油层物理学课件
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油层物理教学课件
达350-450亿立方米；从中东、非洲进口原油（含国外经营）
2000-3000万吨。为此，需要规划建设相应的输油、输气国 际管线，开通从俄罗斯西西伯利亚、远东地区至中国，以及
未来中东—土库曼斯坦至国内的油气供应战略主渠道。
三、油层物理的研究内容
颗粒 实体 岩石 胶结物 油层 孔隙（空隙） 流体：油－水、气－水、油－气－水
海洋石油总公司原油生产正处于上升期，1996年产油 量已达1500万吨，预计本世纪末仍可保持在1500万吨左 右。2001-2010年预计可新增探明储量10亿吨左右，2010 年原油产量可达2000万吨左右。这样，2010年全国原油
产量大致可达17000～19000万吨。
中国陆上油田的主体是60-70年代投入生产的，进入80 年代以后油田普遍进入高含水采油期，依靠加密钻生产井才 维持产量的稳定。1981-1995年期间通过钻加密井所增加的 可采储量占新增可采总储量的46.2%；其新建生产能力占新 建总生产能力的53.8%。
1桶(bbl)＝0.158988m3
至1995年底，全国已发现油田454个，其中海域24个， 已投入开发油田342个，其中海域16个。
中国石油天然气总公司已投入开发油田320个，动用石油
地质储量129.57亿吨，其中可采储量43.11亿吨，最终采收
率33.3%；各类井共有103423口，其中，采油井72255口，注
1933年，美国人G.H.法奇等人首先进行了油层物 理方面的研究，研究了流体性质和测试技术； 1934年，R.D.乌索夫和M.马斯盖特等在达西定律 基础上研究了测量岩样渗透率的方法；
1935年，R.J.薛尔绍斯研究了井底取样器和测量 样品物理性质的方法。测量项目包括：压力-体积 -温度之间的关系，饱和度、饱和压力、油中的溶 解气量、原油由于气体的分离而导致的伸缩等。
油层物理学-渗透率ppt课件
二、达西公式的推广 （一）达西公式的微分方程
对于实际中不均匀的孔隙介质，加上不均质的流体（即 多相）流体同时渗流时，常作非平面、非稳定的线性渗流。 大量实验证明，达西定律也是适用的。
达西公式的一般表达式为：
Q KA Pr KAP1 P2 gZ1 Z2
L
L
当岩样水平时，流体作水平渗流，Z1-Z2=0，则：
M2
达西
cm g s cm2 cm3/s cm/s g/cm3 atm cp D
混合单位制
矿场
公制
英制
实验中发现，无论砂柱中 砂层类型如何改变，流量总是 与测压管水柱高差、及砂柱横 截面积成正比，而与砂柱的长 度成反比。
Q kA h1 h2 kA h
L
L
v Q k h1 h2 k h
A
L
L
式中； Q ——总流量；
A ——截面积；
v——渗流速度，可以理解为单 位时间内单位截面积的注入量（cm/s）；
Q KAP
L
式中，当△Pr，L无限小时，可写成：
v Q K d Pr
A dL
上式即为达西公式的微分形式，公式前面的负号代表压力 增加的方向与渗流距离增加的方向相反。即在渗流方向上， dPr/dL应该是负值。 由于Pr=P＋ρgZ 代入上式得：
v K d（P gZ）
dL
这是达西微分方程的一般表达式
pe
pw )
Q 2Kh( pe pw ) ln(re rw )
平面径向渗流的达西定 律的基本表达式
参数的物理含义
Q 2Kh( pe pw ) ln(re rw )
式中： h——地层厚度（m）；
pe ——外边界压力（Pa）；
油层物理课件 chap2.4
N Ah 1 S wc o / Boi
2 Interstitial water and residual oil
2.2 Residual oil saturation
(1) Residual oil
The residual oil refers to the oil remained in the pores of the swept part of the reservoir
