2油藏物质平衡方法

从1936年R.J.Schilthuis利用物质守恒原理，首先建立了油藏的物质平衡方程式以来，它在油藏工程中得到了广泛的应用和发展。（1）油藏物质平衡方法的基本原理将油藏看成体积不变的容器。油藏开发某一时刻，采出的流体量加上地下剩余的储存量，等于流体的原始储量。这里所研究的是流体间的体积平衡，所以也可以说，对于任何一种驱动类型的油藏，在开发过程的任意时刻，油、自由气和水这三者体积变化的代数和为0。第二章油藏物质平衡方法第二章油藏物质平衡方法（2）建立物质平衡方程式时的基本假定对于一个统一水动力学系统的油藏，在建立物质平衡方程式时，应当遵循下列基本假定：1）油藏的储层物性和流体物性是均质的，各向同性的；2）相同时间内油藏各点的地层压力都处于平衡状态，并是相等和一致的；3）在整个开发过程中，油藏保持热动力学平衡，即地层温度保持为常数；4）不考虑油藏内毛管力和重力的影响；5）油藏各部位的采出量保持均衡，且不考虑可能发生的储层压实作用。第二章油藏物质平衡方法（3）实际油藏的简化基于以上假设，把一个实际的油藏，简化为封闭的或不封闭的（具有天然水侵）储存油、气的地下容器；在这个容器内，随着油藏的开采，油、气、水的体积变化服从物质守恒原理，由此原理所建立的方程式称为物质平衡方程式。第二章油藏物质平衡方法（4）物质平衡方程式的主要功能确定油藏的原始地质储量；判断油藏的驱动机理；测算油藏天然水侵量的大小；在给定产量的条件下预测油藏未来的压力动态。（5）在建立和应用物质平衡方程式时应注意特点是地下平衡、累积平衡、体积平衡；在应用物质平衡方程式时，需要注意取全取准地层压力、产量和PV取样分析资料。第二章油藏物质平衡方法第一节油藏物质平衡方程式的建立第二节弹性驱油藏物质平衡方法第三节油藏水侵第四节水驱油藏物质平衡方法第一节油藏物质平衡方程式的建立一、油藏饱和类型和驱动类型的划分对于一个新发现的油藏，可以通过探井的测压和高压物性分析资料，确定出油藏的原始地层压力和饱和压力。根据两者的数值大小及其关系，将原始条件的油藏划分为以下两大类：当原始地层压力大于饱和压力（pipb）时，叫做未饱和油藏；当原始地层压力等于或小于饱和压力（pipb）时，叫做饱和油藏。一、油藏饱和类型和驱动类型的划分在确定油藏饱和类型的前提下，可以根据油藏的原始外边界条件，即有无边水、底水和气顶的存在，以及作用于油、气地层渗流的驱动机理情况，将油藏的天然驱动类型划分如下：未饱和油藏封闭型未饱和油藏——封闭弹性驱动不封闭型未饱和油藏——弹性水压驱动无气顶，无边、底水活动的饱和油藏（溶解气驱动）无气顶，有边、底水活动的饱和油藏（溶解气驱和天然水驱综合驱动）有气顶，无边、底水活动的饱和油藏（溶解气驱和气顶驱综合驱动）有气顶，有边、底水活动的饱和油藏（气顶驱、溶解气驱和天然水驱综合驱动）饱和油藏一、油藏饱和类型和驱动类型的划分不同驱动类型的油藏，需要建立与之相应的物质平衡方程式。在矿场应用中，也需要根据油藏的驱动类型，选择不同驱动方式的物质平衡方程式。二、综合驱动方式下物质平衡方程式的建立2.在原始状况下，油藏内所含流体体积之和，等于开发过程中任一时刻油藏内所含流体的体积之和。1.把油藏看成是一个体积不变的容器，开发前油藏中液体与气体的总体积，应等于开发之后任意时刻的采出体积与地下剩余体积之和。3.油藏在开发过程中的任意时刻，油、气、水三者体积变化的代数之和应等于零。对于任何一种驱动类型的油藏，应用上达三种推导方式都可得出同一结果。以上三种方式实质上是相同的。各种文献对方程推导所使用的方式是不同的。