7第七章_气藏物质平衡、储量计算及采收率
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第七章 气藏物质平衡、储量计算及采收率
本章主要介绍： 一、各类气藏的物质平衡方程 二、现行各种计算储量的方法 三、天然气可采储量和采收率
第七章 气藏物质平衡、储量计算及采收率
◆基本概念
l储量（地质储量） 指在地层原始条件下，具有油（气）能力的储集 层中石油和天然气的总量 l可采储量 在现有工艺技术和经济条件下，能从储气层中采 出的那一部分储量 l采收率
V pi GB gi (1 S wi )(1 y wi )
原始条件下 水的体积分数
(1) 地层压力大于露点压力 目前的孔隙空间为气和水所占: 压力下降，气层岩石的形变体积:
VP (G G P ) B g (1 S W )(1 yW )
V f
C f ( pi p )GB gi (1 S wi )(1 y wi )
G p (We W p Bw ) G 1 p/Z pi / Z i pi Tsc p sc ZT
第一节
二、水驱气藏物质平衡
将上式进一步变形有：
G Gp p pi Z Z i G ( W W B ) piTsc e p w psc Z iT
气藏物质平衡方法
Pi/Zi
0
G
Gp
第一节
二、水驱气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
具有天然水驱作用的不封闭气藏，随着气藏的开发，将会引起天然边 水或底水对气藏的水侵。此时被水侵所占据的气藏孔隙体积量加上剩余天 然气所占有的气藏的孔隙体积量等于气藏的原始含气的孔隙体积量。 示意图：
原始状态下
发生水侵后
第一节
二、水驱气藏物质平衡
Ni
第一节
气藏物质平衡方法
因为采出的油量中包括从油环中采出的油和压力下降后反凝析出的 凝析油。所以，采出的油量须加以修正。
qo
(q free / q c R ) (q free / q c Rc )
qt
式中： qo、qc、qt——油环油、凝析油、两种油的总日产量，m3/d R、Rc——地面综合气油比和原油中溶解气油比，m3/m3 qfree——纯凝析气井的日产气量，m3/d
式中： SO——目前压力下凝析油的饱和度。
第一节
气藏物质平衡方法
上式对应的物质平衡方程式如下：
( 1 S w So )(1 yw ) p pi pi G p 1 C f ( pi p ) ( 1 S wi )(1 ywi ) Z Zi Zi G
可以看出
( 1 S w So )(1 yw ) p 1 C f ( pi p ) ( 1 S wi )(1 ywi ) Z
Z 2i ， 2 gi ——原始条件下的两相偏差系数及对应的体积系数。 B
由变形后的式子可以看出， 和 G pt 为一条直线，利用此直线同样 Z2 可以得到 Gt 。
p
第一节
三、凝析气藏物质平衡
2.带有水蒸汽的凝析气藏
气藏物质平衡方法
考虑到凝析气藏一般埋藏深度大，有介质形变和水的压缩性问题，带 有水蒸汽的凝析气藏开采过程的物质平衡关系见下图：
2.带有水蒸汽的凝析气藏
气藏物质平衡方法
(2) 地层压力小于露点压力 同样，可以导出当地层压力小于露点压力时的物质平衡方程式下：
GBgi ( 1 S wi )(1 ywi ) ( G G p )Bg ( 1 S w So )(1 yw ) C f ( pi p )GBgi ( 1 S wi )(1 ywi )
从上式可看出 ((11 SS )(1 yw ) p 1 C f ( pi p) Z wi )(1 y wi )
w
和GP是直线关系，在P/Z=0处，可确定
地质储量。当不含水和不考虑岩石的
变形时，则就变成干气气藏的物质平 衡方程（见右图）。 0 G Gp
第一节
三、凝析气藏物质平衡
G p G (1 We
p/Z ) pi / Z i
pTsc p sc ZT
W p Bw
气田开发怕水，一般有水影响其采收率会降低，有时只能 达到50%左右；若开发得不好，气藏采收率还要低。
