《油层物理学》PPT课件.ppt

,石油的年产量曲线,石油的年需求曲线,200,100,1980,1985,1990,1995,2000,年,150,石油的年产量和需求,10,6,吨,年出口石油量,年进口石油量,2002年6941万吨，2003年9112万吨，2004年1.227亿吨，2005年1.27亿吨，2006年1.452亿吨,2003年以来原油实际进口情况,1993年成为石油净进口国,国家统计局和海关总署公布2010年数据,2010年全年中国原油产量2.03亿吨，2010年全年中国进口原油2.39亿吨,出口0.03亿吨，即中国去年净进口2.36亿吨，全年进口原油共花费1351亿美元，约合1万亿元人民币,2010年中国原油进口数据 单位（万吨）-月份来自沙特来自安哥拉总量1月291 336 17112月362 257 18513月322 457 21064月309 429 21175月375 317 17846月367 374 22277月408 227 19008月396 399 20909月450 405 232910月387 174 163911月363 298 209112月433 266 2086合计36663374 23931-数据来源：中国海关,安哥拉 2795.6 48.5%沙特 2829.9 12.5%伊朗 1300.05-25%俄罗斯 1075 5.23%阿曼 1050 15%,国家 2010前8月进口量(万吨),2010年我国原油生产和进口情况,1、大幅度提高采收率理论2、复杂气藏为重点的天然气安全高效开发理论,国家重大专项开发领域的理论创新,1、四川盆地普光大型气田勘探开发示范工程2、渤海湾盆地辽河坳陷中深层稠油开发技术示范工程3、塔里木盆地库车前陆盆地油气勘探开发示范工程4、南海深水油气勘探开发示范工程5、渤海稠油油田高效开发科技示范工程6、塔里木盆地大中型碳酸盐岩油气田勘探开发示范工程7、塔河碳酸盐岩缝洞型油藏勘探开发示范工程等,22项示范工程,对策与措施,1、寻找新的油气田，扩大油气后备储量2、采用先进技术，最大限度地合理开发油气藏3、提高现有油气田的油气采收率，增加油气产量4、采取各种节能措施，开发可替代能源或新能源5、开展国际合作，参与开发国际油气资源,课程主要内容油层物理学部分,从微观的角度，依物理化学的眼光去分析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,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、达西定律3、渗流的基本类型及其所对应的油藏地质条件：不同渗流类型其渗流规律的不同特征、不同渗流类型的各个物理量的表达方式：4、弹性液体在弹性多孔介质中向井不稳定渗流的物理过程、弹性渗流基本微分方程、弹性不稳定径向渗流基本微分方程（极坐标表达式）；弹性不稳定径向渗流基本微分方程解、关井恢复压力测试。,课程主要内容渗流力学部分,1、水驱油的基本理论（非活塞式水驱油理论、分流方程、韦杰尔方程）2、水驱油藏的统计规律分析法（水驱曲线）、油气藏物质平衡分析法3、产量递减分析法（三种经典递减类型及其判别方法）4、油气储量及原油采收率的计算,课程主要内容油藏工程部分,了解和掌握油层和油藏中岩石和流体的一些基本特性，流体在岩石中渗流的基本物化特性和运动规律，水驱油的基本理论和描述方法，油气产量分析、储量及采收率的计算等,课程主要目的,油层物理学研究的主要内容,储层岩石的物理性质，包括储层岩石的基本构成，孔隙类型及组合关系，孔隙度、渗透率、储油岩石的油、气、水饱和度的概念及测定方法、储层敏感性等。储层流体的物理性质，包括天然气、原油、地层水的物理性质，如：天然气的对应状态定律，天然气的状态方程和压缩因子，油藏烃类的相态模型、相态特征，天然气在石油中的溶解度，地层油的溶解油气比，油气水的体积系数、压缩系数、密度、粘度等。,油藏岩石中多相流体的渗流特性，包括两相界面的自由界面能，比界面能和界面张力，油水对固体表面的润湿与吸附；毛管力的概念、大小和方向，毛管力公式建立，毛管孔道中的珠泡效应、贾敏效应，毛管压力曲线、毛管压力曲线分析及应用；油藏岩石的有效渗透率和相对渗透率，油水相对渗透率曲线特征及其分析，相对渗透率曲线在油田开发中的应用。油藏中油气的排驱与开采，包括排驱油气的能量，排驱油气的方式，影响油气驱动的因素，采收率以及提高采收率的途径，影响采收率的因素。,油层物理学研究的主要内容,学科的发展历史,2030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。