēng)作零維模型；

大部分變量是壓力的隱函數(shù)，產(chǎn)量具有壓力依賴(lài)性；

只對(duì)比原始地層壓力和某個(gè)地層壓力狀態(tài)的情況，研究思路簡(jiǎn)單，也給結(jié)果的誤差帶來(lái)了理論上的依據(jù)；

缺乏時(shí)間依賴(lài)性，時(shí)間尺度隱含在壓力的變化中；

方程的求解十分困難。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)46原油兩相體積壓縮系數(shù)三、方程線(xiàn)性化十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)47氣體壓縮系數(shù)：油藏容積壓縮系數(shù)：該方程形式上與水壓驅(qū)動(dòng)未飽和油藏物質(zhì)平衡方程完全一樣。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)48物質(zhì)平衡方程的主要應(yīng)用：

估算原油地質(zhì)儲(chǔ)量；

建立油藏流體采出量與壓力的關(guān)系，以預(yù)測(cè)油藏動(dòng)態(tài)；

確定是否存在水侵及水侵量；

證實(shí)是否存在氣頂；十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)49物質(zhì)平衡方程的局限和缺陷：未考慮油藏巖石和流體的空間變化規(guī)律；未考慮油藏的空間幾何形態(tài)；未考慮油水井在油藏范圍內(nèi)的位置；未考慮油藏流體的流動(dòng)方向，無(wú)法確定流體界面的移動(dòng)距離；十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)50對(duì)于水體非常活躍的水驅(qū)油藏，用物質(zhì)平衡方法確定的N是無(wú)效的。因?yàn)樵诜浅；钴S的水驅(qū)條件下，

(Pi-P)將很小，隨著流體的采出沒(méi)有足夠大的壓降，利用(6.3.31)式計(jì)算的N是無(wú)意義的。在油藏初期彈性開(kāi)采階段(如采出可采儲(chǔ)量5%以前)，物質(zhì)平衡方程計(jì)算的結(jié)果不確定性大。因?yàn)榇藭r(shí)

(6.3.31)式中的值非常小，它的任何誤差都將被擴(kuò)大，所以由此計(jì)算的儲(chǔ)量偏差將會(huì)很大。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)51油藏所產(chǎn)水和氣計(jì)量精度不夠；缺少具有代表性的壓力數(shù)據(jù)；

油藏物質(zhì)平衡方法預(yù)測(cè)的可信度隨油藏開(kāi)發(fā)期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)52原油彈性能氣體彈性能巖石、束縛水彈性能人工機(jī)械能水體彈性能第四節(jié)油藏驅(qū)動(dòng)指數(shù)將綜合驅(qū)動(dòng)物質(zhì)平衡方程寫(xiě)成下面的形式：一、驅(qū)動(dòng)指數(shù)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)53原油的彈性能：氣頂?shù)膹椥阅埽河筒厝莘e的彈性能：天然水體彈性能：人工機(jī)械能：驅(qū)動(dòng)指數(shù)（DI）：每一種驅(qū)動(dòng)能量占總能量的百分?jǐn)?shù)?？傭?qū)動(dòng)能量：油藏采出流體的總的地下體積。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)54油藏內(nèi)能油藏外能十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)55指數(shù)形式的物質(zhì)平衡方程：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)56二、驅(qū)動(dòng)效率驅(qū)油能量利用率驅(qū)替油氣能量利用率十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)57內(nèi)能產(chǎn)出的油氣體積比例:內(nèi)能利用效率:十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)58外能的利用效率:由于水侵量不易計(jì)算，因此上式也可寫(xiě)成：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)59三、驅(qū)動(dòng)采收率(略)油藏的地下采出程度Ro，提法欠妥，忽略十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)60油藏彈性驅(qū)動(dòng)地下采出程度Re原油彈性驅(qū)動(dòng)采出程度Reo氣頂彈性驅(qū)動(dòng)采出程度Reg油藏容積彈性驅(qū)動(dòng)采出程度Rec十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)61油藏水壓驅(qū)動(dòng)地下采出程度Rw采出程度形式的綜合物質(zhì)平衡方程

由于油藏的地下采出程度Ro說(shuō)法欠妥，因此也就不能有采出程度形式的物質(zhì)平衡方程。請(qǐng)忽略書(shū)上的方程6.4.26。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)62第五節(jié)油藏驅(qū)動(dòng)機(jī)制