第一节
三、凝析气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
由于凝析气藏在压力降到露点压力以下会产生凝析液，因此，其物质
第一节
三、凝析气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
3.凝析气顶油藏（油环凝析气藏） 目前发现的凝析气藏中,有 不少是带油环的凝析气藏,油环 可大可小,假定用m来表示原始 地下自由气体积与原始地下油 的体积之比。随压力下降,天然 气和水以及油环等都会相应地 水侵区 膨胀。
供水区
气顶 气顶膨胀区 油区 原始油 气界面
S wi GBgi ( 1 S wi )
V f C f ( pi p )
CBgi (1 S wi )
第一节
气藏物质平衡方法
四、异常高压气藏物质平衡
代入束缚水和岩石骨架膨胀体积的关系式后得物质平衡方程为：
GBgi ( G G p )Bg Cw ( pi p ) S wi GBgi ( 1 S wi ) C f ( pi p ) GBgi ( 1 S wi )
第一节
三、凝析气藏物质平衡
1.常规凝析气藏
气藏物质平衡方法
如果地层压力低于露点压力，或带油环的凝析气藏，则在原始条件下 已是两相，对应的物质平衡方程可写成：
Gt B2 gi (Gt G pt ) B2 g
式中：
转换
变形
G pt pi p (1 ) Z 2 Z 2i Gt
B Z 2 ， 2 g ——目前气藏的两相偏差系数及对应的体积系数；
第一节
气藏物质平衡方法
四、异常高压气藏物质平衡
和GP是一条直线，在P/Z=0处可查得原 从式中可知 Z 1 (1 S ) 始储量G。但就P/Z来讲已不再是一条为直线，下图是一个异常高压气藏实 测的数据曲线，从图中可看出，有两个直线段，第一个为岩石和流体压缩 性同时作用，而第二个直线段则为只有流体压缩性的情况。
原始油水界面
凝析气顶油藏综合驱动流体分布示意图
第一节
气藏物质平衡方法
根据物质平衡关系，采出的油量和气顶体积量之和应等于增加的 水量:
N i Boi N i Bot N P Bot mN i Boi mN i Boi B gt B gi N i Roi B gt N P RP B gt N i Rs B gt
第一节
气藏物质平衡方法
一、定容气驱气藏物质平衡
气藏没有连通的边水、底水、即为定容封闭性气藏。其物质平衡方程 为：
GBgi (G G p ) Bg
将 Bgi p sc Z i T / pi Tsc ，Bg psc ZT / pTsc 代入上式并整理得到：
G G p pi / Z i pi / Z i p / Z
包含折算凝析油 的原始地质储量
S o (Gt G pt ) B g 1 So
凝析油饱和度
包含折算凝析油 的目前累积采出量
将上式改写为：
G pt p pi (1 S o ) (1 ) Z Zi Gt
从此式可以看出，（1-So）P/Z和Gpt为 一条直线，利用此直线同样可以得到Gt。
简化
储 油 容 器 Tanker
实际储层
第一节
最简单的物质平衡方程：
气藏物质平衡方法
Gh——目前地质储量，108m3
Gh G G p
式中
G——原始地质储量，108m3 GP——目前累积采出量，108m3
由于地下气藏流体性质储层物性变化的差别而造成了储烃空间和描述 方法的差别，需按不同类型的气藏进行分析： 一、定容气驱气藏物质平衡 二、水驱气藏物质平衡 三、凝析气藏物质平衡 四、异常高压气藏物质平衡
由左式可知，水驱气藏的P/Z 和GP之间并不象定容封闭气藏那样 是直线关系，如右下图所示。 P/Z
当然也不能用外推方法确 定气藏的地质储量，而必须应 用水驱气藏物质平衡方程式来 求解地质储量的大小。
Pi/Zi
0
Gp
第一节
二、水驱气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
水驱气藏的累积水侵量Ｗｅ计算：
第一节
