1、第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质,第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质,第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质,第一节 油藏流体的物理性质第二节 烃类流体相态特征第三节 储层岩石物理性质第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,第一节 油藏流体的物理性质,（1）高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体；,储层流体的特点：,（2）随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析盐或气体溶解等相态转化现象。,第一节 油藏流体的物理性质,天然气高压物性油气系统的溶解与分离地层油的高压物性地层水的高压物性,第一节 油藏流体的物理性质,一、天然气高压物性 天然气的相对密度
2、、体积系数、压缩系数和粘度等。由天然气的组成决定,1、天然气的组成,第一节 油藏流体的物理性质,天然气的分类：,按油蒸汽的含量多于或少于100g/m3或按甲烷含量多于或少于95,第一节 油藏流体的物理性质,天然气组成的表示方法,摩尔组成,质量组成,体积组成,理想气体,第一节 油藏流体的物理性质,2、天然气的视分子量和相对密度,天然气的视分子量(平均相对分子量) 定义：标准状况下1摩尔天然气的质量。,根据Kay混合法则,天然气的相对密度 定义：在标准状态下,天然气密度与干燥空气密度的比值。,理想气体,第一节 油藏流体的物理性质,第一节 油藏流体的物理性质,第一节 油藏流体的物理性质,3、天然气的
3、压缩因子方程,理想气体的假设条件：,1.气体分子无体积，是个质点；,2.气体分子间无作用力；,3.气体分子间是弹性碰撞；,理想气体状态方程：,天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不是理想气体,压缩因子,第一节 油藏流体的物理性质,压缩因子：,一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。,实际气体的压缩因子状态方程：,第一节 油藏流体的物理性质,对应状态定律：在相同的对应温度和对应压力下，所有的纯烃气体具有相同的压缩因子。,天然气的视临界压力和视临界温度：,对应温度：对应压力：,第一节 油藏流体的物理性质,4、天然气的体积系数和等温压缩系数,定义：地面
4、标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。,体积系数,第一节 油藏流体的物理性质,定义：在等温条件下单位体积气体随压力变化的体积变化值。,或：在等温条件下气体随压力变化的体积变化率。,等温压缩系数,第一节 油藏流体的物理性质,5、天然气的粘度,(1)、定义,牛顿内摩擦定律,运动粘度,动力粘度绝对粘度,第一节 油藏流体的物理性质,低压下,（2）、天然气粘度的特点,大气压下天然气的粘度曲线,气体的粘度随温度的增加而增加 ;,气体的粘度随气体分子量的增大而减小；,低压范围内，气体的粘度几乎与压力无关。,第一节 油藏流体的物理性质,高压下,气体的粘度随压力的增加而增加；,在高压下，气体密度变大，气体
5、分子间的相互作用力起主要作用，气体层间产生单位速度梯度所需的层面剪切应力很大。,气体的粘度随温度的增加而减小；,气体的粘度随气体分子量的增加而增加。,高压下，气体的粘度具有类似于液态粘度的特点。,第一节 油藏流体的物理性质,二、油气系统的溶解与分离 1、天然气的溶解 服从亨利定律：, 天然气的组成,天然气中重质组分愈多，相对密度愈大，其在原油中的溶解度也愈大。,单组分的溶解,第一节 油藏流体的物理性质, 石油的组成,相同的温度和压力下，同一种天然气在轻质油中的溶解度大于在重质油中的溶解度。,第一节 油藏流体的物理性质,随着温度的升高，天然气的溶解度下降。, 温度, 压力,随着压力的升高，天然气
6、的溶解度增大。, 脱气方式, 在溶解过程中，天然气和石油的接触时间和接触面的大小，影响气体的溶解度。,一次脱气测得的溶解度大，微分脱气小。,第一节 油藏流体的物理性质,2、油气分离方式 一次（接触、闪蒸）脱气 多级脱气,现场多级分离流程,第一节 油藏流体的物理性质,相态方程计算和应用（自学）两个概念： 泡点压力 露点压力,3、油气分离计算,第一节 油藏流体的物理性质,三、地层油的高压物性 地层油的溶解气油比、体积系数、压缩系数和粘度等。,1、地层油的溶解气油比,(1)定义,地层油在地面进行一次脱气，分离出的气体标准体积与地面脱气油体积的比值，标m3/m3。,单位体积地面油在油藏条件下所溶解的气