Section 2.4 Fluid saturation
SUN Ren-yuan Room 648, Engineering Building B Oct., 2008
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
Contents
• Fluid
saturation
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
3 Methods of determining fluid saturation
Solution: The original oil in place (OOIP) is N:
[14.4 106 10 0.2 1 0.3] 0.86 / 1.2 1.44 107 t
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
Sgi+Swc=1.0
Soi + Swc = 1.0 Sw = 1.0
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
Connate water saturation
The ratio of the volume of connate water to the pore volume is called the connate water saturation or interstitial water saturation or irreducible water saturation
油层物理油层物理PPT课件
油藏岩石 的孔隙可看作 一系列大小不 同的毛细管， 油-水、油-气界 面不是平面， 而是一个过渡 带。
第5页/共45页
§3.3
对于气－油界面：
hog
2 og cosog o gr
对于油－水界面：
how
2 ow cosow (w o )gr
(a).油-气过渡带高度很小；
(b).油-水过渡带要比油-气过渡带宽 ； (c).油，根据油-水、油-气系统的界面张力及毛管力曲线的阈压， 可用润湿指数W和视润湿角θwo来判断岩石的润湿性。
第36页/共45页
6.4 确定注入工作剂对储层的损害 程度或增产措施的效果
§3.3
在钻井、修井及正常注水等过程中，若注入剂不合格可能会使地层受 到伤害(如引起粘土膨胀、固体颗粒或其它化学沉淀物堵塞孔隙)，或在堵 水过程中人为堵塞部分岩石孔隙，在毛管力曲线上则表现出高的阈压和束 缚水饱和度，即曲线向右上方偏移；
利用水驱油(或气驱油)毛管力曲线可查得岩心任一流体饱和度下的毛 管力。油藏中水驱油(或气驱油)时，岩石中的流体分布及驱替过程与毛管 力测定时相同。因此，任一饱和度面上，油水(或气)相间的压力差(即毛管 力)可直接由相应条件下的毛管力曲线查得。油藏工程计算中常用此法确 定任一饱和度面上油水(或气)相间的压力差。
6.2.2 定 量评价孔 隙喉道的 分布
第30页/共45页
6.3 判断岩石的润湿性
§3.3
6.3.1 唐纳森方法－－根据驱替和吸入过程毛管力曲线下包面积比较法 确定岩石的润湿性
具体做法：
将岩样在真空条件下用水饱和，放到离心机上依次作油驱水、水驱 油，再做油驱水实验，测出相应的毛管力曲线，如图3-3-27和3-3-28所 示。
(3) 离心法
第5页/共45页
§3.3
对于气－油界面：
hog
2 og cosog o gr
对于油－水界面：
how
2 ow cosow (w o )gr
(a).油-气过渡带高度很小；
(b).油-水过渡带要比油-气过渡带宽 ； (c).油，根据油-水、油-气系统的界面张力及毛管力曲线的阈压， 可用润湿指数W和视润湿角θwo来判断岩石的润湿性。
第36页/共45页
6.4 确定注入工作剂对储层的损害 程度或增产措施的效果
§3.3
在钻井、修井及正常注水等过程中，若注入剂不合格可能会使地层受 到伤害(如引起粘土膨胀、固体颗粒或其它化学沉淀物堵塞孔隙)，或在堵 水过程中人为堵塞部分岩石孔隙，在毛管力曲线上则表现出高的阈压和束 缚水饱和度，即曲线向右上方偏移；