联立以上式子并整理可得：
气藏物质平衡方法
(1 S w )(1 y w ) p pi pi G p 1 C f ( pi p ) (1 S wi )(1 y wi ) Z Zi Zi G
(1 S w )(1 y w ) p 1 C f ( pi p ) (1 S wi )(1 y wi ) Z
和GP是直线关系，在p/Z=0处，可确定
地质储量。当不含水和不考虑岩石的变形时，则就变成干气气藏的物质平
衡方程。
在应用凝析气藏物质平衡方程时，需要知道两相偏差系数和凝析油的 饱和度，这些均需进行凝析气井的取样和实验室分析进行测定，由于实验 水平、精度和涉及一些体积折算等问题可能会导致一定误差。
烃类气相体积 烃类液相体积 水体积 水蒸汽体积 岩石变形
烃类体积 水体积 水蒸汽体积
烃类体积
采出物
水体积 水蒸汽体积
采出物
岩石变形
原始条件P>Pd
目前条件P>Pd
高压凝析气藏开采物质平衡图
目前条件P<Pd
第一节
三、凝析气藏物质平衡
2.带有水蒸汽的凝析气藏
气藏物质平衡方法
假定原始条件下，地层压力大于露点压力，则有原始地下储集空间为：
气藏物质平衡方法
水驱气藏的物质平衡方程为：
GB gi (G G p ) Bg (We W p Bw )
式中： We、WP——累积天然水侵量、累积采出水侵量，108m3； Bw—— 地层水的体积系数。 将 Bgi p sc Z i T / pi Tsc ，Bg psc ZT / pTsc 代入上式并整理得到：
N P Rs Bgt N P Bgt Roi N P Bgt Roi We BwWP
假定 Boi Bti 及 [ Bot ( Roi Rs ) Bgt ] Bt ，Bti、Bt为总的、或目 前的两相的原油体积系数。则上式可整理为：
N P [ Bt ( R P Roi ) B gt ] (We BwWP ) mBti Bt Bti ( B gt B gi ) B gi
可采储量(或累积产量)占原始地质储量的百分数
第七章 气藏物质平衡、储量计算及采收率
◆基本概念
l废弃地层压力 可采储量的终点对应的压力或气藏产量递减 到废弃产量时的压力 l经济极限产量 当生产天然气的经营成本接近或等于销售年 收入时的气藏产量
第一节
气藏物质平衡方法
物质平衡是用来对储层以往和未来动态进行估算的一种油藏工程基本 方法，它以储层的质量守恒定律为基础。一般情况下，可以把储层看做一 个处于均一压力下的大储油罐。应用此方法可分析气层开发动态、开采机 理、可采储量、原始地质储量。
平衡方程中必须考虑在压力低于露点以下而变成两相的情况。 本节中将介绍以下内容：
常规凝析气藏物质平衡
带有水蒸汽的凝析气藏物质平衡 凝析气顶油藏物质平衡
第一节
三、凝析气藏物质平衡
1.常规凝析气藏
气藏物质平衡方法
假定：初始压力高于露点压力，忽略岩石压缩性、没有水蒸汽。 则有如下的物质平衡方程：
Gt B gi (Gt G pt ) B g
第一节
气藏物质平衡方法
四、异常高压气藏物质平衡
异常高压一般指压力梯度大，须考虑水的压缩性和岩石的形变。在此 以干气为例来说明异常高压气藏的物质平衡方程式。
GB gi (G GP ) Bg VW V f
原始储气 空间 剩余烃类 体积 束缚水膨胀 体积 岩石骨架膨 胀体积
Vw Cw ( pi p )
进一步变形得到：
Gp p pi (1 ) Z Zi G
第一节
Байду номын сангаас
气藏物质平衡方法
一、定容气驱气藏物质平衡
由式
Gp p p i (1 ) Z Zi G
可看出，对于定容封闭性气藏，地层压力系数
P/Z与累积产气量GP成直线关系，如下图所示。如将直线外推到P/Z=0，则 可得G=GP，这就是常用来进行动态储量计算的方法。 P/Z
化简
GBgi ( G G p )Bg
GBgi ( pi p ) ( 1 S wi )
转化
( S wi Cw C f )
( C S C f )( pi p ) Bgi G 1 w wi G Gp ( 1 S wi ) Bg