油藏驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析，就是油藏的驅(qū)動(dòng)能量分析，并根據(jù)驅(qū)動(dòng)能量確定出油藏的驅(qū)動(dòng)類(lèi)型。一般把油藏驅(qū)動(dòng)類(lèi)型分為：彈性驅(qū)動(dòng)、水壓驅(qū)動(dòng)、氣頂驅(qū)動(dòng)、溶解氣驅(qū)動(dòng)、壓實(shí)驅(qū)動(dòng)和綜合驅(qū)動(dòng)6種。一、彈性驅(qū)動(dòng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)63驅(qū)動(dòng)指數(shù)方程可簡(jiǎn)化為：綜合驅(qū)動(dòng)物質(zhì)平衡方程簡(jiǎn)化為：令：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)64二、水壓驅(qū)動(dòng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)65三、氣頂驅(qū)動(dòng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)66令：m偏小m偏大氣頂突破十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)67四、溶解氣驅(qū)動(dòng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)68不利的油井位置和井身結(jié)構(gòu)壓差油井位置及井身結(jié)構(gòu)采油速度十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)69十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)70五、壓實(shí)驅(qū)動(dòng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)71對(duì)于疏松巖石十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)72六、綜合驅(qū)動(dòng)令：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)73

采用試算法計(jì)算水侵量十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)74第六節(jié)、水侵量計(jì)算穩(wěn)態(tài)水侵、非穩(wěn)態(tài)水侵oil（1）穩(wěn)態(tài)水侵

特大水體水侵流量：水侵量：P=const,We=J(Pi-P)tWe與t為直線(xiàn)關(guān)系，We的大小取決于

P。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)75

特小水體水體水量：水侵量：水的膨脹量和巖石孔隙體積的減小量（2）非穩(wěn)態(tài)水侵

平面徑向流系統(tǒng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)76時(shí)間壓力0t1

t2

t3tjPiP1P2P3tj-t0

P0tj-t1

P1tj-t2

P2十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)77油藏平均壓力與開(kāi)發(fā)時(shí)間t的變化………….十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)78階段壓降水侵時(shí)間:階段壓降水侵時(shí)間:階段壓降水侵時(shí)間:階段壓降無(wú)因次水侵時(shí)間:階段壓降無(wú)因次水侵時(shí)間:無(wú)因次水侵量WeD可通過(guò)圖版查出扇形地層：十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)79

直線(xiàn)流系統(tǒng)oil

半球形流系統(tǒng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)80（3）Fetkovitch方法油藏水侵速度平面徑向穩(wěn)定流系統(tǒng)平面徑向擬穩(wěn)定流系統(tǒng)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)81直線(xiàn)穩(wěn)定流系統(tǒng)直線(xiàn)擬穩(wěn)定流系統(tǒng)最大水侵潛能十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)82時(shí)間壓力0t1

t2

t3tjPiP1P2P3

Δt1

P1Δt2

P2Δt3

P3十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)83十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)84（4）水侵量計(jì)算的應(yīng)用(油藏)

確定水體參數(shù)

以平面徑向流為例:

令:十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)85

對(duì)rD試算，確定直線(xiàn)方程

油藏動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

當(dāng)油藏產(chǎn)量壓力rD偏小rD偏大設(shè)定壓力初值，代入公式計(jì)算出Y和X，繪制在圖中。若位于左側(cè)，則壓力預(yù)測(cè)偏高；反之，偏低。重新調(diào)整后，直至位于直線(xiàn)上為止。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)86（5）水侵量計(jì)算的應(yīng)用(氣藏)

確定水體參數(shù)

氣藏動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)87實(shí)例分析實(shí)例1：油藏基本參數(shù)為：pi=33.564MPa,pb=29.455MPa,Boi=1.4802,Bob=1.492;原油壓縮系數(shù)Co=19.56×10-4MPa-1,Cw=4.26×10-4MPa-1，Cf=4.94×10-4MPa-1，Swi=0.25，其生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表，試求油藏的地質(zhì)儲(chǔ)量。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)88油藏的彈性產(chǎn)率：NpBo/Δp=1/0.2209=4.5269

104m3/MPa十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)89實(shí)例2：帶氣頂油藏基本參數(shù)為：pi=22.653MPa,,Boi=1.2511,Rsi=90.87m3/m3,利用容積法計(jì)算原始地質(zhì)儲(chǔ)量為N=1828×104m3

，油藏投產(chǎn)后的開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)及原油