利用水驱油(或气驱油)毛管力曲线可查得岩心任一流体饱和度下的毛 管力。油藏中水驱油(或气驱油)时，岩石中的流体分布及驱替过程与毛管 力测定时相同。因此，任一饱和度面上，油水(或气)相间的压力差(即毛管 力)可直接由相应条件下的毛管力曲线查得。油藏工程计算中常用此法确 定任一饱和度面上油水(或气)相间的压力差。
6.2.2 定 量评价孔 隙喉道的 分布
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6.3 判断岩石的润湿性
§3.3
6.3.1 唐纳森方法－－根据驱替和吸入过程毛管力曲线下包面积比较法 确定岩石的润湿性
具体做法：
将岩样在真空条件下用水饱和，放到离心机上依次作油驱水、水驱 油，再做油驱水实验，测出相应的毛管力曲线，如图3-3-27和3-3-28所 示。
(3) 离心法
油层物理2.7 油层物理课件
2 储层岩石的声学性质
声波：在岩石中传播的声波有纵波与横波之分。
声波测井
(1).纵波速度
vp
1
(2).横波速度
1
vs u /
(3).威利公式
t tm
t f tmLeabharlann 3 储层岩石的导电性§2.7
岩石的导电性指岩石传导电流的性质。 岩石的电阻率表示岩石阻止电流通过的能力
RA
L
岩石的电阻率是由其矿物组成、孔隙度、含油和含水饱和度、 水的化学组成以及岩石的温度决定的，与地层的几何尺寸、形状 无关。
4 储层岩石的放射性
放射性测井
§2.7
(1).通过对岩石放射性的研究，可以确定储层岩石的类型以 及有效的生、储、盖层，从而为勘探开发提供依据。
(2).判断出岩心在地层中的位置深度。
第二章 储层岩石的物理性质
§2.1 砂岩的骨架性质 §2.2 储层岩石的孔隙性 §2.3 储层岩石的渗透性 §2.4 储层流体饱和度 §2.5 岩石的胶结物及胶结类型 §2.6 毛管渗流模型及其应用 §2.7 储层岩石的其他物理性质
温度传导系数α与比热容C和热传导系数λ之
间的关系：
c
§2.7
《油层物理学》PPT课件
PTP课件
11
学科的发展历史
20－30年代——美国前苏联注意到油藏流体特性及影响， 初步形成了流体性质的测试方法。 49年——M.麦盖特的《采油物理原理》汇总了20世纪上半 叶关于储油岩石和油、气、水流体性质的研究实践资料， 概括并提升到物理学角度予以描述和解释，指导了各种驱 动类型油气田的科学开发。 56年——苏联莫斯科石油学院卡佳霍夫出版了《油层物理 基础》，把油层物理从采油工程中独立出来，形成一个新 的学科分支。
4．吴迪祥，张继芬等，《油层物理》，石油工业 出版社，1994年4月。
5、杨胜来，魏俊之，《油层物理学》，石油工业 出版社，2004
6、沈平平，《油水在多孔介质中的运动理论与实 践》，石油工业出版社，2000
PTP课件
15
第一大部分 储层屑颗粒、胶结物 岩石空隙——孔隙、裂隙、溶孔、溶洞等
25
浊流
辫状河
曲流河 三角洲和障壁坝 浅滩
风成沙丘
A:：悬浮为主
B：悬浮和跳跃
C：跳跃和悬浮
D：跳跃、滚动和悬浮
E：跳跃、滚动和悬浮
F：跳跃 PTP课件
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2、参数法
不均匀系 a数 d60 分选系数 S d75
d10
d25
平均 M z 值 163 5084
标准 偏 (84 差 1)6(95 5)
研究储油气层内与油气运动有关的问题，
包括：
1、影响油气储集与渗流的介质特征
2、储油气岩石介质中的流体特征
3、储油气岩石中油气的流动特征及其与
介质的相互作用
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6
课程主要内容——渗流力学部分
1、渗流力学的基本理论、基本概念和基本规律
2、表征流体渗流过程的基本能量方程、流体势方程、达