油藏物质平衡的通式是指气顶驱、溶解气驱、天然水驱同时存在时的综合驱动方式下的物质平衡方程式。综合驱动方式下油藏的特点：油藏的原始压力等于或低于饱和压力（饱和油藏），而且有气顶、边水作用，其流体分布如图所示。当油藏处于原始状况时，油区和气区的总体积PiP随着开采过程中油、气（不开采气顶气）被采出，油藏压力将下降，引起气顶区膨胀，边水不断入侵油藏，溶解气也将发生分离和膨胀原始状况下油区和气区的总体积，等于压力为P时水侵区的体积加上压力为P时油区的体积和压力为P时气顶区的体积之和。已知：在油藏原始条件下，即在原始地层压力pi和地层温度条件下，气顶区内天然气的原始地质储量（地面标准条件，0.101MPa和20℃）为G，它所占有的地下体积为giGB；含油区内原油的原始地质储量（地面标准条件）为N，它所占有的地下体积为oiNB；气顶区的天然气地下体积与含油区的原油地下体积之比为m，即oigiNBGBm；气顶的孔隙体积为pV。经过t时间的开采后，地层压力下降到p，从油藏中累积产出的油量为pN，气量为Gp，水量为Wp。1、原始状况pi下油藏中油的体积地层油的地下体积＝原始含油体积×原始条件下地层油的体积系数，即：oiNB地层油的地下体积2、原始状况pi下气顶气的体积在地层条件下，原始状态时气顶内自由气的体积与原始状态时含油体积之比为：gioiGBmNB原始状况下地下气顶气的总体积oigiNBGBm3、油藏压力为P时油藏中油的体积原始压力ip下，N的原油在油藏中占据的体积为oiNB；压力降到p时，N的原油在油藏中占据的体积为oNB；产出pN油在p时的体积为poNB。所以在压力P时地层中剩余油的体积为：)oPoPoNBNBNNB地层油体积-=(（2-1）式中N为油藏地质储量，米3；Np为累积采油量，米3；Bo为压力为P时地层油的体积系数。4、油藏压力为P时自由气的体积油藏开发到时间t时，地下自由气体积要发生变化。压力为p时其平衡关系为：自由气体积=原始自由气体积+原始溶解气体积-累积产气体积-仍溶在油中的气体体积()oitsipppsggimNBGNRNRNNRBB5、油藏压力为P时地层中水的体积开发至时间t时，累积侵入油藏水的地下体积weBW，累积产水的地下体积wPBW。若取水的体积系数1wB（因为气在水中的溶解度较小），则在压力P时，ePWW水的增量。上面分别求出了在某一时刻t时，油、气、水的地下体积。在综合驱动条件下，地层油的原始体积与原始气顶自由气体体积之和等于开发至任一时刻时剩余油体积、气顶气体积和水的增加体积之和。即：()()oioioioPosiPsPPgePwgiNBmNBmNBNBNBNBNNRNRBWWBB整理上式后可得：giiggoigssioiowPegsPoPBBBmBBRRBBBWWBRRBNN)()()(6、束缚水膨胀及孔隙体积减少引起的含烃孔隙体积的变化量这些效应的综合作用引起的总体积变化用数学式表示为：()wpdHCPVdVdV或表示为含烃孔隙体积的减少量：()()wwppdHCPVCVCVdpHCPV——含烃孔隙体积；Vp——孔隙体积；(1)pwcVHCPVSVw——束缚水体积；(1)wpwcwcwcVVSHCPVSS包括气顶在内的总含烃孔隙体积HCPV是：()()wwppdHCPVCVCVdp(1)oioioiNBmNBmNB因此总含烃孔隙体积HCPV的减少量可表示为：(1)pwcVHCPVS(1)wpwcwcwcVVSHCPVSS()1)1wwcpoiwcCSCdHCPVmNBpS（;wpCC-1-1—地层水的压缩系数，MPa—孔隙的压缩系数，MPa。