7、体的标准体积，标m3/m3。,地层油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。,第一节 油藏流体的物理性质,溶解气油比与压力的关系,第一节 油藏流体的物理性质,2、地层油的密度和相对密度,(1)地层油的密度,定义：单位体积地层油的质量，kg/m3。,一般，地层油的密度小于地面油的密度。,？,(2)地面油的相对密度,定义：20时的地面油密度与4时水密度之比。,第一节 油藏流体的物理性质,3、地层油的体积系数,又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积(即地层油体积)与其在地面脱气后的体积之比。,一般地，Bo1。,第一节 油藏流体的物理性质,两相体积系数：,油藏压力低于泡点压力时，在给定压力下地层油和其
8、释放出气体的总体积(两相体积)与它在地面脱气后的体积(地面原油体积)之比。,因为：,所以：,第一节 油藏流体的物理性质,(1)PPb时,存在两相体积系数；,(2)P=Pb时:,(3)P1绝对大气压时，,(4)两相体积系数与压力的关系为一双曲线型单调曲线。,综上所述：,Rs=0，Bg=1, Bo=1, Bt=1+Rsi,Bt为最大值；,Rs=Rsi,Vfg=0,Bt=Bo=Bob,Bt为最小值；,第一节 油藏流体的物理性质,4、地层油的等温压缩系数,定义：在温度一定的条件下，单位体积地层油随压力变化的体积变化值，1/MPa。,由于：,所以：,第一节 油藏流体的物理性质,5、地层油的粘度,轻烃组分
9、所占比例, o,组成,温度,T，o,压力,o P、T 关系,第一节 油藏流体的物理性质,第一节 油藏流体的物理性质,四、地层水的高压物性,地层水：,油层水(与油同层)和外部水(与油不同层)的总称。,地层水长期与岩石和地层油接触,地层水中含有大量的无机盐,底水边水层间水束缚水,上层水下层水构造水,第一节 油藏流体的物理性质,1、地层水的矿化度,(1)地层水中的离子,(2)矿化度,水中矿物盐的质量浓度，通常用mg/l表示。,地层水的总矿化度表示水中正负离子的总和。,不同油藏的地层水矿化度差别很大,第一节 油藏流体的物理性质,第一节 油藏流体的物理性质,氯化镁(MgCl2)水型,重碳酸钠(NaHCO
10、3)水型,硫酸钠(Na2SO4)水型,氯化钙(CaCl2)水型,第一节 油藏流体的物理性质,第一节 油藏流体的物理性质,3、地层水的高压物性,（1） 溶解气,地层水溶解盐类是影响地层水高压物性的根本原因。,压力在10MPa下，1m3地层水中溶解天然气不超过2m3。,第一节 油藏流体的物理性质,（2） 地层水的体积系数,第一节 油藏流体的物理性质,(3) 等温压缩系数,第一节 油藏流体的物理性质,（4） 地层水的粘度,第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质,第一节 油藏流体的物理性质第二节 烃类流体相态特征第三节 储层岩石物理性质第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,第二节 烃类流体相态特征,相图油
11、藏流体类型识别,第二节 烃类流体相态特征,一、相图,相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处的 状态。气态液态固态,油藏烃类的相态通常用PT图研究。,相：某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、 化学性质的均匀物质部分。,油藏烃类一般有气、液、固三种相态,相图,C1-c4, c5-16, c17,第二节 烃类流体相态特征,单组分立体相图,第二节 烃类流体相态特征,单组分双参数相图,饱和蒸汽压线,三线三点三区,1、单组分烃类流体相图,第二节 烃类流体相态特征,单组分双参数相图,随分子量的增加，饱和蒸汽压线向右下方偏移,第二节 烃类流体相态特征,双组分双参数相图,2、两组分烃类流体相图,第二节 烃
12、类流体相态特征,3、多组分烃类流体相图,四区,三线,六点,等液量线,泡点线,露点线,多组分双参数相图,第二节 烃类流体相态特征,多组分双参数相图,四区,三线,六点,气相区,气液两相区,液相区,第二节 烃类流体相态特征,多组分双参数相图,四区,三线,六点,露点,泡点,第二节 烃类流体相态特征,各类油气藏的开发特点,饱和油藏,凝析气藏,纯气藏,未饱和油藏,过饱和油藏,二、油藏流体类型的识别,第二节 烃类流体相态特征,各类油气藏的开发特点,第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质,第一节 油藏流体的物理性质第二节 烃类流体相态特征第三节 储层岩石物理性质第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,第三节 储层岩
