油层物理第四章(饱和度等)

第四章储油（气）岩石流体饱和度和其它物理性质§1储油（气）岩石的流体饱和度某种流体在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为该流体的饱和度。石油在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为油饱和度（含油饱和度）。地层水在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为水饱和度（含水饱和度）。天然气在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为气饱和度（含气饱和度）。%100peouoVVS%100pewuwVVS)100(wooSSS式中：So、Sg、Sw——分别为油层条件下的油、气水饱和度，小数或百分数；Vou、Vwu——油层条件下的油、水体积（cm3）；Vpe——岩样有效孔隙体积（cm3）。一、流体饱和度的概念通过实验室测定并计算饱和度时，应当是指那些储存在岩石有效孔隙（连通孔隙），处于油层压力、温度下（有大量天然气溶解于油及水中，改变了它们的体积）的饱和度。即如下各式所示：%100beoooVbVS%100be)100(wooSSS式中：So、Sg、Sw——分别为油层条件下的油、气水饱和度，小数或百分数；Vb——岩样体积（cm3）；Vo、Vw——在标准状况下抽提和蒸馏出来的油、水体积（cm3）；bo、bw——油层条件下油和水的体积系数，小数。到开发后期，剩留油在油层内不可流动时。在勘探阶段（油藏还没有投入开发以前）所测的流体饱和度原始含水饱和度束缚水饱和度原始含油饱和度在开发阶段测定的流体饱和度含油饱和度目前含油饱和度含水饱和度目前含水饱和度含气饱和度目前含气饱和度原始含气饱和度饱和度的不同名称剩余油饱和度残余油饱和度二、影响储油（气）岩石流体饱和度的因素（1）储油（气）岩石的孔隙结构和渗透性：储油（气）岩石的孔隙结构和渗透性是影响油气饱和度的关键因素。一般来说，孔隙半径大、孔喉比值小、孔隙配位数大（孔隙连通系数接近1）、孔隙曲折度小、孔隙内壁光滑，那么岩石渗透性好，油气排驱水的阻力就小，因而油气饱和度就高，反之就低。（2）储油（气）岩石的表面性质：储油（气）岩石颗粒较粗、比面小，那么颗粒表面吸附水就少，残余水饱和度低，这样油气饱和度就高；相反油气饱和度就低。除此，岩石润湿性也影响着油气饱和度，譬如亲水的岩石，油气就难将水排出，因而油气饱和度就低；相反，亲油的岩石，油气就易将水排出，使得油气饱和度增高。（3）油气性质：油气相对密度不同，直接影响到油气的饱和度。其次是油气粘度，一般来说，较稠的油粘度大，所受的阻力也大，这就减少了排水动力，使油气不易进入孔隙，残余水含量高，因此油气饱和度变低；反之油气饱和度高。（4）油气排水的动力：油气排水的动力大，则被排出的水就多，油气饱和度就高；相反就低。三、储油（气）岩流体饱和度的测定及其研究方法岩心直接测定方法岩心间接测定法油层物理模型测井计算方法一、实验室岩心直接测定法1、蒸馏法使用溶剂（甲苯或四氯化碳）抽提出岩心内流体（实验测定用的溶剂一般采用比重比水小而沸点比水高的溶剂）岩样的孔隙体积测出的水的重量心的重量经抽提、洗净烘干后岩抽提前岩心的重量popwoV)(2、干馏法测定原理：通过仪器对岩心进行高温烘烤，冷凝收集以及相关校正后得到油水体积。一般加温过程分二个阶段第一个阶段是先均匀加温至350－360度（20－30分钟），主要目的是将岩样中的束缚水解吸第二个阶段为进一步加温至500左右（20－30分钟），主要目的是将岩样中的石油干馏出来。