1-油气层渗流力学基础

1第一章油气层渗流力学基础1、第一章油气层渗流力学基础2研究对象：油气藏外部几何形状+内部孔隙结构，非常复杂原始状态及流动中流体分布关系复杂怎样对复杂的油藏进行渗流理论研究，认识油气渗流的普遍规律，建立通用的数学方程？1、第一章油气层渗流力学基础办法：油气藏抽象及简化。3第一节油气藏类型及外部几何形状简化第二节油气藏内部空间结构简化第三节多孔介质的主要特征及连续介质场第四节渗流过程中的概念及渗流形态的简化1、第一章油气层渗流力学基础4第一节油气藏类型及外部几何形状简化1、第一章油气层渗流力学基础5油藏：圈闭中聚集了石油就称为油藏气藏：圈闭中聚集了天然气就称为气藏油气藏：同时聚集了石油和游离天然气称为油气藏油气藏：是单一圈闭内具有独立压力系统和统一油水界面的油气聚集。它是地壳中最基本的油气聚集单位。1、第一章油气层渗流力学基础6一、油气藏流体分布1、宏观上分布多相流体在地层中的分布应遵循流体力学静力平衡。在重力作用下产生分异现象。垂向上：气上、油中、水下平面上：气内、油中、水外1、第一章油气层渗流力学基础7油藏高度（1）油（气）藏高度油水接触面与油藏最高点的高度差，称为油藏高度。1、第一章油气层渗流力学基础8气藏高度气水接触面与气藏最高点间的高度差，称为气藏高度。1、第一章油气层渗流力学基础9油藏高度气顶高度油气藏高度油藏高度：油水接触面和油气接触面之间的高度差气顶高度：油气接触面和油气藏最高点之间的高度差油气藏高度：油藏高度＋气顶高度1、第一章油气层渗流力学基础10（2）油（气）藏外（内）边缘气油水油气界面油水界面含油内缘含油外缘油气接触面与油层顶面的交线称含气边缘含气边缘1、第一章油气层渗流力学基础11油水接触面与油层顶面的交界线称油藏外边缘或称含油边缘。如果油气藏的高度小于油气层的厚度时，油（气）藏的内边缘就不存在（底水油藏）。气油水油气界面油水界面含油内缘含油外缘含气边缘油水接触面与油层底面的交界线称油藏内边缘或称含水边缘。1、第一章油气层渗流力学基础12（3）含油（气）面积油藏外边缘所圈闭的面积，称含油面积。油水油水界面含油内缘含油外缘1、第一章油气层渗流力学基础13油藏外边缘所圈闭的面积，称含油面积。对油气藏来讲，即为含油气面积。纯气藏的气藏外边缘所圈闭的面积，称含气面积。气油水油气界面油水界面含油内缘含油外缘含气边缘含油（气）面积1、第一章油气层渗流力学基础14（4）边水和底水边水底水位于油（气）藏外边缘以外的水称边水。油藏的内含油面积不为0，油藏部分含油面积与水接触。位于油（气）藏边缘以内从下面承托着油（气）的水称为底水。油藏的内含油面积为0，油藏整个含油面积与水接触。1、第一章油气层渗流力学基础15油气界面油水界面实际上，油气接触面和油水接触面是不存在的，而是存在油气过渡带和油水过渡带。1、第一章油气层渗流力学基础16pcswpdpsOO+=psWOC1(第一油水界面)，以上产纯油pc=pdWOC2(第二油水界面)，以下产纯水pc=0FWL(自由水面)油水界面划分排驱压力转折压力1、第一章油气层渗流力学基础17水体足够大或水体与地表水连通水体渗透性好、与油层连通性好定压边界敞开式油藏：与周边水体或地面连通定压边界1、第一章油气层渗流力学基础18封闭边界封闭边界封闭式油藏：与周边水体或地面不连通岩性变化断层阻挡1、第一章油气层渗流力学基础192、油气藏流体微观分布微观：润湿性•油相位于大孔隙•束缚水位于小孔隙So+Sw=11、第一章油气层渗流力学基础20二、油气藏类型1、油气藏分类构成油气藏的两大要素：储层和流体储层岩石类型：岩性储层（油藏）形态：圈闭类型储集空间类型：孔隙类型流体类型：流体性质流体在储层（油气藏）中的分布：接触关系1、第一章油气层渗流力学基础21（1）岩性（储层）岩浆岩变质岩沉积岩碎屑岩：砂岩结晶岩：碳酸盐岩1、第一章油气层渗流力学基础22砂岩油藏：储层岩石为砂岩灰岩(碳酸盐岩）油藏：储层岩石为灰岩1、第一章油气层渗流力学基础颗粒经胶结物胶结而成，砂含量50%的陆源碎屑岩23（2）圈闭构造圈闭：背斜、断层地层圈闭：岩性圈闭：透镜体潜山圈闭地层不整合圈闭地层超覆圈闭1、第一章油气层渗流力学基础241、第一章油气层渗流力学基础25岩性圈闭：非储层岩石包围储层岩石。