13、石物理性质,第三节 储层岩石物理性质,砂岩的骨架性质,砂岩的孔隙性质,砂岩的粒度组成,岩石的比面,岩石的胶结物质与胶结类型,岩石的孔隙、孔隙结构与孔隙度,储层流体饱和度,储层岩石的渗透率,岩石的压缩系数及油藏的综合压缩系数,储层岩石的润湿性,储层岩石的毛管力,第三节 储层岩石物理性质,岩石的粒度组成及比表面储层岩石的孔隙度岩石的压缩系数油藏流体的饱和度油藏岩石的渗透率渗透率与其他物性的关系,一、岩石的粒度组成及比表面,砂岩的粒度组成： 指构成砂岩的各种大小不同的颗粒的相对含量。,第三节 储层岩石物理性质,筛析法,将岩石洗油、烘干、称质量、解析、过套筛、分筛称质量、计算。,基本做法：,套筛的筛孔
14、,以毫米直接表示筛孔孔眼大小,以每英寸长度上的孔数表示,相邻的两级筛孔孔眼的级差为 或 。,第三节 储层岩石物理性质,沉降法,斯托克(C.J.Stokes)公式：,原理：,在合适的介质中测定颗粒在外力场作用下的沉降速度,间接确定颗粒的粒度组成。,第三节 储层岩石物理性质,第三节 储层岩石物理性质,表示方法：,粒度组成的表示方法及评价方法,数字,图形,尖峰越高，粒度组成越均匀,曲线越陡，粒度组成越均匀,第三节 储层岩石物理性质,或指单位体积岩石内所有孔隙的内表面积。,2、岩石的比面,岩石的比表面积：指单位体积岩石的总表面积,m2/m3。,第三节 储层岩石物理性质,岩石比面的影响因素,岩石比面的大
15、小影响化学方法采油的药剂消耗,颗粒直径 颗粒直径变小,比面值变大。,泥质含量 泥质含量越多,岩石比面越大。,颗粒形状 颗粒越不规则,岩石比面越大。,第三节 储层岩石物理性质,3、砂岩的胶结类型,泥质胶结物,(遇水膨胀、分散或絮凝),岩石的胶结物,蒙脱石含膨胀层的混合层粘土伊利石高岭石,对储层的潜在影响,第三节 储层岩石物理性质,灰质胶结物,(遇酸反应),酸敏矿物,绿泥石,第三节 储层岩石物理性质,硫酸盐胶结物,(高温脱水),硅质胶结物,(胶结最结实),影响束缚水饱和度的测定值,第三节 储层岩石物理性质,胶结类型：,基底胶结,孔隙胶结,接触胶结,杂乱胶结,岩石的胶结类型主要受胶结物含量、分布及颗
16、粒与胶结物的结合方式的控制。,定义：胶结物在岩石中的分布状况与碎屑颗粒的接触关系。,第三节 储层岩石物理性质,二、储层岩石的孔隙度,1、孔隙,岩石中未被碎屑颗粒、胶结物或其它固体物质充填的空间。,裂隙(缝),孔隙,空洞,空隙,砂岩的孔隙大小和形态取决于砂粒的相互接触关系以及成岩后生作用引起的变化。,孔隙,第三节 储层岩石物理性质,定义：岩石孔隙体积与岩石外表体积之比；,2、孔隙度的定义,(1)绝对孔隙度,(2)有效孔隙度,(3)流动孔隙度,第三节 储层岩石物理性质,三、岩石的压缩系数,上覆压力与孔隙压力的差值,等温条件下单位体积岩石中孔隙体积随有效压力的变化值。,定义：,第三节 储层岩石物理性
17、质,油藏的综合压缩系数,油藏弹性采油量：,第三节 储层岩石物理性质,四、油藏流体的饱和度,单位孔隙体积中流体所占的比例。,(同一油藏，同一时刻),定义：,( l = o，w，g ),第三节 储层岩石物理性质,分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面，不可流动的水。,1、束缚水,单位孔隙体积中束缚水所占的比例。,2、束缚水饱和度Swc,油藏的原始含油饱和度：,3、储量计算,油藏的地质储量：,第三节 储层岩石物理性质,4、残余油,被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩石孔隙中的油。,残余油占储层的孔隙体积的比例。,5、残余油饱和度Sor,油藏采收率,第三节 储层岩石物理性
18、质,五、油藏岩石的渗透率,岩石的渗透性：在一定的压差作用下，储层岩石让流体在其中流动的性质。其大小用渗透率表示。,（1）达西定律,1856年、法国人、享利达西,未胶结砂充填模型,水流渗滤试验,达西实验装置,1、油藏岩石的绝对渗透率,第三节 储层岩石物理性质,通用达西公式,粘度为1mPas的流体,在0.1MPa的压差下,通过截面积为1cm2,长为1cm的岩石,当流量为1cm3/s时,该岩石的渗透率为1m2。,渗透率单位的物理意义为：,渗透率,第三节 储层岩石物理性质,达西实验的条件：,与所通过的流体性质无关,第三节 储层岩石物理性质,（2）、气测渗透率,在岩石长度L的每一断面的压力不同，气体体积
19、流量在岩石内各点上是变化的，是沿着压力下降的方向不断膨胀。,玻义尔马略特定律,则：,第三节 储层岩石物理性质,分离变量并积分，则：,气测渗透率的计算公式：,第三节 储层岩石物理性质,Klinkenbeger实验结果,(1)不同平均压力下测得的气体渗透率不同；,(2)不同气体测得的渗透率不同；,(3)不同气体测得渗透率和平均压力呈直线关系，当平均压力趋于无穷大时，交纵坐标于一点。,(3)、克林肯柏格效应,第三节 储层岩石物理性质,气体渗透率大于液体渗透率的根本原因,第三节 储层岩石物理性质,第三节 储层岩石物理性质,六、渗透率与岩石其他物性的关系,泊稷叶方程,第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质
