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1、第四章,表面张力,在一纯液体与它的蒸气保持平衡的界面上。处于界面层的分子，由于在它上面气相分子的密度远较液相为小，因此，界面层分子处于一含力指向液体内部的不对称力场中。因此，界面层中的分子有离开界面层而进入液体内部的趋势，在宏观上，这就表现为界面收缩。汞滴，肥皂泡力呈球形就是这个原因。表面张力产生的原因是处于表面层的分子与处于内部的分子受力情况不一样,第四章,表面张力,表面张力是一种物理效应，它使得液体的表面总是试图获得最小的、光滑的面积，就好像它是一层弹性的薄膜一样。其原因是液体的表面总是试图达到能量最低的状态。,表面张力是由物态内部的吸引力导致的，拿液体为例，液体内部分子之间的吸引力一般比
2、气体中分子之间或气体与液体之间的分子之间的吸引力要大。表面张力是一个位于表面内的力，而不是一个施加于表面上的力。表面张力不一定垂直于表面。是一个内力，即使在平衡的状态下表面张力也存在。,第四章,WTI 61.3 1.91 布伦特 59.44 2.13,第五章 油田开发动态分析方法 掌握油田开发动态分析的经验方法及其应用 油田产量递减规律的确定及其应用 油田含水变化规律及其预测 油田水驱采收率计算方法 http:/61.167.120.239/hy2/sygc/ketang0/ketangmulu.htm,第五章,第五章 油田开发动态分析方法,研究油田动态规律的方法有经验法、物质平衡方法及数值模
3、拟方法 经验方法是通过直接观察油田的生产情况，收集足够的生产数据，通过详细的分析和研究来发现油田生产中的规律 物质平衡方法是将油藏看做体积不变的容器，油藏开发的某一时刻，采出的流体量加上地下剩余的储量，等于流体的原始储量,第五章,第一节 经验方法,经验方法的一般工作程序 第一个任务：系统地观察油田的生产动态，准确齐全地收集能说明生产规律的资料，深入地分析这些资料，以发现其中带规律性的东西，还要对这些带规律性的资料和数据进行数学处理，总结出表达这些规律的经验公式 第二个任务：运用已总结出来的经验规律说明油田本身的生产过程，对今后的生产动态进行预测,第五章第一节,第一节 经验方法,油田产量递减规律
4、及其应用 一个油田经过产量的上升和稳定开发阶段后，进入开发的后期，产量必然要递减，其递减幅度大小受到多种因素的影响。不同油田，由于油田地质条件和开发情况存在差异，所以油田产量年递减率的变化范围很大，不同递减规律对产量和最终采收率的影响也不同。所以研究它们的递减规律，将使人们能够预测今后产量的变化及可采储量的大小,第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,研究产量递减规律的一般方法 首先绘制产量与时间的关系曲线，或产量与累积产量的关系曲线，然后将产量递减部分的曲线变成直线，就是要选择一种坐标系，使其能接近直线。目前所采用的三种坐标系普通坐标系、半对数坐标系和双对数坐标系。最后写出直线方程，也就
5、是找出油田产量与时间的经验关系式，进而预测油田未来的动态指标,第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 通常用递减率表示产量的递减速度，是指单位时间内单位产量的变化，通常用小数或百分数表示，即有如下微分方程：,第五章第一节,产量递减率,递减指数，0n1,一、油田产量递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 产量与时间的变化关系式： 这就是双曲线递减时产量与时间的关系式,第五章第一节,递减后t时刻产量,初始递减率,递减初期产量,一、油田产量递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 产量与时间的变化关系式： 这就是按指数递减时产量与时间的关系式,第五章第一节,一、油田产量