分散、不连续。如岩性尖灭、砂岩透镜体•地层圈闭储层岩石性质变化而引起地层不整合圈闭：因构造运动而倾斜抬升，后因沉降作用而与上覆地层形成不整合接触。潜山圈闭：古山峰沉降掩埋后形成。古山峰长期暴露大气，遭受风化、日晒、雨淋、冰冻等剥蚀作用，发育大量溶蚀孔洞，优良储层。地层超覆圈闭：岸边逐层沉积作用形成。河流、湖泊、海洋等一次次水进水退，储层与非储层交错沉叠1、第一章油气层渗流力学基础26（3）孔隙类型孔隙(粒间孔隙)裂缝溶洞1、第一章油气层渗流力学基础27单一介质：岩石中只有一种类型的孔隙存在双重介质：岩石中有两种类型的孔隙存在多重介质：岩石中有两种类型以上的孔隙存在1、第一章油气层渗流力学基础28（4）流体性质（烃类相态）气藏干气：XC5100g/m3湿气：XC5=干气-凝析气凝析气：XC5较多油藏轻质油：0.9稠油：0.91、第一章油气层渗流力学基础29（5）接触关系（指圈闭中油、气、水之间的分布和相互关系）边水油气藏底水油气藏气顶（底水）油藏底油（油环）气藏1、第一章油气层渗流力学基础30Aoi边水(edgewater)OilWater底水(bottomwater)GasOilGas气顶（底水）油藏底油（油环）气藏AohohohhGas1、第一章油气层渗流力学基础31我国已发现大小油气田400余个，其中大多数油气田已经投入开发。油气田开发实践证明，我国油藏类型十分丰富，但油气储层的特点是以陆相储层为主。我国石油工作者依据储层特征将发现的油藏分成了七大类20个亚类，其中常见的有8个亚类。教材p4：表1-1。1、第一章油气层渗流力学基础322、油气藏外部形态简化油气藏大约有几万个，几何形状各式各样、千变万化。不可能将如此众多而复杂的油气藏类型一一简化，来满足建立油气渗流研究的需要。从众多复杂的不同类型油气藏中找出它们的共性，才能建立起油气渗流的普遍规律。1、第一章油气层渗流力学基础33层状油藏往往存在于陆相沉积盆地和海相沉积中一般具有多油层、多旋回的特点纵向上由于受沉积韵律的控制常可分为多个油层组一个油层组内又可以分为几个油层，而油层之内又可划分成若干个小层（单油层）小层之间常有泥岩类隔夹层存在1、第一章油气层渗流力学基础34层状油藏按层划分水动力学系统认为流动只是在平面上进行纵向上流体的运动和物质交换可以忽略不计1、第一章油气层渗流力学基础35油层隔层井把层状构造油气层看成是一个等厚度的薄板，称为“平面等厚模型”。将三维问题简化为二维问题（x,y）。1、第一章油气层渗流力学基础36条带状薄板圆形薄板1、第一章油气层渗流力学基础37块状油藏灰岩、碳酸盐岩、白云岩油气藏以及裂缝系统的泥岩类、火山岩类油气藏。有限的圈闭面积厚度通常较大（可达数百米）长期的溶蚀作用，白云化作用，构造作用使得在大的厚度范围内都具有储集油气的能力。1、第一章油气层渗流力学基础38块状油藏考虑纵向上流体的流动和交换考虑毛管力和重力的作用1、第一章油气层渗流力学基础39块状油藏井1、第一章油气层渗流力学基础40块状油藏井厚度模型(x，y，z)1、第一章油气层渗流力学基础41块状油藏井半球状模型1、第一章油气层渗流力学基础422）油藏平面上的简化园形、椭园形、条带形、扇形。若油气藏的长轴与短轴之比小于3长轴与短轴之比大于31、第一章油气层渗流力学基础43第二节油气藏内部空间结构简化1、第一章油气层渗流力学基础44内部微观结构非常复杂，流体沿着孔、洞和裂隙网络运动，其运动形态和规律与一般流体流动不同。对油气藏内部结构的认识是渗流力学研究的基础，对它的认识程度决定了渗流力学的发展水平。