第四章-4.6--流体势方法

第一节油气运移概述第二节油气初次运移第三节油气二次运移第四节地下流体势分析第四章石油和天然气的运移地下流体的渗流是一个机械运动过程；流体总是自发地由机械能高的地方流向低的地方。第四节地下流体势分析目的：流体势分析研究区域油气运移方向1、流体势的基本概念地下单位质量流体具有的机械能的总和。φ=gZ+∫0PdP/ρ＋q2/2—Z为测点高程；ｇ为重力加速度；P为测点压力；ρ为流体密度；q为流速。gZ：重力位能，将单位质量流体从基准面（海拔＝0）移动到高程Z为克服重力变化所做的功；∫0PdP/ρ：压能，单位质量流体由基准面到高程Z因压力变化所做的功；q2/2：动能，单位质量流体由静止状态加速到流速q时所做的功。φ=gZ+∫0PdP/ρ＋q2/2通常q2/2忽略不计：Φ＝gZ+∫0PdP/ρ油和水不可压缩，密度为常数；压力变化不大时，气密度为常数。水势Φw=gZ+P/ρw油势Φo＝gZ+P/ρo气势Φg＝gZ+P/ρgP1点水势：Φw=gZ1+P1/ρw=gZ1+ρwh1g/ρw=g(Z1+h1)测势面：同一储层中各点的流体势连接起来构成的一个假想面。表示所确定参数间关系的水静力油层模型水势Φw可用测压水头hw来表示：hw＝Z+P/gρw水势Φw可改写为:Φw=gZ+P/ρw=g(hw-P/gρw)+P/ρw=ghw水头与储集层物性，界面大小关系图测势面：同一储层中各点的流体势连接起来构成的假想面。它反映该储层不同部位势变化状况。2、势梯度与流体运移方向力场强度：单位质量流体所受的力：E＝－gradΦ（gradΦ表示Φ的梯度，E是一个向量。）水、油和气在同一点的力场强度：Ew=g－gradP/ρwEo=g－gradP/ρoEg=g－gradP/ρg第一项为单位质量流体的重力,在数值上等于重力加速度g，第二项表示单位质量流体体积上的压力Ew=g－gradP/ρw=g－gρw/ρw=0Eo=g－gradP/ρo=g－gρw/ρo=－(ρw－ρo)g/ρoEg=g－gradP/ρg=g－gρw/ρg=－(ρw－ρg)g/ρg（1）静水环境：水的力场强度为0；Eo和Eg不为0，方向向上；因气的密度比油的小，Eg大于Eo静水环境中，作用于单位质量水.油.气三者的力场强度静水环境：油和气的力场强度表达式中的水动力Fw项前分别有一个系数ρw/ρo和ρw/ρg，表示单位质量油和气所受水动力是单位质量水的ρw/ρo倍和ρw/ρg倍。（2）动水环境作用于单位质量油、气上的力，除重力g和浮力－gradP/ρ外，还有水动力Fw，水、油和气的力场强度分别为：Ew=g－gradP/ρw＋FwEo=g－gradP/ρo＋(ρw/ρo)FwEg=g－gradP/ρg＋(ρw/ρg)Fw在不同水动力条件下，作用与单位质量水油和气上的各种力的向量分布及力场方向动水环境：表示势能面，流线，等势线及梯度的模型图单斜输导层中，下倾水流条件下油与水的运移方向在水动力作用下，油、气、水沿着各自势减小的方向进行流动水势Φw=gZ+P/ρw地层压力P=ρw（Φw－gZ）Φo=gZ+P/ρoΦo=gZ+[ρw（Φw－gZ）]/ρo=(ρw/ρo）Φw－[(ρw－ρo)/ρo]gZ因为Φw=ghw；Φo=gho所以gho=(ρw/ρo）ghw－[(ρw－ρo)/ρo]gZ3、相对流体势与油气的运移和聚集UVZ方法:gho=(ρw/ρo）ghw－[(ρw－ρo)/ρo]gZ同乘以ρo/(ρw－ρo)，把高程Z独立出来：[ρo/(ρw－ρo)]ho=[ρw/(ρw－ρo)]hw－Z令Uo＝[ρo/(ρw－ρo)]ho；Vo＝[ρw/(ρw－ρo)]hw上式变换为：Uo＝Vo－Z；Uo是油相对于水的势，Vo是水相对于油的势；天然气：Uｇ＝Vｇ－Z-Z某背斜构造的U0，V0，Z平面图实现过程A：等Z图（构造平面图），等高距为100m、向东南倾伏B：等水势平面图,并叠加在构造图之上C：ρw＝1、ρo＝0.8、ρw/(ρw－ρo)＝5的等Vo平面图D：由Uo＝Vo－Z得出的Uo平面图UVZ等值线图流体势应用中存在的问题和应注意的事项（1）、油气在地层中的运移还受到毛细管压力的影响；M.K.Hubbert的流体势忽略了毛细管阻力的影响。（2）、M.K.Hubbert的流体势表达式中的压力是实际地层压力。（3）、运用流体势分析时，注意要在同一个储集层压力系统中进行。W.A.England对流体势做了新的定义：单位体积的流体从基准面传递到地下某点所需做的功：Φw=P－ρwgzΦp=P－ρpgz＋2σ/r式中:ρp为油气密度，σ为油气与水的界面张力，r为岩石孔隙半径。