6、递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 产量与时间的变化关系式：,第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 累积产量与时间的变化关系式 油田产量递减以后，在0t时刻的累积产量为： 将产量与时间的关系式带入得：,第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 累积产量与时间的变化关系式,第五章第一节,双曲线递减,指数递减,可预测递减后任意开发时间的累积产量或采出程度,一、油田产量递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 累积产量与时间的变化关系式,第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,产量递减规律的基本公式 累积产量与产量之间的关系,第五章第
7、一节,双曲线递减,指数递减,当已知油田经济极限产量qe时，可求出油田或油井的剩余开采年限和剩余可采储量,一、油田产量递减规律及其应用,递减指数与初始递减率的确定方法 以往是把产量与时间绘在半对数坐标纸上，若两者大体成线性关系，则可以认为按指数规律递减，但多数油田和油井，产量均以双曲线规律递减，因此对于油田开发工作者来说，如何根据已知资料确定n和Di值，并建立相应的预报方程，是非常关键的工作任务之一,第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,递减指数与初始递减率的确定方法 联立产量与时间和累积产量与产量关系方程就可以得到：,第五章第一节,双曲线递减,指数递减,一、油田产量递减规律及其应用,递减
8、指数与初始递减率的确定程序 根据油田产量递减历史，在普通坐标系中绘出产量递减曲线，从曲线中确定出下列参数：qi，qt，t以及对应于t值的Np 计算无因次量 和 将他们带入上式，若方程相等，则按指数递减； 若不等，则产量必按双曲线递减。采用快速弦截法求解方程中的未知量n 将n带入公式可求出Di,第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,例子(传统),第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,例子(传统),第五章第一节,一、油田产量递减规律及其应用,第五章第一节,第一节 经验方法,油田含水规律及其预测 油田开发实践和理论研究表明，水驱开发的油田，不但可以达到较长时间的高产和稳产，而且还可大大提
9、高油田的最终采收率。因此，研究水驱油田的规律性很重要 我国大庆和胜利油田都是采用注水开发方式,第五章第一节,第一节 经验方法,油田含水规律及其预测 油田采用注水开发后，油井或迟或早必然见水，即必然会进入含水期生产，约占8090 油田全面注水后，常出现综合含水高和含水上升幅度大，造成油田阶段采出程度和总采收率低，严重影响油田的高产稳产目标实现 对含水规律的研究，对整个油田或一个独立的开发区或单个油井来说，都是一项非常重要的工作,第五章第一节,二、油田含水规律及其预测,水驱规律曲线,第五章第一节,二者之间成直线关系,二、油田含水规律及其预测,水驱规律曲线,第五章第一节,二、油田含水规律及其预测,含
10、水率,第五章第一节,采油速度,采水速度,两端求导,水油比,含水率,二、油田含水规律及其预测,预测最终采收率,第五章第一节,将极限水油比49代入,地质储量,最终采收率,第二节 物质平衡方法,不管是哪种驱动类型的油藏，存在于油藏中原始流体的总量必然遵守物质守恒的原则。 对于一个容积一定的油藏，油田开发过程中的物质平衡原理，可以用下述不同方式表达： 根据油藏内油气总体积守恒原理，原始状态下油藏中油气的总量（体积）等于油藏投入开发后任意时刻的采出量与剩余量之和 根据气体守恒原理，油藏中原始的天然气体积等于从油藏中采出的天然气体积与留在油藏中的天然气体积之和 根据油藏孔隙体积守恒原理，油田开发任意时刻油