图1-7岩石孔隙空间铸模图图1-8储集空间类型示意图1、第一章油气层渗流力学基础45一、储集层及储集空间类型1、储集层类型储集层：能储存和渗滤油气的岩层。两类主要储集层：碎屑岩和碳酸盐岩。控制的油气储量与产量均占世界总量的99%以上。特殊（次要）岩类储集层：火山岩、变质岩及泥质岩。1、第一章油气层渗流力学基础462、储集空间类型及大小分类（1）储集空间三种类型孔隙碎屑沉积（如砂岩、砾岩、生物碎屑灰岩等）颗粒之间的粒间孔隙。是砂岩油藏的主要储集空间。•储油空间：粒间孔隙1、第一章油气层渗流力学基础47裂缝受构造运动的影响，油气层岩石发生变形，从而产生缝隙。裂缝一般都具有组系性，延伸方向与层面间呈某一夹角，构造缝面较平直，规则，有时可以延伸很长距离。裂缝主要分布在碳酸盐岩层中。•储油空间：孔隙+裂缝1、第一章油气层渗流力学基础48溶洞指地面水或地下水的深蚀作用，形成的孔洞。它是碳酸盐储集层常见的孔隙类型之一。•储油空间：孔隙+溶洞1、第一章油气层渗流力学基础49碳酸盐岩储层中溶蚀孔洞大小变化极大，非均质性很强。一般溶孔大小在几到几百毫米，而大型溶洞的规模可达几十米。塔河油田对39口井奥陶系灰岩的洞穴发育情况统计结果表明，51个洞穴的大小范围在0.22~67.1ｍ，平均为5.0ｍ。1、第一章油气层渗流力学基础50（2）储集空间大小分类根据储层孔隙大小和储、渗流体能力，分三类：•超毛细管孔隙孔隙直径＞0.5mm裂缝宽度＞0.25mm疏松砂岩中的孔隙、大溶洞、大裂缝等。1、第一章油气层渗流力学基础51•毛细管孔隙孔隙直径：0.5~0.0002mm裂缝宽度：0.25~0.0001mm一般砂岩孔隙•微毛细管孔隙孔隙直经＜0.0002mm裂缝宽度＜0.0001mm无效孔隙。泥岩、页岩中孔隙。1、第一章油气层渗流力学基础52二、储集层组合类型及简化油气储层内部空间结构极其复杂。孔隙、裂缝和溶蚀孔洞三种储集空间类型可以组合成多种储集空间结构。从已开发油气藏的储层特征看，可按三种储集空间类型的组合关系将油气储层分为三种介质七种结构。1、第一章油气层渗流力学基础53单纯介质纯孔隙结构（粒间孔隙结构）纯裂缝结构纯溶洞结构裂缝—孔隙结构溶洞—孔隙结构裂缝—溶洞结构孔隙—裂缝—溶洞三重混合结构双重介质三重介质1、第一章油气层渗流力学基础54单纯介质—纯孔隙结构（粒间孔隙结构）孔隙既是油气的储集空间又是油气的渗流通道简化方法早期简化：岩石由等直径的圆球颗粒组成，流体圆球的间隙中储集和流动，“假想结构模型”（假想土壤）。进一步简化：岩石中连通孔道作为等直径毛细管，岩石由这些等径毛细管束所组成，“理想结构模型”（理想土壤）。1、第一章油气层渗流力学基础55实际孔道既不是等径也不直。进一步修正，引入了变直径的、弯曲的毛细管束模型，称为“修正理想模型”。可以用于一般渗流规律的研究。1、第一章油气层渗流力学基础56单纯介质—纯裂缝结构出现在致密碳酸盐岩或泥岩油气层。基质孔隙度和渗透率非常低，基本不具有储渗性。裂缝既是油气的储集空间又是油气的渗流通道1、第一章油气层渗流力学基础57简化方法：由于裂缝特殊的长条形态及组系结构，常用规则网格，将储层岩石被分割成多个立方体。1、第一章油气层渗流力学基础58单纯介质—纯溶洞结构多发育于碳酸盐岩储层中。在大型溶洞中的流动已不属于渗流范畴，其流动规律应遵循Navier-stokcs方程。1、第一章油气层渗流力学基础59双重介质：裂缝—孔隙结构主要出现在裂缝、溶孔同时发育的碳酸盐岩储层中，在石灰岩、白云岩油气层中最为常见。四川碳酸盐岩气田中普遍存在这种双重介质储层。在某些砂岩油气藏中，构造局部（如弯曲度较大的构造顶部）因构造应力的作用而产生大量裂缝后，也可能会出现孔隙－裂缝双重介质结构。注意：由于构造变形的影响，不少砂岩储层都发育有裂缝，如果裂缝的大小和规模对油气的储渗影响甚微，在这种情况下，就不能视其为双重介质。1、第一章油气层渗流力学基础60双重介质中的渗流形成两个渗流场：基质孔隙介质中的流场、