或
p ( Cw S wi C f )( pi p ) pi pi G p 1 Z ( 1 S wi ) Zi Zi G
本章主要介绍： 一、各类气藏的物质平衡方程 二、现行各种计算储量的方法 三、天然气可采储量和采收率
第七章 气藏物质平衡、储量计算及采收率
◆基本概念
l储量（地质储量） 指在地层原始条件下，具有油（气）能力的储集 层中石油和天然气的总量 l可采储量 在现有工艺技术和经济条件下，能从储气层中采 出的那一部分储量 l采收率
V pi GB gi (1 S wi )(1 y wi )
原始条件下 水的体积分数
(1) 地层压力大于露点压力 目前的孔隙空间为气和水所占: 压力下降，气层岩石的形变体积:
VP (G G P ) B g (1 S W )(1 yW )
V f
C f ( pi p )GB gi (1 S wi )(1 y wi )
G p (We W p Bw ) G 1 p/Z pi / Z i pi Tsc p sc ZT
第一节
二、水驱气藏物质平衡
将上式进一步变形有：
G Gp p pi Z Z i G ( W W B ) piTsc e p w psc Z iT
气藏物质平衡方法
Pi/Zi
0
G
Gp
第一节
二、水驱气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
具有天然水驱作用的不封闭气藏，随着气藏的开发，将会引起天然边 水或底水对气藏的水侵。此时被水侵所占据的气藏孔隙体积量加上剩余天 然气所占有的气藏的孔隙体积量等于气藏的原始含气的孔隙体积量。 示意图：
原始状态下
发生水侵后
第一节
二、水驱气藏物质平衡
Ni
第一节
气藏物质平衡方法
因为采出的油量中包括从油环中采出的油和压力下降后反凝析出的 凝析油。所以，采出的油量须加以修正。
qo
(q free / q c R ) (q free / q c Rc )
qt
式中： qo、qc、qt——油环油、凝析油、两种油的总日产量，m3/d R、Rc——地面综合气油比和原油中溶解气油比，m3/m3 qfree——纯凝析气井的日产气量，m3/d
式中： SO——目前压力下凝析油的饱和度。
第一节
气藏物质平衡方法
上式对应的物质平衡方程式如下：
( 1 S w So )(1 yw ) p pi pi G p 1 C f ( pi p ) ( 1 S wi )(1 ywi ) Z Zi Zi G
可以看出
( 1 S w So )(1 yw ) p 1 C f ( pi p ) ( 1 S wi )(1 ywi ) Z
Z 2i ， 2 gi ——原始条件下的两相偏差系数及对应的体积系数。 B
由变形后的式子可以看出， 和 G pt 为一条直线，利用此直线同样 Z2 可以得到 Gt 。
p
第一节
三、凝析气藏物质平衡
2.带有水蒸汽的凝析气藏
气藏物质平衡方法
考虑到凝析气藏一般埋藏深度大，有介质形变和水的压缩性问题，带 有水蒸汽的凝析气藏开采过程的物质平衡关系见下图：
2.带有水蒸汽的凝析气藏
气藏物质平衡方法
(2) 地层压力小于露点压力 同样，可以导出当地层压力小于露点压力时的物质平衡方程式下：
GBgi ( 1 S wi )(1 ywi ) ( G G p )Bg ( 1 S w So )(1 yw ) C f ( pi p )GBgi ( 1 S wi )(1 ywi )
从上式可看出 ((11 SS )(1 yw ) p 1 C f ( pi p) Z wi )(1 y wi )
w
和GP是直线关系，在P/Z=0处，可确定
地质储量。当不含水和不考虑岩石的
变形时，则就变成干气气藏的物质平 衡方程（见右图）。 0 G Gp
第一节
三、凝析气藏物质平衡
G p G (1 We
p/Z ) pi / Z i
pTsc p sc ZT
W p Bw
气田开发怕水，一般有水影响其采收率会降低，有时只能 达到50%左右；若开发得不好，气藏采收率还要低。
第一节
