油藏物质平衡

第五章物质平衡方法自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与发展。物质平衡方程式的主要功能（作用、用途）：（1）确定油藏的原始地质储量（2）判断油藏的驱动机理（3）测算油藏天然水侵量的大小了解天然能量（4）预测油藏未来的压力动态及油藏最终采收率。第1节油藏饱和类型和驱动类型新发现的油藏，探井测压、高压物性的分析原始地层压力、饱和压力Pi和Pb的大小原始条件的油藏未饱和油藏或欠饱和油藏:PiPb饱和油藏:Pi≤Pb带气顶没有气顶(Unsaturated、under-saturated、notsaturated)(saturated)(withgas-cap)所有油藏的饱和压力：都有从构造顶部向翼部增加的趋势因为：Pb与油藏的压力、温度和油、气的组分有关实际应用时：无论Pi或Pb，都需考虑利用加权平均数据在确定油藏饱和类型的前提下，可根据油藏的原始外边界条件（即有无边底水和气顶）以及作用于油、气渗流的驱动力情况：油藏的天然驱动类型：未饱和油藏或欠饱和油藏:饱和油藏:封闭型：封闭性弹性驱动不封闭型：弹性水压驱动无气顶、无边底水活动---溶解气驱动无气顶、有边底水活动---溶解气驱和天然水驱综合驱动有气顶、无边底水活动---溶解气驱和气顶驱综合驱动有气顶、有边底水活动---气顶驱、溶解气驱和天然水驱综合驱动在矿场实际应用中，需根据油藏实际驱动类型，建立和选择不同驱动方式的物质平衡方程式(sealedorclosed)edge/bottomwaterelasticwaterdrive第2节油藏物质平衡方程实际油藏，封闭or不封闭简化为储油容器Tanker总烃量采出量剩余量油藏物质平衡通式的建立与简化1.假设条件：（GeneralizedMBE）●储层物性和流体物性均匀分布，各向同性；●相同时间内，油藏各点地层压力能瞬时达到平衡；●在整个开发过程中，油藏保持热动力学平衡，即地层温度恒定；●不考虑毛管力和重力作用----基于上述假设，把一个实际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。在这个地下容器内，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。它又称零维模型，这是因为物质平衡方程式本身不考虑油、气、水渗流的空间变化。物质平衡方程式2.物质平衡方程建立的思路：（1）油藏为一体积不变的容器，油藏原始条件下的流体的总体积=开发后任一时刻采出流体的总体积与地下剩余流体体积之和。（2）油藏为一体积不变的容器，油藏原始条件下的流体的总体积=开发过程中任一时刻所含流体总体积。（不考虑岩石孔隙空间变形）（3）油藏为一体积不变的容器，开发过程的任一时刻流体体积变化的代数和为零。三种方式实质相同，可得同一结果。3、方程的建立先考察一个饱和油藏：[4][5][10][6][7][8][9]giGB(气顶区)oiNB(含油区)(水区)gGBopBNN)(PiPtwpgpgsopBWBGBRBN)([1][2][3]饱和油藏：具有气顶、并有边底水作用。在开发过程中，即使人工注水、注气，假定仍不能保持地层能量平衡。随着流体的开采地层压力逐步★气顶气膨胀★地层原油膨胀★以及岩石和束缚水弹性膨胀★同时，部分溶解气释放出，并随压降而膨胀★边底水随之侵入油藏irreducible/combined/boundwaterEncroach/invadeelasticexpansion在原始条件下，气顶区内天然气的原始地质储量G，所占地下体积GBgi含油区内原油原始地质储量N，所占地下体积NBoi气顶区与含油区所含流体体积比m:oigiNBGBm气顶内天然气原始地质储量G:gioiBmNBG它所占的地层孔隙体积为：)1()1(wioiwigicappGasSmNBSGBV附：地层流体物性随地层压力的变化关系BtBoBgRsBt=BoiRsiBgiPi=PbP0(Rsi-Rs).Bg地层原油两相体积系数：gssiotBRRBB)(oitiBBscscgPTZTPBsciiscgiTPTZPB物质平衡方程式的推导：已知油藏原始地层压力Pi，经过时间t开采后，地层压力下降到P。在此期间内，从油藏中累积产出油量Np，气量Gp，水量Wp。根据物质守恒：累积产出的流体（三者）的地下体积=气顶区和含油区内的诸项弹性累积体积膨胀量、天然累积水侵量和人工累积注水、注气地下体积量的总和。用文字表述（地下平衡、累积平衡、体积平衡）为：[1]累积产油量+[2]累积产气量+[3]累积产水量=[4]气顶的累积体积膨胀量+[5]气顶区内地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量+[6]含油区内地层原油的累积体积膨胀量+[7]含油区地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量+[8]累积天然水侵体积量+[9]人工累积注水体积量+[10]人工累积注气体积量[4][5][10][6][7][8][9]giGB(气顶区)oiNB(含油区)(水区)gGBopBNN)(PiPtwpgpgsopBWBGBRBN)([1][2][3]用油藏工程参数符号，分别表述各项：[1]累积产油量：地面Np，地下NpBo[2]累积产气量:地面Gp=NpRp,(Rp---累积生产气油比）在压力P下累产油量Np的溶解气量为：NpRs地层压力由Pi下降到P时，由油藏中产出的天然气地下体