石油大学 油层物理课件 -第一章(1) 相态
等压液化 等压汽化
2、油藏烃类的相态特性
(phase behavior of hydrocarbon)
2.1 单组分体系的相态特征
泡点线 液相区 临界点 泡点 饱和蒸汽压线 气液两相区 露点线 露点 气相区
★单调曲线
体系中两相共存 ★极值点 的压力和温度点。 的压力和温度点。 体系中两相共 ★存的最高压力 三个区 和最高温度点。 和最高温度点。 开始从液相中分离 开始从气相中凝结 出第一批气泡时的 出第一批液滴时的 压力、温度。 压力、温度。
单组分烃特点：泡点压力＝露点压力。 单组分烃特点：泡点压力＝露点压力。
一线
饱和蒸汽压线 气液两相共存的压力、温度点组成的线 气液两相共存的压力、 泡点线 液相中分离出气泡时压力、 液相中分离出气泡时压力、温度点组成的线 露点线 泡点 露点 临界点
气相中凝结出液珠时压力、 气相中凝结出液珠时压力、温度点组成的线 AC线上的点，也称饱和压力点 线上的点，也称饱和压力点 线上的点 饱和压力 AC线上的点 线上的点 C点，气液两相共存的最高压力、最高温度点 点 气液两相共存的最高压力、 油藏 气藏 油气藏
第一节 储层烃类系统的相态
2、油藏烃类的相态特性
(phase behavior of hydrocarbon)
相图
2、油藏烃类的相态特性
2.1 单组分体系的相态特征
(phase behavior of hydrocarbon)
P 1( 气 )
P2 ＝ P 露
P2
P2
P2 ＝ P 泡
P3( 液 )
储层烃类一般有气 三种相态； 通常： 储层烃类一般有气、液、固三种相态；
第一节 储层烃类系统的相态
2、油藏烃类的相态特性
油层物理学PPT课件
测定仪器如图3-1-4所示：。 图3－3
第23页/共246页
• 当液滴在重力作用下要脱离毛细管末端 时，表面张力也与脱落时的液滴形状成比 例。将正要滴出的液滴进行拍照，然后在 照片上测量液滴的最大直径d1，以及距 离液滴顶端为d1处的直径d2，根据下面 的公式计算表面张力
(1 2 )d12 g
第2页/共246页
第一节 表面张力和表面能
一 表面张力和表面能的基本概念
• 度量分子－表面现象的物理性质是 表面张力和表面能，并由表面张力过 渡到润湿性。
第3页/共246页
图3-1-1 界面分子受力状况示意图
• 对含有多相流体的孔隙介质的特性来说，必须考虑 到两个互不相溶的“相”的分界面上力的影响。如果 一相是液体而另一相是气体时，它们的分界面实际上 就是液体表面。其界面分子的受力状况如图3-1-1所 示。
第19页/共246页
表3-1-4 固体表面液体（气体）吸附层厚度
固体 玻璃 石英 石英 玻璃 玻璃毛管 固体
液体
水溶液 水溶液
水 水 庚基酸 N2，CO2
吸附层厚度 （微米） 0.01—0.001
0.02 0.1 0.075 0.21 0.001
第20页/共246页
• 液体中溶解有各种可溶物质，这些溶 解物质的存在会改变液体原来的界面性 质。例如，水中溶有醇、酸等有机物质， 可以使表面张力降低；而当溶入某些无 机盐类时，如NaCl、MgCl2、CaCl2等则 可提高其表面张力。
第三章 饱和多相流体时岩石的 物理性质
第1页/共246页
储油气层岩石内饱和着油、气、水多相流体，因而存 在着错综复杂的流体之间以及流体和孔隙壁面之间的界 面关系，它直接影响流体在孔隙中的分布和渗流。 • 在研究饱和多相流体的岩石物理性质时，通常是以研 究油层中与界面现象有关的表面性质为基础。与界面现 象有关的表面张力、吸附作用、润湿作用以及毛细管现 象将对流体渗流产生重大影响。此外，多相流体在岩石 孔隙中的渗流性质－相渗透率也取决于上述表面性质。 • 运用表面物理化学的研究成果，研究油层中的各种界 面现象，对于认识油层，寻找油气运移富集的规律以及 提高油层石油采收率均具有重要的理论和实际意义。
油层物理课件
表4-1-1 岩石孔隙体积压缩系数测定数据表