,72年奇加林出版了碳酸盐岩石油天然气开采，从开采角度叙述了碳酸盐岩储层特征；73年威廉等出版的石油流体性质系统阐述了石油天然气的物理化学性质和有关计算77年卡佳霍夫及其助手编著的油气层物理学对储油气岩石的性质和孔隙结构有了新的概括和总结；77年马尔哈辛的油气层物理化学机理则首次用物理化学观点叙述了地层原油渗流运移的物理化学过程，强调要提高采收率必须加强油层物理化学机理的研究；20世纪末主要在油气流体的非牛顿性和相态方程建立和应用方面取得了新的进展。,近十年来深部油气藏、高含水油气藏、低渗透性油气藏、稠油油藏缝洞型油气藏等的开发理论与技术(非达西渗流、混相流、耦合作用下的渗流机理、采油技术等)均需要进一步研究。,常规岩心分析、专项岩心分析、提高采收率实验、地层敏感性分析、地层流体物理分析等技术已逐步趋于完善。,油层物理需要强大的实验支撑,1.洪世绎，油藏物理基础，石油工业出版社，1985年7月。2罗蛰谭，油层物理，地质出版社，1985年9月。3何更生，油层物理，石油工业出版社，1993年2月。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，20046、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，2000,参考书,储集岩可分为二部分岩石骨架碎屑颗粒、胶结物岩石空隙孔隙、裂隙、溶孔、溶洞等,岩石骨架和空隙决定了储集岩的孔隙度、渗透率以及流体在其中的流动行为,第一大部分 储层岩石的物理性质,一、概念碎屑颗粒的大小称为粒度。,第一章 储油气岩石的粒度、比面和胶结物,1 储油气岩石的粒度,二、计量单位,2、克洛宾提出的乌登温德沃思粒度对数换算值,表示颗粒直径,以2为底的负对数值,该方法的优点是：粒径变成了整数；粒级划分为等差级数值,1、采用十进制（mm）粒级划分，粒级划分采用以10为底的对数坐标,缺点是：粒级划分间隔较粗，细粒部分表示不清楚,三、粒度测定,1、直接测量（激光粒度分析法）适用于砾岩2、薄片粒度分析适用于致密胶结砂岩，并换算称为 值3、筛选法成套振动筛，筛孔表示方法有：1）每英寸长度上的孔数用目或号表示2）用mm直接表示大小相邻的二种筛子的筛孔直径相差一般为,4、沉降法(斯托克斯方程计算)适用于粒径小于的细小颗粒（最小粒级）,四、粒度的表示方法,有参数法和作图法1、作图法直方图、频率图、累积曲线图、概率累积曲线图,直方图,横坐标代表粒径区间（）纵坐标代表百分含量,频率曲线,将直方图的每个柱子的纵横边的中点依次连接构成频率曲线,累积频率曲线,横坐标用 表示，向细粒端把各粒级的百分含量累加构成曲线呈S形，Md为50累积含量处的粒径，C为1累积含量处的粒径，Q1为25累积含量处的粒径，Q3为75累积含量处的粒径。倾斜程度表示分选性。,概率累积曲线（Moss,1962）,横坐标用 表示纵坐标为概率标度的累积百分数概率坐标为非等间距标刻，是以50处为对称中心，向上下二端逐渐加大，这样可将粗粒粒度放大，粒级间距一般选用。一般一个样品的粒度分布由三个直线段构成，分别对应于三个不同的搬运总体滚动、跳跃、悬浮。,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,2、参数法,标准偏差概括了粒度分布的粗尾和细尾部分,五、粒度研究意义,1、粒度大小、分选性决定了岩石孔隙度、渗透率，同时也决定了岩石比面、毛管力和膨胀性能等。2、有助于油田开发过程中确定开采方式（裸眼开采，还是加筛管），另外还可以确定防砂井段，选择防砂的井底器械，选择冲洗、堵砂的方式。（在油田开发时利用粒度分析选择最有利的注水井段（选择含粘土颗粒最少的井段以防止因粘土颗粒在水中的膨胀而导致吸水指数降低。）,一、概念 单位体积岩石内颗粒的总表面积或单位体积岩石内总孔隙的内表面积。S=A/VS：岩石比表面积（cm/cm、m/m）A：岩石颗粒的总表面积或岩石内孔隙的内表面积V：岩石体积是表示砂岩油层分散程度的一项指标。,2 比面,比面的特征：1）比面的大小取决于颗粒直径的大小，直径越小，岩石比面越大如：粉砂岩（2300）细砂岩（9502300）粗砂岩（950）2）比面大小直接决定了孔隙度、渗透率及其孔隙结构。比面大，岩石内颗粒与流体接触面积大，颗粒表面对流体分子吸附能力大，束缚水饱和度高，影响了岩石的渗透率，使原油更多地残留在油层中。,二、比面的测定1、实验室方法1）吸附法（BET法）通过测定某种吸附在颗粒表面的单分子（通常是气体分子）层的吸附量来计算岩石比表面积。