三、凝析气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
由于凝析气藏在压力降到露点压力以下会产生凝析液，因此，其物质
第一节
三、凝析气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
3.凝析气顶油藏（油环凝析气藏） 目前发现的凝析气藏中,有 不少是带油环的凝析气藏,油环 可大可小,假定用m来表示原始 地下自由气体积与原始地下油 的体积之比。随压力下降,天然 气和水以及油环等都会相应地 水侵区 膨胀。
供水区
气顶 气顶膨胀区 油区 原始油 气界面
S wi GBgi ( 1 S wi )
V f C f ( pi p )
CBgi (1 S wi )
第一节
气藏物质平衡方法
四、异常高压气藏物质平衡
代入束缚水和岩石骨架膨胀体积的关系式后得物质平衡方程为：
GBgi ( G G p )Bg Cw ( pi p ) S wi GBgi ( 1 S wi ) C f ( pi p ) GBgi ( 1 S wi )
第一节
三、凝析气藏物质平衡
1.常规凝析气藏
气藏物质平衡方法
如果地层压力低于露点压力，或带油环的凝析气藏，则在原始条件下 已是两相，对应的物质平衡方程可写成：
Gt B2 gi (Gt G pt ) B2 g
式中：
转换
变形
G pt pi p (1 ) Z 2 Z 2i Gt
B Z 2 ， 2 g ——目前气藏的两相偏差系数及对应的体积系数；
第一节
气藏物质平衡方法
四、异常高压气藏物质平衡
和GP是一条直线，在P/Z=0处可查得原 从式中可知 Z 1 (1 S ) 始储量G。但就P/Z来讲已不再是一条为直线，下图是一个异常高压气藏实 测的数据曲线，从图中可看出，有两个直线段，第一个为岩石和流体压缩 性同时作用，而第二个直线段则为只有流体压缩性的情况。
原始油水界面
凝析气顶油藏综合驱动流体分布示意图
第一节
气藏物质平衡方法
根据物质平衡关系，采出的油量和气顶体积量之和应等于增加的 水量:
N i Boi N i Bot N P Bot mN i Boi mN i Boi B gt B gi N i Roi B gt N P RP B gt N i Rs B gt
第一节
气藏物质平衡方法
一、定容气驱气藏物质平衡
气藏没有连通的边水、底水、即为定容封闭性气藏。其物质平衡方程 为：
GBgi (G G p ) Bg
将 Bgi p sc Z i T / pi Tsc ，Bg psc ZT / pTsc 代入上式并整理得到：
G G p pi / Z i pi / Z i p / Z
包含折算凝析油 的原始地质储量
S o (Gt G pt ) B g 1 So
凝析油饱和度
包含折算凝析油 的目前累积采出量
将上式改写为：
G pt p pi (1 S o ) (1 ) Z Zi Gt
从此式可以看出，（1-So）P/Z和Gpt为 一条直线，利用此直线同样可以得到Gt。
简化
储 油 容 器 Tanker
实际储层
第一节
最简单的物质平衡方程：
气藏物质平衡方法
Gh——目前地质储量，108m3
Gh G G p
式中
G——原始地质储量，108m3 GP——目前累积采出量，108m3
由于地下气藏流体性质储层物性变化的差别而造成了储烃空间和描述 方法的差别，需按不同类型的气藏进行分析： 一、定容气驱气藏物质平衡 二、水驱气藏物质平衡 三、凝析气藏物质平衡 四、异常高压气藏物质平衡
由左式可知，水驱气藏的P/Z 和GP之间并不象定容封闭气藏那样 是直线关系，如右下图所示。 P/Z
当然也不能用外推方法确 定气藏的地质储量，而必须应 用水驱气藏物质平衡方程式来 求解地质储量的大小。
Pi/Zi
0
Gp
第一节
二、水驱气藏物质平衡
气藏物质平衡方法
水驱气藏的累积水侵量Ｗｅ计算：
第一节
联立以上式子并整理可得：
气藏物质平衡方法
(1 S w )(1 y w ) p pi pi G p 1 C f ( pi p ) (1 S wi )(1 y wi ) Z Zi Zi G