有效上覆压力 （MPa） 1.36 6.52 12.63 18.50 A 25.09 31.35 37.95 44.61 51.44 1.36 6.52 9.26 14.10 20.11 B 26.99 34.15 42.05 48.64 55.52 孔隙体积 （cm3） 5.99 5.93 5.86 5.80 5.74 5.70 5.65 5.61 5.58 2.16 2.13 2.09 2.04 1.99 1.95 1.91 1.88 1.86 1.85 岩石体积 (cm3) 78.72 78.66 78.59 78.53 78.47 78.43 78.38 78.34 78.31 58.00 57.97 57.93 57.88 57.83 57.79 57.75 57.71 57.68 57.67 孔隙度 （%） 实测值 7.6 7.5 7.5 7.4 7.3 7.3 7.2 7.2 7.1 3.7 3.7 3.6 3.5 3.4 3.4 3.3 3.3 3.2 3.2 43.22 42.78 42.48 35.43 29.99 24.84 18.66 12.35 3.23 26.31 26.17 25.87 21.61 18.23 15.14 11.39 7.53 1.97 20.58 18.96 14.85 13.38 12.20 10.88 9.70 4.26 12.55 11.57 9.06 8.16 7.44 6.63 5.92 5.29 孔隙体积压缩系数 （10-4MPa-1） 换成单轴应力状态值
2.资料解释应用 资料解释应用
图4-3-2是两块不同孔隙结构特征岩芯的实测毛细 管压力—水银饱和度关系曲线。其中a为溶孔十分发育 的白云岩，b为常规砂岩。
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• 刚刚形成的1平方厘米表面所带有的功，称为比自
由表面能或表面张力():
• •
R
S
或 RS
• 对于储油（气）层来说，表面张力可以存 在于以下各个界面上。即油－水（ g）w 、油 －气（ o）w 、气－水（ o）g 、油－岩石（ ）、 水－o 岩石（ ）和气－w 岩石（ ）的界面g 上。
表面张力产生的根本原因是分子间引力。由于相同 分子或不同分子之间分子引力的差异，不同物质之 间具有不同的表面张力（表3-1-1、表3-1-2)。
• 对含有多相流体的孔隙介质的特性来说，必须考虑到 两个互不相溶的“相”的分界面上力的影响。如果一相 是液体而另一相是气体时，它们的分界面实际上就是液 体表面。其界面分子的受力状况如图3-1-1所示。
• 作用于表面层分子上的力都指向水的内部和沿着分 界面的方向。所以它们的总的相互作用力不等于零， 而是垂直于分界面并指向液体的内部。
和水的极性差变大，油－水的表面张力也
随之增大。
•
如果加在系统上的压力高于石油被天
然气所饱和时的压力，也就是说在全部气
体都溶解于石油中以后还继续提高压力，
在这种情况下，由于石油被压缩而使分子
间力增大，油－水界面上的表面张力也将
随之降低。
在有溶解 气存在的情 况下，油水 表面张力与 压力的实验 关系如图31-2所示。
• 显然，当两种流体相接触时，流体的极性是决定 它们之间表面张力的内在因素。
三 温度和压力对表面张力的影响
•
当纯质液体与蒸汽相接触时，如与蒸汽的临界点相
差很远，则表面张力的大小与温度变化呈线性关系。
t 0(1t)
•
压力对表面张力的影响则与温度的影响不同。因为
随着压力的升高，气体和液体的相互溶解度也提高，此
时液体和气体分界面上的表面张力将随着压力之升高而
下降。
在表3－3中有不同温度及压力下水与气 体分界面上的表面张力数据。
表3-1-3 在各种温度及压力下，水与气体分界面上的表面张力值
压力 MPa
0 0.71 1.76 3.52
表面张力（达因/厘米）
25℃
65℃
74.1
67.5
71.1
63.2
66.5
• 运用表面物理化学的研究成果，研究油层中的各种 界面现象，对于认识油层，寻找油气运移富集的规律以 及提高油层石油采收率均具有重要的理论和实际意义。