20、,第一节 油藏流体的物理性质第二节 烃类流体相态特征第三节 储层岩石物理性质第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,界面能及界面张力油藏岩石的润湿性油藏岩石的毛管力有效渗透率和相对渗透率微观渗流机理,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,一、界面能及界面张力,1、界面 指相与相之间的接触面。若其中一相为气相时，则此界面称为表面。,2、界面能,界面层内分子受力都不平衡，界面层内所有分子的多余能量的总和称为界面的界面能。,3、比界面能,单位面积上的界面能。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,4、吸附,指溶解于两相系统中的物质，自发地浓集于两相界面、并急剧降低界面张力
21、的过程。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,二、油藏岩石的润湿性,润湿现象:,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,1、润湿的定义,液体在表面分子力作用下在固体表面的流散现象。,过气液固或液液固三相交点对液滴表面所作的切线与液固表面所夹的角。,(从极性大的一端算起),定义,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,润湿是指三相体系：一相为固体,另一相为液体,第三相为气体或另一种液体。,液体是否润湿固体,总是相对于另一相气体(或液体)而言的。,3、润湿性的判断,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,润湿反转程度既与固体表面性质和活性剂的性质有关，又和活性剂的浓度有关。
22、,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（1）亲水岩石中的油水分布,湿相驱替非湿相的过程称为“吸吮过程。”,4、油水在岩石孔道中的微观分布,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（2）亲油岩石中的油水分布,4、油水在岩石孔道中的微观分布,非湿相驱替湿相的过程称为“驱替过程。”,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,三、油藏岩石的毛管力,1、弯液面在毛细管中上升的现象,毛管力,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,2、毛管力公式的应用,（1）、油藏中流体界面是过渡带,对于气-液界面：,对于油-水界面：,过渡带高度取决于最细的毛管中的油(或水)柱的上升高度。,油-水过渡带比气-液过渡带宽,且油越稠，油水过
23、渡带越宽。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,当毛管倾斜时,水沿毛管上升,但垂直高度不变；当毛管水平放置时,毛管力则成为水驱油的动力。若岩石亲油,毛管力将阻止水进入毛管,从而成为水驱油的阻力。,（2）、岩石亲水,毛管力是水驱油的动力,否则毛管力是水驱油的阻力。,毛管力的方向主要受控于流体对岩石的选择性润湿。,（3）、判断岩石的润湿性,岩石自动吸入流体的能力与毛管力的大小、方向有关。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,液珠或气泡通过孔隙喉道时,产生的附加阻力称为贾敏效应。,钻井液、完井液、压井液：失水时对油流向井造成阻力。,调剖堵水：封堵大孔道、调整流体渗流剖面，通过增加驱替液的波及体积来提
24、高原油采收率。,贾敏效应,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,3、岩石毛管力曲线的基本特征,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,4、毛管力曲线的应用,（1）、岩石储集性能评价,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,(2) 、研究岩石的孔隙结构,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（3）、判断岩石的润湿性,一次油驱水，一次水驱油，二次油驱水,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,(4)、确定注入工作剂对储层的损害程度或增产措施的效果,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（5）、水驱油(或气驱油)过程中任一饱和度面上油-水(或气)相间的压力差,油藏工程计算中常用此法确定任一饱和度面上油水(或气)相间的