计量干馏出的水和油的体积。一般根据岩心测定的含油饱和度均较地下的低，只在一下情况下较为接近：1、已经水淹的地区残余油中不含或很少含溶解气；2）在压力衰竭带钻取岩心，由于压力降低可导致流体收缩、溢流和被逐出，因而测出的饱和度普遍偏小，实际应用中可根据实验室测得的数据乘以原油的地层体积系数，再乘以一个校正系数（1.15）大致可以获得校正。如何取得保持流体原始状态的岩心也是准确确定残余油饱和度的关键，一般采用岩心压力保持取心筒或密闭取心筒等装置。二、岩心间接分析法用岩石相对渗透率与流体饱和度的关系曲线确定束缚水饱和度和残余油饱和度三、经验关系法（油层物理模型）1、按粒度中值，有效孔隙度计算束缚水饱和度根据我国大庆、胜坨、大港、高河西、老君庙油田岩心实测数据的统计，发现束缚水饱和度为其粒度中值及连通孔隙度的函数，当粒度中值在0.04-0.3变化时，对于一个粒度中值，束缚水饱和度与孔隙度之间的经验方程趋于双对数曲线形式（1）高、中孔隙度（≧20％）砂岩储层通式正好相反变化而减小，隙度增大和亲水性变强随胶结程度变弱，随孔类型有关。程度、润湿性以及油藏与砂岩的孔隙度、胶结，，＝为近似常数；，3030212132106.35.1log)log(logAAAAAAAAAAMDAASwi适用于渤海湾下第三系（东营－沙河街组二段）地层的关系式)25.04.0(114.0log)6.3log5.1(36.0logMDSwi适用于大庆油田各主力层系及我国东部地区下第三系中下部地层的关系式)2.03.0(1.0log)6.3log5.1(36.0logMDSwi适用于渤海湾盆地上第三系地层（强亲水性，胶结疏松砂岩）的关系式)2.03.0(18.0log)6.3log5.1(18.0logMDSwi（2）适用于低孔隙度（20％）砂岩储层的通式8.07.03.38.901log)log()1log(32121032103210关，一般为与压实程度和润湿性有，，可视为常数，，，＝为经验常数；，，，BBBBBBBBBBBBMDBBSwi2、按渗透率与含水饱和度的关系式根据给定的毛管压力值，可以作出含水饱和度和渗透率的对数值的关系曲线对每一个毛管压力值，可以得出不同形式的曲线，从而获得方程：为渗透率含水饱和度，为常数，与KSCaCKaSwwlog3、按孔隙度－渗透率－束缚水饱和度的关系计算束缚水饱和度对于一个油层，束缚水饱和度，孔隙度与渗透率的变化关系可用公式均为经验常数，，，，CaaaaCKaKaaaSCKaaSwiwi432124322121)(logloglog该方法的应用具有局限性，只适用于一定油藏，不能泛用。四、利用测井资料计算饱和度Archie（阿尔奇）公式计算法模型tmwnwRaRS其依据是含油层电阻率增大率（）与含油饱和度有关。实验得出。而含水层电阻率Ro与地层水电阻率有关，即。分布在岩石孔隙中的含水饱和度与含油饱和度相加等于1。于是，只要已知岩石含水饱和度大小，就能够确定它的含油饱和度。otRRImwoaRRFnwSI1Ro－孔隙中完全含水时的岩石电阻率,Ω·mRt－岩石的真电阻率（原状地层电阻率）,Ω·mRw－地层水电阻率,Ω·mφ－岩石孔隙度（有效孔隙度）,小数Sw—含水饱和度，小数I－地层电阻率增大系数F－地层因素m称为胶结指数，胶结砂岩m可取为2a为实验常数，一般等于1n为饱和度指数，一般n＝2四、流体饱和度资料的应用（1）计算原始储量、剩余储量和采收率oioiiBSAhN原始储量为：剩余储量为：ororrBSAhN%100iriNNN采收率为：A——油层面积（m3）；h——油层厚度（m），Soi、Sor——原始和残余含油饱和度（小数）；Boi、Bor——原始和目前石油体积系数（小数）；Ni、Nr——原始和剩余石油储量（m3）。