11、藏中液体和气体减少的总量应等于侵入油藏内水的总量,第五章第二节,第二节物质平衡方法,物质平衡方法是油气田开发计算和动态分析的主要方法之一，尤其是对于封闭性油气藏和断块油气藏来说 物质平衡方法的主要用途是根据开发过程中的实际动态资料和必要的油、气、水分析资料预测各种驱动类型油气田的地质储量、压力变化、天然水侵量及油气藏采收率等,第五章第二节,方程推导 根据物质守恒的原则，对于任一种驱动类型的油藏，在开发过程中任一时刻，油藏中油、自由气和水这三者体积变化的代数和应等于零，即地下油气减少的体积，应等于侵入油藏内的水的体积，可表示为：,第五章第二节,油量减少值自由气减少值水的增值,第二节 物质平衡方法
12、,封闭弹性驱动方式油藏的物质平衡 假定油藏原始储量的地面体积为N，经过时间t，压力降到P，累积采出油量的地面体积为Np，Boi为油在原始条件下体积系数，Bo为油在压力降到p时的体积系数，那么油量减少值：,第五章第二节,油量减少值NBoi(NNp)Bo,第二节 物质平衡方法,封闭弹性驱动方式油藏的物质平衡 根据封闭弹性驱动油藏形成的条件和开发特点可知这种类型油藏没有气顶、边水或底水，所以只有油量的变化这一项，即 这说明在封闭弹性驱动方式下，由于没有外部能量的供给，原油的采出主要是靠油藏本身的弹性膨胀能,第五章第二节,NBoi(NNp)Bo 0,第二节 物质平衡方法,封闭弹性驱动方式油藏的物质平衡
13、 体积系数、压力降与油、水及岩石的压缩系数之间有关系，因而有： 式中Ct为综合压缩系数,第五章第二节,可以用来分析弹性产率，确定弹性采油量和预报油藏动态,第二节 物质平衡方法,溶解气驱油藏的物质平衡 自由弹性能量驱动时，地层压力下降很快，当降到饱和压力以下时，原油中的溶解气便从原油中分离出来，并随着压力的进一步下降，气体不断地分离和膨胀，成为驱油的主要能量，这时油藏便处于溶解气驱方式下。,第五章第二节,第二节 物质平衡方法,溶解气驱油藏的物质平衡方程推导,第五章第二节,油量减少值NBoi(NNp)Bo,自由气量NRsiNp Rp (NNp)Rs,NBoi(NNp)Bo 0-NRsiNp Rp
14、(NNp)RsBg=0,在没有边水、底水以及注入水的情况下,可以用来确定和核实地质储量以及采出程度,第二节 物质平衡方法,混合驱动方式下的物质平衡 采用人工注水补充能量以及带有气顶或活跃边水的油田常常是混合驱动方式（水溶解气气）,第五章第二节,油量减少值NBoi(NNp)Bo,自由气量减少值,水的增加量We Wi Wp,第二节 物质平衡方法,气藏的物质平衡 正常压力系统物质平衡方程 当原始气藏压力等于或略大于埋藏深度静水柱压力时的气 藏，称为正常压力系统气藏 根据气藏有无边底水的侵入，可划分为 水驱气藏 定容封闭气藏,第五章第二节,第二节 物质平衡方法,水驱气藏的物质平衡 天然水驱的气藏，开采
15、会引起气藏内天然气、地层束缚水和岩石的弹性膨胀，以及边底水的侵入,第五章第二节,气量减少值GBgi(GGp)Bg,地层束缚水和岩石 体积增加值,水的增加值We Wp,可忽略,第二节 物质平衡方法,定容气藏的物质平衡 常称为定容封闭性气藏或定容消耗式气藏，没有水驱作用，平衡方程为：,第五章第二节,第二节 物质平衡方法,异常高压气藏的物质平衡 原始气藏压力与埋藏深度的静水柱压力之比大于1.5的气藏。异常高压气藏的地质和开发资料表明，这类气藏具有定容封闭的特点 由于天然气的采出和地层压力的降低，必将引起天然气的膨胀、储层的再压实和岩石颗粒的弹性膨胀作用，以及束缚水的弹性膨胀作用和泥岩再压实可能引起的
16、水侵作用。 储层的压实作用和岩石颗粒的弹性膨胀以及束缚水的膨胀作用较大不能忽略,第五章第二节,第二节 物质平衡方法,异常高压气藏的物质平衡,第五章第二节,第二节 物质平衡方法,气藏物质平衡方程的应用 天然气的原始地质储量 地层压力产量的变化历史 可采的天然气储量 气藏的大小,第五章第二节,第二节 物质平衡方法,油藏数值模拟方法能够解决的问题： 1 油田开发方案编制过程中的动态指标预测，该指标包括产量、压力、含水、采出程度、和最终采收率； 2 用于井网加密、层系调整及注采系统调整方案中的 指标预测； 3 压裂、堵水、调剖等增产工艺措施的评价； 4 注水量、注入压力、油井产液及流压调整； 5 提高
