油层物理课件 chap3.2
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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。
油层物理学课件双语
of a system.
There is a definite bounding surfaces between different phases. A phase can consist of several components.
(3) Components(组分) is the substance which consist of the
At normal T and P:
C1~C4: Gas C5~C16: Liquid >C16: Solid (paraffin 石蜡)
paraffinsa (石蜡)
Nonhydrocarbons(非烃) are compounds of oxygen, sulfur, nitrogen of alkanes(是胶质、沥青质的主要成分)。
Physical properties of the reservoir fluids are different from those of the fluids at the surface.
随油藏的开采→地下流体的相态发生变化→影 响最终采收率。为合理开发油藏，就必需搞清地 下流体的相态、物性随压力的变化。
参考书： 1、洪世铎 «油层物理基础»； 2、何更生 «油层物理»； 3、罗蛰谭 «油层物理学»；
第一章油藏流体的物理性质
油层(formation)：能储集油气、并能让油气在 其中流动的多孔介质。
油藏：深埋在地下的油气聚集的场所。 单一圈闭、统一的水动力系统、统一的油水界面。
Reservoir（油藏） is a porous and permeable
(3)饱和多相流体的油藏岩石的物理性质；
Properties of Porous Medium Containing Multiple Fluids
There is a definite bounding surfaces between different phases. A phase can consist of several components.
(3) Components(组分) is the substance which consist of the
At normal T and P:
C1~C4: Gas C5~C16: Liquid >C16: Solid (paraffin 石蜡)
paraffinsa (石蜡)
Nonhydrocarbons(非烃) are compounds of oxygen, sulfur, nitrogen of alkanes(是胶质、沥青质的主要成分)。
Physical properties of the reservoir fluids are different from those of the fluids at the surface.
随油藏的开采→地下流体的相态发生变化→影 响最终采收率。为合理开发油藏，就必需搞清地 下流体的相态、物性随压力的变化。
参考书： 1、洪世铎 «油层物理基础»； 2、何更生 «油层物理»； 3、罗蛰谭 «油层物理学»；
第一章油藏流体的物理性质
油层(formation)：能储集油气、并能让油气在 其中流动的多孔介质。
油藏：深埋在地下的油气聚集的场所。 单一圈闭、统一的水动力系统、统一的油水界面。
Reservoir（油藏） is a porous and permeable
(3)饱和多相流体的油藏岩石的物理性质；
Properties of Porous Medium Containing Multiple Fluids
油层物理3.4-2004
3.7.2 相关经验公式法
利用有代表性的相关经验公式，对每块岩心的相对 渗透率曲线数据进行回归，求出能反映曲线特征的相关 参数，然后对相关参数进行平均，从而得到该油藏有代 表性的相对渗透率曲线。
对于亲水性油藏，油水相对渗透率的经验公式有：
K rw
含水饱和度
S w S wc ( )n 1 S wc S or
3.2.2 计算公式
1 d V t K ro S we f o S we 1 d I V t
w f w S we K rw S we K ro S we o f o S we
2.2 两相相对渗透率曲线的特征 A区：单相油流区 三个区 B区：油水同流区 C区：单相水流区
等渗点：油水相对渗透率曲线的交叉点
2.3 三相相对渗透率
§3.4
2.4 相对渗透率的影响因素
2.4.1 润湿性的影响
§3.4
当岩石润湿性从亲水向亲油转化时，油的相对渗透 率趋于降低，而水的相对渗透率趋于升高。
3.3 根据毛管力曲线计算法 3.3.1 原理
§3.4
岩石孔隙由大小不同的等直径的毛细管组成，当其中饱和单 相流体时，根据毛管渗流定律及达西定律，可计算一定压差下通 过岩样流体的流量及绝对渗透率；当用非湿相驱替湿相时，随外 加压力增加，非湿相优先进入较大的孔隙并在其中流动，而湿相 则占据较小的孔隙并在其中流动，用同样的方法可算出两者的流 量及有效渗透率。从而可计算出不同饱和度下的相对渗透率。
§3.4
Swe Swi Vo t fo Swe V t
I KPt
ouL
KAPt
o LQt
与稳定试验相比法，不稳定试验法测定速度快得 多，一不需要稳定，二不需要单独测定岩心中的流体 饱和度，三无需要考虑消除末端效应的措施；而且设 备简单、操作方便。
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
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
《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
26
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
PTP课件
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
高等油藏物理 第2章-油层物理
其中：Vl-----孔隙中流体的体积； Vp-----孔隙体积； Vf-----岩石外表体积； φ-----岩石的孔隙度； Sl------流体饱和度；
1.2
含油、含水、含气饱和度
含油饱和度：
So=Vo/Vp
含水饱和度：
Sw=Vw/Vp 含气饱和度： Sg=Vg/Vp 关系： So +Sw +1 克林肯伯格实验
(1).同一岩石，在同一平均压力下，用不同气体测得的渗透率不同； (2).同一岩石，不同气体测得的渗透率和平均压力的直线关系交 纵坐标于一点，该点对应的气体渗透率与同一岩石的液体渗透率 等价，该渗透率称为等价液体渗透率，又称克林肯伯格渗透率。
2.3.2 概念
1 储层岩石的热学性质
1.1 岩石的热容
(1).定义： 将储层岩石温度升高１Ｋ所需的热量称为岩石 的热容
(2).比热容
把１kg岩石的温度升高１ｋ所需的热量叫比热容
Qh c m(t t 0 )
1.2
岩石的导热性
(1). 定义：
热量从岩石较热部分传播至较冷部分的能力，它可用热传 导系数来描述。
第二章 储层岩石的物理性质
§2.1
§2.2 §2.3 §2.4
砂岩的骨架性质
储层岩石的孔隙性 储层岩石的渗透性 储层流体饱和度
§2.5
§2.6
岩石的胶结物及胶结类型
毛管渗流模型及其应用
§2.1
油藏岩石类型：
(1).砂岩(碎屑岩)：
砂岩的骨架性质
储集和流动空间－－孔隙
(2).灰岩(碳酸盐岩)：方解石、白云石
3 A H 1 S b 14 L Q (1 ) 2
§2.2 储层岩石的孔隙性
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。
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Shandong Provincial Excellent Course, 2008
1.1 Wettability and contact angle (接触角)
1: water 2: gas
Liquid-air system: •θ<90º 1iquid wets a solid surface •θ = 90º liquid partially wets the solid •θ > 90º liquid does not wet the solid
Mercury doLeabharlann s not wet the glass
Water wets the rock
Wettability is the ability of a 1iquid to spread over the surface of a solid under the action of molecular forces.