（一般用氮气、氪气、氙气等惰性气体在低温下的物理吸附法）2）透入法：根据流体的透过性来求比表面积的一种方法。假定流体通道为连续的颗粒间隙，即毛管束，流体以层流状态通过，被润湿了的管壁面积即为岩石的表面积。这种基于流体流动求取比面的方法最初是由高才尼（1927）提出的，之后卡尔曼对其进行了修正，推导出了渗透率与比面的关系式，再用气测渗透率公式代入后便导出岩石比面计算公式。,透入法测定比面（Kozeny-Carman方程）,渗透率与比面的关系式,气测渗透率公式,吸附法测出的比表面包括外表面积也包括颗粒的裂隙、孔洞等内表面，以及颗粒与颗粒的间的接触面。而透过法只能测出颗粒的外表面积，因此吸附法测出的比表面积要比透过法大得多。,1）根据岩石粒度组成估算的岩石比面,2、间接估算法,岩石的比面为,C为颗粒球度的校正系数,Kumar和Fatt（1969、1970）用核磁共振研究非胶结砂子的渗透率、孔隙度和比表面的关系,2）按孔隙度和渗透率估算比面,3 储油（气）岩石的胶结物质,定义：储油（气）岩石的胶结物质是指除碎屑颗粒和杂基以外的化学沉淀物质。通常是结晶的与非结晶的自生矿物，在碎屑岩中含量小于50。作用：对颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石（固结成岩）。对储层物性的影响：碎屑岩中胶结物质总是使储油物性变差。随着胶结物成分变化与胶结类型的不同，粒间的孔隙将变为充填残留孔隙或充填物内孔隙，使孔隙变小，因此胶结物与储油物性之间有着密切的关系。,胶结作用和对储层孔隙（物性）的伤害跟胶结物的成分和它在储油气岩石中的结构（表现形式或产状）有密切的关系。,成分结构或产状胶结类型,描述内容,1.泥质胶结物 自生的粘土矿物：高岭石、水云母（伊利石）、蒙脱石、绿泥石、拜来石等。,成分,多为高岭石和少量的针状云母、蒙托石等。,主要为水云母、绿泥石、蒙托石等。,多为绿泥石、水云母。,侏罗系，长庆油田岭214井106（39-22/60）,b,a,b,c,伊利石,b,c,a,b,b,c,白云石后期沿颗粒沉淀，堵塞喉道，单偏，100，白垩系，内蒙二连油田阿3井1477m。,第三系，冀东油田高82井4022.2m。,2.灰质（钙质）胶结物（常见）方解石（CaCO3）、白云石（CaMgCO3）、钠盐（Na2CO3）、钾盐（K2CO3）和菱铁矿（FeCO3）,白云石胶结物堵塞喉道包于颗粒外部，正交，100白垩系，内蒙二连油田阿1井1471m。,白云石后期沿颗粒沉淀，堵塞喉道，单偏，100，白垩系，内蒙二连油田赛7井942.7m。,砂岩中白云石胶结物，单偏，180，第三系，江汉油田拖13井3202.4m。,白垩系，玉门油田营参1井4451.63m,长石受淋滤产生粒内溶孔，铁白云石充填粒间孔隙，染色为蓝色，单偏光，200南海油田某井1485m。,3.硫酸盐胶结物 最常见的是石膏和硬石膏。与温度关系密切，64时结晶水缓慢析出当温度达到80100 时结晶水迅速结出。,硬石膏，白云岩孔中充油，单偏光，100，白垩系，玉门油田营参1井2829m。,粒间硬石膏，正交，80，第三系，新疆克拉玛依油田428井3236m。,海绿石卵圆形，粒间硬石膏，正交，200，第三系，新疆克拉玛依油田428井3236m。,4.硅酸盐胶结物 石英、长石颗粒被光性连续的增生体所次生加大,石英具有次生加大及灰尘线，单偏，78，第三系，冀东油田乐参1井,石英次生加大后颗粒彼此呈凹凸状接触，正交，200，下白垩统梨树组，吉林油田梨参2井26252628m。,钠长石加大边,第三系，冀东油田乐参5井，,第三系，内蒙开鲁盆地陆参2井，S13，211/16,钠长石加大边具聚片双晶，正交，120，白垩系梨树组，吉林油田梨参2井，31223144m。,钠长石具宽大的加大边，正交，120，白垩系梨树组，吉林油田梨参2井，28982910m。,5.其它胶结物 沸石类胶结物：方沸石、浊沸石、片沸石以及斜发沸石等,三叠系延长统，长庆安塞油田S68井。,吉林油田白垩系梨树组参2井3542m。,粒间孔隙中的浊沸石具I级干涉色，正交偏光80,胶结物的结构,结构是对胶结物质本身的特征【结晶程度、晶粒的相对大小、分布的均匀性】进行描述,胶结类型对胶结物与颗粒之间（分布）关系的描述,（镶嵌式胶结）,等厚环边胶结,栉壳状结构环边接触式胶结,栉壳状结构环边接触式胶结,薄膜式结构环边接触式胶结,基底式胶结 隐晶质结构,基底式胶结 连晶结构,镶嵌结构基底式胶结,镶嵌结构基底式胶结,薄膜式结构 环边胶结,连晶结构 基底式胶结,镶嵌胶结,加大边结构 镶嵌胶结,镶嵌胶结,