第一节 表面张力和表面能
一 表面张力和表面能的基本概念
• 度量分子－表面现象的物理性质是表 面张力和表面能，并由表面张力过渡到 润湿性。
图3-1-1 界面分子受力状况示意图
图3-1-2 在有溶解气的条件下油水表面张力与压力 的关系
四 吸附与表面张力
•
在液体中可溶物质在体积内部以及在表面层之
间的分布是不一样的。与可溶性物质在表面层中的
分布有关的现象，被称为吸附作用。每平方厘米表
面吸附的可溶性物质的克数称为比吸附，用以定量
描述吸附量的大小。比吸附的大小可用克／平方厘
米或摩尔／平方厘米来表示。若在表面层中有过剩
• 在构成1平方厘米液面的全部分子上所受到的这一 个力，称为分子压力或内压力。用〔达因／平方厘米〕 或〔公斤／平方厘米〕量度。分子压力的大小取决于 它的物理化学性质。
• 厚度等于分子间相互作用力的作用半径的分子层， 称为表面层。
• 因为在表面层上存在着分子压力，所以为了形成新 的表面，就需要消耗一定的功，把分子从液体内部 移入表面层。这些功就转化成表面层的能量－表面 能。
表3-1-1 不同液体在室温条件下与本身蒸气及空气接触时的表面张力值
物质 n—已烷
乙醚 n—辛烷 四氯化碳 m—二甲苯
甲苯
表面张力（20℃） 达因/厘米 18.4 17.0 21.8 26.9 28.9
28.5
物质
苯 三氯甲烷 二氯乙烷 二硫化碳
水 水银
表面张力（20℃） 达因/厘米 29.0 28.5 32.2 32.3 72.8
的可溶物质就把它称为正吸附，而过少时则称为负
吸附。
吸附作用既可发生在液体表面，也可发生在 固体表面。固体表面的吸附有如下规律：
• 1.固体表面对被吸附物质的吸附量随着吸附表面的加大而增加。 • 2.表面物质成份也不均一，固体的吸附具有选择性。固体表面的
不同部位其吸附效果常有较大差异； • 3．吸附作用都是放热的，所以随着温度升高，其吸附量要降低； • 4．吸附量与被吸附物质的浓度成正比，浓度越大，吸附量越大。 • 5.固体表面既可以吸附溶剂（液体本身），也可以吸附其中的被
484
表3-1-2 水及水银与不同物质接触时的表面张力值
第一相 水银 水银 水银
水 水 水 水
第二相
本身蒸气 酒精 苯
本身蒸气 苯
戊醇 丁醇
表面张力 达因/厘米
471.6 364.3 362.0 73.8 32.6 4.42 1.76
二 流体的极性
•
在物理化学中论述有关表面现象时，通常是把
作用于该相流体上的分子间力的强度单位，称为液
58.8
61.8
55.5
压力 MPa
7.05 10.50 14.00 19.00
表面张力（达因/厘米）
25℃Leabharlann 65℃55.950.4
51.6
46.5
47.9
42.3
44.1
39.5
•
在油层情况下，当存在油、气、水三
相时，油和水之间的表面张力的变化主要
取决于气体在油中的溶解度。压力越高，
气体在石油中的溶解度也就越大，致使油
体的极性。
•
液体的分子压力越大，则其极性也就越大。随
着流体极性的增加，也就是随着其分子压力的增加，
液体分子的结合强度及介电常数就增大，而压缩性
则变小。
•
相互接触之各相彼此在极性上的差别愈大，在
它们分界面上的表面张力也就愈大。
结 论：
• 各种石油与水接触时的表面张力值不同，是因为 它们两者的极性不同。或者更准确地说，是因为各 种石油中极性组分的含量不同。水相对于各种石油 来说，是一种极性最大的流体，因此，随着石油极 性的减少，它们分界面上的表面张力就变大。
油层物理学课件
第三章 饱和多相流体时岩石的 物理性质
储油气层岩石内饱和着油、气、水多相流体，因而 存在着错综复杂的流体之间以及流体和孔隙壁面之间的 界面关系，它直接影响流体在孔隙中的分布和渗流。
• 在研究饱和多相流体的岩石物理性质时，通常是以研 究油层中与界面现象有关的表面性质为基础。与界面现 象有关的表面张力、吸附作用、润湿作用以及毛细管现 象将对流体渗流产生重大影响。此外，多相流体在岩石 孔隙中的渗流性质－相渗透率也取决于上述表面性质。