(1 S w )(1 y w ) p 1 C f ( pi p ) (1 S wi )(1 y wi ) Z
和GP是直线关系，在p/Z=0处，可确定
地质储量。当不含水和不考虑岩石的变形时，则就变成干气气藏的物质平
衡方程。
在应用凝析气藏物质平衡方程时，需要知道两相偏差系数和凝析油的 饱和度，这些均需进行凝析气井的取样和实验室分析进行测定，由于实验 水平、精度和涉及一些体积折算等问题可能会导致一定误差。
烃类气相体积 烃类液相体积 水体积 水蒸汽体积 岩石变形
烃类体积 水体积 水蒸汽体积
烃类体积
采出物
水体积 水蒸汽体积
采出物
岩石变形
原始条件P>Pd
目前条件P>Pd
高压凝析气藏开采物质平衡图
目前条件P<Pd
第一节
三、凝析气藏物质平衡
2.带有水蒸汽的凝析气藏
气藏物质平衡方法
假定原始条件下，地层压力大于露点压力，则有原始地下储集空间为：
气藏物质平衡方法
水驱气藏的物质平衡方程为：
GB gi (G G p ) Bg (We W p Bw )
式中： We、WP——累积天然水侵量、累积采出水侵量，108m3； Bw—— 地层水的体积系数。 将 Bgi p sc Z i T / pi Tsc ，Bg psc ZT / pTsc 代入上式并整理得到：
N P Rs Bgt N P Bgt Roi N P Bgt Roi We BwWP
假定 Boi Bti 及 [ Bot ( Roi Rs ) Bgt ] Bt ，Bti、Bt为总的、或目 前的两相的原油体积系数。则上式可整理为：
N P [ Bt ( R P Roi ) B gt ] (We BwWP ) mBti Bt Bti ( B gt B gi ) B gi
可采储量(或累积产量)占原始地质储量的百分数
第七章 气藏物质平衡、储量计算及采收率
◆基本概念
l废弃地层压力 可采储量的终点对应的压力或气藏产量递减 到废弃产量时的压力 l经济极限产量 当生产天然气的经营成本接近或等于销售年 收入时的气藏产量
第一节
气藏物质平衡方法
物质平衡是用来对储层以往和未来动态进行估算的一种油藏工程基本 方法，它以储层的质量守恒定律为基础。一般情况下，可以把储层看做一 个处于均一压力下的大储油罐。应用此方法可分析气层开发动态、开采机 理、可采储量、原始地质储量。
平衡方程中必须考虑在压力低于露点以下而变成两相的情况。 本节中将介绍以下内容：
常规凝析气藏物质平衡
带有水蒸汽的凝析气藏物质平衡 凝析气顶油藏物质平衡
第一节
三、凝析气藏物质平衡
1.常规凝析气藏
气藏物质平衡方法
假定：初始压力高于露点压力，忽略岩石压缩性、没有水蒸汽。 则有如下的物质平衡方程：
Gt B gi (Gt G pt ) B g
第一节
气藏物质平衡方法
四、异常高压气藏物质平衡
异常高压一般指压力梯度大，须考虑水的压缩性和岩石的形变。在此 以干气为例来说明异常高压气藏的物质平衡方程式。
GB gi (G GP ) Bg VW V f
原始储气 空间 剩余烃类 体积 束缚水膨胀 体积 岩石骨架膨 胀体积
Vw Cw ( pi p )
进一步变形得到：
Gp p pi (1 ) Z Zi G
第一节
Байду номын сангаас
气藏物质平衡方法
一、定容气驱气藏物质平衡
由式
Gp p p i (1 ) Z Zi G
可看出，对于定容封闭性气藏，地层压力系数
P/Z与累积产气量GP成直线关系，如下图所示。如将直线外推到P/Z=0，则 可得G=GP，这就是常用来进行动态储量计算的方法。 P/Z
化简
GBgi ( G G p )Bg
GBgi ( pi p ) ( 1 S wi )
转化
( S wi Cw C f )
( C S C f )( pi p ) Bgi G 1 w wi G Gp ( 1 S wi ) Bg
或
p ( Cw S wi C f )( pi p ) pi pi G p 1 Z ( 1 S wi ) Zi Zi G