17、采收率技术评价； 6 驱油机理研究。,第三节 数值模拟方法,第五章第二节,二、开发技术指标计算可供选择的模型,1.三维三相黑油模型,三维三相完整的黑油模型为,2.带裂缝的双重介质模型,根据基质岩块提供的可采储量，裂缝性油藏可分为以下两种类型： 第一种类型：可采储量绝大多数在裂缝中，这些裂缝的岩块孔隙度非常小，渗透率也非常低，开发时初期采油指数较高，产油量也较高，但含水上升快，产量递减也快。 第二种类型：可采储量绝大多数在基质岩块中，在这类油藏中，裂缝为基质岩块提供了充足的表面积，并为基质岩块与井筒之间提供了通道，靠渗吸和流体交换将油采出。,利用达西定律和水、油及气在裂缝和基质中的物质守恒原理可
18、得出下述流动方程,还有6个辅助方程，对裂缝的3个方程与对基质的3个方程具有相同的形式，即,式中有12个未知量，可以用全隐式方法求解，目前常用的软件有SIMBEST和双重介质模型(华北油田)。,3.聚合物驱油数学模型,基本原理为：聚合物水溶液渗流随压力梯度的增加其运动速度与遵循达西定律的水流速相比上升得缓慢些，渗流速度与压力成非线性关系，随着每个压力梯度增加，其渗流速度都上升一个较小的量，这种液体称为“膨胀液体”，该液体注入到高渗小层时，大大地降低了水在其中的渗流速度，对低渗透小层提高了注入压力，并增加其中水驱油的速度，减少了油层非均质性注水开发的影响，提高了微观驱油效率及最终采收率。,(1)基
19、本数学模型,聚合物驱模型是基于np相和nc组分可压缩带吸附混溶和非混溶混合驱动的数学模型，基本方程为,1)物质守恒方程。在考虑粘性力、重力、毛管力和物理弥散条件下，多组分化学渗流方程为 (1-21) 式中k组分序号；nc组分数；k组分k的质量浓度；Fk达西速度和物理弥散项；Rk源汇项。 2)压力方程。将组分物质守恒方程(1-21)叠加，代入相应的达西速度项和源汇项，可得到下面的以压力为未知数的方程式,3)浓度方程,(2)主要物化机理,1)聚合物吸附,模型采用传统的兰米尔(Langmuir)吸附等温式对它进行描述，即,2)聚合物溶液粘度,用米特(Meter)方程表达了在一定含盐量、一定浓度下粘度
20、与剪切速度率的关系,在一定的剪切速率下，粘度又是浓度和含盐量的函数,式中 影响聚合物溶液粘度的一价阳离子的等效浓度； 待定常数,3)渗透率下降系数,其中,4)不可及体积系数,4.混相驱数学模型,由于混相驱原油与驱替流体的混合物仅为单相，流体之间不存有界面，从而也不存在界面张力，即毛管准数变为无限大时，残余油饱和度能降低到它的最低值，因而能够提高采收率。下面给出CO2驱油的数学模型。,(1)连续性方程,其中,式中 油、气相中组分的矢量流速； 油、气相中组分的质量分数； 上角标，分别代表对流和扩散作用。,(2)组分模型,将通用组分方程式简化成,(3)混相驱模型 混相驱包括的一般假设有：单相流、两种
21、组分(即油和溶剂)且有较大的扩散作用。下式中油和溶剂的组分采用角标1和2，以免与相的角标混淆。,矢量方程,5.三元复合驱油基本数学模型,三元复合驱油中的基本数学方程主要包括物质平衡方程、能量守恒方程和压力方程,(1)质量守恒方程,根据达西定律，组分质量连续性方程可由单位孔隙体积中组分的总体积表达式得到,其中,式中 l相的矢量流速； k组分的吸附浓度；k组分在参考压力 下的密度,假设系统为理想混合、变化量小和恒定压缩性，则有,弥散速度张量假设为菲克定律形式,每一相的矢量流速大小为,达西定律的相流速为,式中K渗透率张量。,汇源项 是某组分所有速率项的组合，可表达为,k组分与液相l和固体相s的反应速度。,式中,在y和z方向也可写出与上述方程相似的方程,(2)能量守恒方程,式中T油藏温度； 固体和相在恒定体积下的热容；相的定压热容；热导率； 固体(油层岩石骨架)的密度；单位体积焓源项；向上、下盖层及固体中的散热损失。,