25、压力差。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（6）、油藏过渡带内流体饱和度的分布,自由水面 Pc=0,100%含水面 Pc= PT,100%产水面 Pc= Pcsor,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,四、有效渗透率和相对渗透率,1、有效渗透率,当岩石孔隙中饱和两种或两种以上流体时，岩石让其中一种流体的通过能力称为有效渗透率或称为相渗透率。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,岩石的有效渗透率之和总是小于该岩石的绝对渗透率。,岩石的有效渗透率是岩石自身属性、流体饱和度及其在孔隙中的分布的函数,而流体饱和度及其分布后者与润湿性等有关。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,指岩石孔隙中饱和多相
26、流体时,岩石对每一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。,2、相对渗透率,油相的相对渗透率,气相的相对渗透率,水相的相对渗透率,同一岩石的相对渗透率之和总是小于1。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,3、 相对渗透率曲线特征,A区： SwSwi；,B区： SwiSw1-Sor；,C区： Sw1-Sor；,油相流动。,油、水相流动；随Sw的增大，Kro急剧降低，Krw增大。,水相流动。,平衡饱和度,残余油饱和度,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（）饱和历程的影响滞后现象 把用润湿相驱替非润湿相的过程测得的相对渗透率称作吸入相对渗透率 把非润湿相驱替润湿相过程测得的相对渗透率称作驱替相对
27、渗透率 吸入过程的非润湿相相对渗透率低于排驱过程的非润湿相相对渗透率。 润湿相的驱替和吸入过程的相对渗透率曲线总是比较接近，可以重合。,影响相对渗透率曲线的主要因素 油水相对渗透率曲线综合反映了油水两相的渗流特征。影响其形状的因素较多，下面主要讨论人们通常关心的几个因素。,1.等渗点对应的饱和度大于0.5；2.残余油饱和度时的水相相对渗透率仅为0,4；3.束缚水饱和度为0.4左右，而残余油饱和度不足0.4；这三点都属于亲水的特征。,等渗透点大于0.5，油藏可能为致密较强的油藏，束缚水大于0.3接近0.4，残余油饱和度较大，油水共渗区窄，油藏见水后含水迅速增加，总体来说油藏为低渗的亲水油藏,可以
28、应用确定岩石润湿性的克雷格法则1、束缚水饱和度比较大，明显超过25%2、等渗点含水饱和度 超过50%3、最大含水饱和度下的油相相对渗透率趋向于零4、束缚水饱和度下的水相相对渗透率 趋向于0,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（） 岩石表面润湿性的影响 在一定的饱和度下，随着岩心由强亲水向强亲油转化，油的相对渗透率趋于降低，水的相对渗透率增加，在相对渗透率曲线上表现为Krw=0的位置及相对渗透率曲线的交点左移。 （） 岩石孔隙几何形态和大小分布的影响 孔隙分布越均匀，油相相对渗透率越高，而水相相对渗透率越低。,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,（） 原油粘度的影响（） 温度的影响,第四节 饱
29、和多相流体的储层岩石物性,1、计算分流量曲线在一维条件下，忽略毛细管力和重力的作用，其公式如下：,把地层水的体积分流量曲线换算为地面水的质量分流量曲线，换算公式为：,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,2、确定油层中油水的饱和度分布，油水接触面位置及产纯油的闭合度,参看书中实例,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,五、微观渗流机理,1、在互不连通的孔道中的微观指进现象,思考题：考虑毛管力与不考虑毛管力时微观指进有何不同？,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,2、单个孔道中的水驱油流动形态,3、不等径并联孔道的流动形态,4、毛管孔道中的混合流动,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,当只有单相液流时，液体平均流速为：,孔道中充满油水(或油气)混合物时，它的流动速度为：,第四节 饱和多相流体的储层岩石物性,混流和单相液流的速度比为：,当油滴(或气泡)半径与孔道半径比值为0.9、0.99、0.999时，混合物的流速与单相液流速度的比为0.35、0.04、0.004。,油滴(或气泡)半径越接近于孔道半径，混合物的流速下降幅度越大。考虑到孔隙表面会存在异常粘度的吸附层，所以分散油滴(或气泡)的淤塞作用是不可忽视的。,