积为：Np(Rp-Rs)Bg[3]累积产水量:地面Wp,地下:WpBw部分溶解气在地下(P下)溶解于原油中，采出的气来自于气顶与溶解气的释放[4]气顶的累积体积膨胀量:)()(giggioigiggigBBBmNBBBGGBGB[5]气顶区内地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量:pCSCSmNBpCSCVfwiwwioifwiwcappGas)(1)(注意：C的定义[6]含油区内因溶解气驱引起的地层原油累积体积膨胀量：])([)(oigssiotitBBRRBNBBN[7]含油区地层束缚水和岩石的累积弹性体积膨胀量：pCSCSNBpCSCVfwiwwioifwiwpOil)(1)([8]累积天然水侵体积量：We[9]人工累积注水体积量:地面Wi,地下WiBw[10]人工累积注气体积量:地面Gi,地下GiBig（Big为在压力p下注入气体的体积系数）因此：[1]+[2]+[3]=[4]+[5]+[6]+[7]+[8]+[9]+[10])(giggioiBBBmNBpCSCSmNBfwiwwioi)(1wpgsppopBWBRRNBN)(])([oigssioBBRRBNigiwiefwiwwioiBGBWWpCSCSNB)(1饱和油藏物质平衡式的通式：pSCSCBmBBBBmBBBGB11)()()(])([pSCSCBmBBBBmBRRBBBGB11)()()()(])([(分子加减一项NpRsiBg)或：根据油藏的不同驱动类型，对上述通式简化，可得相应特定条件下的物质平衡式。第3节未饱和油藏的物质平衡式（一）封闭性弹性驱动的未饱和油藏(piPb)油藏条件：PiPb;We=0;Wi=0;Wp=0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未饱和封闭封闭弹性驱弹性驱未饱和pSCSCBpCBBNNwifwiwoiooiop1由物质平衡通式：未饱和pVVVpVVCoiooiooio11pSCSCCBBNpSCSCBpCBBNNwifwiwooiopwifwiwoiooiop11若设：wifwiwotSCSCCC1pCBBNNtoiop则：pCBBNNytoiopNxyopBNpxCNBpCNBBNytoitoiop或：弹性驱动油藏的生产指示曲线弹性能量指数油藏单位压降的采出油量otoipBCNBpNEEIN，油藏的弹性能量就越多弹性强度指数油藏单位压降的采出程度otoipoBCBpNNpREII/EII消除了油藏储量的影响，因而更能反映油藏弹性驱动能量的强弱。实际上，EII主要反映了油藏有效压缩系数的数值。油藏的压降指数采出单位原油量的地层压降（同样反映油藏弹性能量的多少）EEICNBBNpPDItoiop1N越小，PDI，油藏的弹性能量越弱压降强度指数（油藏的压降率）单位采出程度的油藏压降EIICBBRpPDRtoioo1油藏的采出程度到某阶段累积采出的油量与地质储量的比值)(ppBCBBpCBNNRiotoiotoipo为了提高油藏采出程度，需以地层压力的下降为代价油藏的弹性采收率)(biobtoieRppBCBE地层压力下降到饱和压力时的油藏采出程度原油的地饱压差，油藏的弹性采收率油藏的剩余油饱和度pCBBSpCSBBShABBpCBBShABShAhABBpCNBNhABNNhABNStoiowitwioiowioootoioiwiooiwiooootoioopooresor)1()1()1()1()1()(教材上有误！（二）天然弹性水压驱动的未饱和油藏(piPb)油藏条件：PiPb;We≠0;Wi=0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未饱和天然弹性水压驱弹性驱未饱和pCBBWWBNNtoiwpeop)(由物质平衡通式：未饱和或写成：)(wpetoiopBWWpCNBBNyBxNpCBWNpCBBWBNytoietoiwpop天然水侵系数pCBrtQpxtoiDDe),(NxyB=tg（三）天然水驱和人工注水的弹性水压驱动的未饱和油藏(piPb)油藏条件：PiPb;We≠0;Wi≠0;Wp≠0;m=0;Gi=0;Rp=Rs=Rsi;Bo-Boi=BoiCo△p未饱和天然水驱和人工注水弹性水压驱未饱和pCBB])([由物质平衡通式：未饱和opBNppopBN水压驱动油藏的生产指示曲线WWpCNBB])([水压驱动油藏的开采初期主要为弹性驱动，早期一般不注水，Wi≈0，压降较小，还没波及到水体，We≈0，产水量也很小，Wp≈0，油藏的MBE为pCNBBNtoiop油藏在经历了弹性驱动阶段之后，已进入水压驱动阶段，水侵或注水过程开始发挥作用◆水侵量计算1.生产指示曲线法在某一个阶段，油藏的生产指示曲线在NpBo轴方向上偏离初始直线段的距离，为油藏的存水量。wpieB)(由此可计算水侵量：wpieB)(opBNpWpopBNWpCNBB])([水体活跃程度：当指示曲线明显偏离直线段的油藏采出程度R0：采出程度R0水体活跃程度3%比较活跃3%～10%中等程度10%不活跃popBNWpCNBB])([2.亏空体积曲线法etoiwiwpopWpCNBBWBWBN油藏的净采出体积，矿场上通常称之为油藏的亏空体积，并用符号Vv表示油藏的亏空率亏空体积与油藏容积的比值oiwiwpopoivVNBBWBWBNNBVR油藏的亏空体积，等于油藏的地下膨胀量与油藏的水侵量之和。etoivWpCNBV当然油藏并不会因为开采原油而出现真