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
1.1 Wettability and contact angle (接触角) Oil-water system:
water
oil
θ
θ
water
oil
θ>90º oil-wet (hydrophobic 憎水的)
θ<90º water-wet (hydrophilic 亲水的)
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
1.1 Wettability and contact angle (接触角)
Angle of contact (接触角): the angle formed between the surface of a solid and the tangent to the surface of the drop at the point of contact with the solid. By convention, the contact angle (θ) is measured through the denser phase and ranges from 0ºto 180º.
3.2 Wettability of reservoir rocks and distribution of oil and water in pores
SUN Ren-yuan Room 648, Engineering Building B
Oct., 2008
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
23 13, AT 0, 90 oil-wet
The essential(本质) of wettability is to reduce the surface
free energy of a solid.
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
2 Factors affecting the wettability of reservoir rocks
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
1 Wettability (润湿性)
1.1 Wettability and contact angle (接触角)
mercury shrinks to a sphere. water spreads on the glass.
Contents
• Interfacial tension (界面张力) • Wettability (润湿性) of reservoir rocks and distribution of oil and water in pores • Capillary pressure （毛管压力） • Relative permeability (相对渗透率)
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
1.1 Wettability and contact angle (接触角)
The contour of a drop on the surface of a so1id along which the three phases - solid, liquid, and gas - come in contact, is known as the wetted perimeter (润湿周界).
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
1.2 Adhesion tension (附着张力)
Young’s equation:
23 13 12 cos AT
adhesion tension
cos 23 13 / 12
23 13, AT 0, 90 water-wet
2.1 Mineral composition of rock surface and types of fluids
异辛烷
异喹啉
环烷酸
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
2.1 Mineral composition of rock surface and types of fluids
• Clean silica and carbonates are normally water-wet in their clean state • Some clay minerals (montmorillonite) is strongly waterwettability • Clay minerals containing irons, such as chamosite (鲕状绿 泥石) can absorb surfactant----- oil-wet. • Organic materials are usually hydrophobic(憎水的) .
1.1 Wettability and contact angle (接触角)
1: water 2: gas
Liquid-air system: •θ<90º 1iquid wets a solid surface •θ = 90º liquid partially wets the solid •θ > 90º liquid does not wet the solid
Mercury doLeabharlann s not wet the glass
Water wets the rock
Wettability is the ability of a 1iquid to spread over the surface of a solid under the action of molecular forces.
Shandong Provincial Excellent Course, 2008
1.1 Wettability and contact angle (接触角) Oil-water system:
water
oil
θ
θ
water
oil
θ>90º oil-wet (hydrophobic 憎水的)
θ<90º water-wet (hydrophilic 亲水的)
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1.1 Wettability and contact angle (接触角)
Angle of contact (接触角): the angle formed between the surface of a solid and the tangent to the surface of the drop at the point of contact with the solid. By convention, the contact angle (θ) is measured through the denser phase and ranges from 0ºto 180º.
3.2 Wettability of reservoir rocks and distribution of oil and water in pores
SUN Ren-yuan Room 648, Engineering Building B
Oct., 2008
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23 13, AT 0, 90 oil-wet
The essential(本质) of wettability is to reduce the surface
free energy of a solid.
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2 Factors affecting the wettability of reservoir rocks
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1 Wettability (润湿性)
1.1 Wettability and contact angle (接触角)
mercury shrinks to a sphere. water spreads on the glass.
Contents
• Interfacial tension (界面张力) • Wettability (润湿性) of reservoir rocks and distribution of oil and water in pores • Capillary pressure （毛管压力） • Relative permeability (相对渗透率)
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1.1 Wettability and contact angle (接触角)
The contour of a drop on the surface of a so1id along which the three phases - solid, liquid, and gas - come in contact, is known as the wetted perimeter (润湿周界).
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1.2 Adhesion tension (附着张力)
Young’s equation:
23 13 12 cos AT
adhesion tension
cos 23 13 / 12
23 13, AT 0, 90 water-wet
2.1 Mineral composition of rock surface and types of fluids
异辛烷
异喹啉
环烷酸
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2.1 Mineral composition of rock surface and types of fluids
• Clean silica and carbonates are normally water-wet in their clean state • Some clay minerals (montmorillonite) is strongly waterwettability • Clay minerals containing irons, such as chamosite (鲕状绿 泥石) can absorb surfactant----- oil-wet. • Organic materials are usually hydrophobic(憎水的) .