（2）确定排驱效率：注水的油田根据不同层位所取得的残余油饱和度，可以确定不同层位的排驱效率（），即：1%1001oioroiSSS排驱效率的含意可以理解为注水后从孔隙所排驱出的油饱和度占原始油饱和度的百分数。根据排驱效率的分析，可以判断注水效果，从而针对存在的问题，制订注水改进措施。（3）制定开采补充措施：（4）判断剩余储量的可采性：由于三次采油工艺复杂、费用高，因此根据残余油饱和度所计算的剩余储量可采性是进行三次采油的先决条件。从油田不同层段或地区所测定的残余油饱和度，经分析就可了解目前油田的开采现状，对于受开采影响小的所谓“死”油区，增布加密井，以提高石油的采收率。第四章储油（气）岩石流体饱和度和其它物理性质§2储油（气）岩石的压缩性储油（气）岩石从沉积开始，随着沉积层的加厚和深埋，它一直受着一个上覆地层的地静压力（也叫外压力）和岩石孔隙流体压力（也叫内压力）的作用，而这两者之差就是岩石骨架的压实压力。由于压实压力的作用，岩石发生弹性形变，度量这个形变的参数就是储油（气）岩的压缩系数。一、压缩系数的概念所谓压缩系数就是指压力变化单位大气压（兆帕）时，单位岩石体积的变化率。数学表达式为：pVVCbbb1Cb——岩石的压缩系数（1/atm，1/MPa）；Vb——岩石体积(cm3)；△Vb——当压力变化△p时，岩石体积的变化（cm3）；△p——压力差（atm，MPa）。dpdVVCbbb1或公式中的负号代表岩石体积的变化方向与压力的变化方向相反由于储油（气）岩石是由岩石的骨架与空隙组成，因此岩石的压缩系数也可以用变化一个大气压时，单位颗粒体积的变化率和单位孔隙体积变化率来考虑。其数学表达式如下：pVVCbgg1pVVCbpp1Cg、Cp——分别为岩石骨架和岩石孔隙的压缩系数（l/atm，1/MPa），△Vg、△Vp——分别为压力变化△p时，岩石骨架和岩石孔隙体积的变化（cm3）。pgbCCC0gVpbVV0gCpbCC欧美国家采用孔隙体积压缩系数,定义为油层压力每产生单位压降时，单位岩石孔隙体积所产生的孔隙体积变化值：pCpVVCppp1B.H.尼科拉耶夫斯基等人通过研究岩石的压缩系数，提出将常压条件下实验室内所测定的岩石孔隙度转化为地层条件下的孔隙度pCpe0二、孔隙体系压缩系数的测定（1）孔隙压力保持恒定，改变围压，其计算公式如下：ippbpVVC1Cp——孔隙体积压缩系数，（1/MPa）Pi——孔隙压力（MPa）——围压（MPa）。（2）围压保持恒定，改变孔隙压力，其公式：ipbppVVC1压缩性对油层原油开采时会产生二个重要影响1、随着油层开采，油层流体压力降低，可导致外压、内压差加大，颗粒受挤压变形，孔隙体积减小，将油驱出孔隙；2、随着油气田开发，油层流体压力下降，导致被压缩的颗粒发生膨胀，孔隙体积缩小，从而将原油驱至井底。成为驱动油气的动力——储油气岩石的弹性能量。三、由压缩系数导出的几个有用公式dpdVVCbbb1bbbVdVdpCppVVbbbooVdVdpCoobVVPPClnlnoobVVPPCln)(obppCoeVV)(obppCoeVVpo、p——分别为原始与目前压实压力；Vo、V——分别为压实前（原始压实）与压实后（目前压实）岩石体积)(obppCoehAhA)(obppCoehhh、ho——分别为压实前与压实后的地层厚度（m）)(oppaoe)(ofoppaffe)(okppaoeKK同理：上述aφ、af、ak在各关系式中都有它自己的物理意义，但总的都是代表单位压力下孔隙度、裂隙率渗透率的变化率。