(1)oioioiNBmNBmNB若考虑气顶区、含油区岩石和束缚水的弹性膨胀体积时，物质平衡方程应为：PBcscssmBBBmBBRRBBBWWBRRBNNoipoiwoiwcgiiggoigssioiowPegsPoP1)1()()()(引入BTi和BT分别表示原始条件下和任意时间t时的油气两相体积系数。按照两相体积系数的定义则有：oiTiBBgssioTBRRBB)(PBcscssmBBBmBBBBWWBRRBNNTipoiwoiwcgiiggTiTiTwPegsPoP1)1()()(上式即为一般形式下的物质平衡方程oiTiBBgssioTBRRBB)(PBcscssmBBBmBBRRBBBWWBRRBNNoipoiwoiwcgiiggoigssioiowPegsPoP1)1()()()(综合驱动物质平衡框图区分几个概念：岩石的有效压缩系数，又称为岩石的有效孔隙体积压缩系数。定义为：每变化1Mpa压力单位孔隙体积的变化率，表示为：pppdvcvdp已知pvv所以：ppppfdvdvcccvdpvdp岩石有效孔隙体积压缩系数是油藏物质平衡计算和试井解释工作中的一个重要参数。要用精密的岩石压缩系数仪进行精心测定。由于仪器设备的限制和测试上的困难，并不是所有的油田都能取得这项资料。在这种情况下，通常应用Hall图板，由已知的有效孔隙度确定cf的值。为了便于应用，对Hall图板的有关数据，由线性回归分析法得到如下的相关经验公式：40.435812.58710;ppccMPaf：岩石有效压缩系数，：有效孔隙度，。储层的岩石有效压缩系数还可以用如下的相关经验公式确定：40.43819.42310%pc：有效孔隙度，。三、物质平衡方程的直线形式物质平衡方程式通过整理移项后在普通坐标系上可得到一条直线。假设：地下采出量（总亏空体积）为()PoPsgPwFNBRRBWBTiTgssioiooBBBRRBBE)(1ggoigiBEBB油气膨胀量为气顶膨胀量为giiggoigssioiowPegsPoPBBBmBBRRBBBWWBRRBNN)()()(()PoPsgPwFNBRRBWBTiTgssioiooBBBRRBBE)(1ggoigiBEBBgoweEEBWFN()ogewFNEmEWB()ogewFNEmEWBgowegomEEBWNmEEF在很多情况下，上式可按线性函数来解释，于是上式变为NXY0mPssiRRRoweoEBWNEF如果油藏为天然水驱油藏，即，，则式gowegomEEBWNmEEFoFEewoWBE与为直线关系式表示这一直线关系，其截距为地质储量N。因此，物质平衡方程的直线形式可以用来确定地质储量N。四、油藏的驱动指数当有两个或两个以上的驱动能量同时作用于油藏开发时，每种驱动能量的作用程度，可以用驱动指数表示。一般用各种液体的膨胀量占总采出液量（油、气、水的总量）的百分比来说明各种驱动力的大小，我们叫它为驱动指数。把物质平衡的通式表示为如下形式：PBcscssmNBBBNmBBRRNBBNB1)1()()()()(PBcscssmNBBBNmBBRRNBBNB1)1()()()()(式中oPBN——采出油的地下体积；gsPPBRRN)(——压力下降过程中从油中逸出的溶解气的体积；wiePB)(——采出水的地下体积；)(oioBBN——为油的膨胀量。在原始压力下体积N的油在油藏中所占据的体积为oiNB，而压力降到P时，体积N的油在地层中所占的体积为oNB，两体积之差为油的膨胀量。采出的自由气（不开采气顶）及溶解气的地下体积；gssiBRRN)(——逸出气的膨胀量。在原始压力下，油与气顶平衡，因此油处于饱和压力下。当压力降到Pb以下时，