气藏物质平衡
3气藏物质平衡方程式
气藏物质平衡方程式正常压力系统气藏的物质平衡方程式当原始气藏压力等于或略大于埋藏深度的静水压力时，称之为正常压力系统气藏。
下面按其有无天然水驱作用划分的水驱气藏和定容气藏，对其物质平衡方程式加以简单推导。
一.水驱气藏的物质平衡方程式对于一个具有天然水驱作用的气藏，随着气藏的开采和气藏压力的下降，必将引起气藏内的天然气、地层束缚水和岩石的弹性膨胀，以及边水对气藏的侵入。
由图3-1看出，在气藏累积产出(GpBg+WpBw)的天然气和地层水的条件下，经历了开发时间t，气藏压力由pi下降到p。
此时，气藏被天然水侵占据的孔隙体积，加上被地层束缚水和岩石弹性膨胀占据的孔隙体积，再加上剩余天然气占有的孔隙体积，应当等于在pi压力下气藏的原始含气的体积，即在地层条件下气藏的原始地下储气量。
由此，可直接写出如下关系式：(3-1)式中：G—气藏在地面标准条件下(0.1OlMPa和2O℃)的原始地质储量；GP—气藏在地面标准条件下的累积产气量；其他符号同油藏物质平衡方程式所注。
由(3-1)式解得水驱气藏的物质平衡方程式为：(3-2)对于正常压力系数的气藏，由于(3-2)式分母中的第2项与第1项相比，因数值很小，通常可以忽略不计，因此得到下式：(3-3)将(2-5)式和(2-6)式代入(3-3)式得：(3-4)由(3-4)式解得水驱气藏的压降方程式为：(3-5)由(3-5)式看出，天然水驱气藏的视地层压力(p/Z)与累积产气量(Gp)之间，并不存在直线关系，而是随着净水侵量(We-WpBw)的增加，气藏的视地层压力下降率随累积产气量的增加而不断减小，两者之间是一条曲线(见图3-2)。
因此，对于水驱气藏，不能利用压降图的外推方法确定气藏的原始地质储量，而必须应用水驱气藏的物质平衡方程式进行计算。
图3-1 水驱气藏的物质平衡图图3-2 气藏的压降图将(3-3)式改写为下式：(3-6)若考虑天然水驱为非稳定流时，即，则(3-6)式可写为：(3-7)若令：(3-8) (3-9)则得(3-10)由此可见，与油藏的物质平衡方程式相似，水驱气藏的物质平衡方程式，同样可简化为直线关系式。
CO_2气藏的物质平衡方程推导
枷 腿
－－ －
（４ ２）
式 中 ： 一 天 然 累积 水 侵 量 ，ｌ 一 累积 产 出水 ， Ｗ ｎ；
Ｐ —ｐ－
Ｚ Ｚ
ｍ３ 压 力ｐ 地层 水 的体积 系数 。 ； 一 Ｂ 下
［
１ ＳＪ － ＋ Ｒ， ） Ｒ
ｗ
唧
ＧＢ ．
Ｂ－ ｇ Ｇ ｇ ｇＢｉ Ｂｉ ） ＋ （
）－ ） 。 ６ （ Ｇ ５（ 一 ）‘） Ｐ ） 叩 ＋ ＢＳｉ 。尺）（ （ Ｐ
。
式 中 ： 累积采 出气量 ， 。 Ｃ一 ｍ。
设：
Ａ ｐ＝ｐ： －ｐ
ＢＣ￣ｓ （ 礴ｗ Ｂ １ ｗ ７ Ｓ ｉ ＋ 一 Ｃ ）
ｉ
椰 压力下， Ｏ气藏体积系数分别为： Ｃｚ
・
积 变 化 量 本 文 充 分 考 虑 Ｃ 地 层 水 中 的 溶 解 埘 Ｏ在
图 １ 足 否 ＣＯ２ 藏 随 压 力 降 产 生 的 体 积 变 化 气
第 一种 驱 动 力为Ｃ ！ 藏 的 内部 膨 胀 。在 间 Ｏ气 时
气 藏 开 发的驱 动，推导 出Ｃ ， Ｏ 气藏 物 质平衡 方 程 ． 以
Ｇ ｉ ） ｃ ｉ ｗ
（） ３
有 的体积 量 ， ｍ：
Ｖ－Ｃ Ｏ 的单 位地 面标 准体积 ， 。 ｍ。
将式（） 为： ８改
Ｖ Ｂ一 Ｒ 由 于 。 常 数 ， 对 式 （ ） 分 得 到 ： 为 故 ９微
ｄＶ ＝ ｄ Ｂ
ｓ
式 中 ： 广 水 的压 缩系数 ， ａ 。 Ｃ ＭＰ 一
海 莺 一 盆 地 的Ｃ 藏 琼 Ｏ
Ｃ ． 重 要 的 业 产 品 ．商用 价 值较 高 ，全球 Ｏ是
Ｃ ， 场 一 直 吃 紧 ， 不 应 求 ．Ｃ ， 泛 用 于 油 田 ＝ Ｏ市 供 ． Ｏ广 ｔ 次采油技 术 巾 ， 应 用较 为广 泛 的注入 剂之－１ 是 。 阁 内 ［前 仅 有 少 量 Ｃ 藏 投 入 开 发 ． 有 较 多 ］ Ｏ气 也
第05章-气藏物质平衡
降低p, 可提高Rg
4. 采收率
ppi
•最终的采出程度
•废弃压力 pabn 0.15 pw 矿场
pabn pt g gD 不产水 pabn pt m gD 产水
pp
•GR:
可采储量
ER
GR G
1 ppa ppi
ppa
abandon
Gp GR G
5. 剩余地质储量
Gp: 采出气量
pp
ppi 1
p Z
cc
pi
p
pF m a x
cc pi2 4Z
p pi 2
开发早期 pF pp
pp pF
✓ 用早期pp线预测开发晚期的动态误差较 大；
✓ 气藏都不是定容气藏，用拟压力进行 物质平衡分析，尤其是异常高压气藏 偏差会更严重；
✓ 正确：把拟压力校正成F压力，绘制气
藏的pF曲线，进行分析。
Gp
G
G
Vci
Vci
cp 1 swc
p
Vci
cw swc 1 swc
p (We
WpBw )
Vc
Vci1
cp cw swc 1 swc
p
We
Wp Bw Vci
Vc
Vci1
ccp
We
Wp Bw Vci
We WpBw
Vci
e
We Vci
•存水体积系数 •水侵体积系数
p
Wp Bw Vci
•产水体积系数
•剩余容积
Vp
Vc=Vci - Vp - Vwc
Vc
Vci
Vci
cp 1 swc
p Vci
swccw 1 swc
p
凝析气藏物质平衡方程及其应用研究
凝析气藏物质平衡方程及其应用研究
油气藏是实现油气资源利用的重要基础，由于油气藏存在极强的复杂性和不确
定性，因此其分子结构平衡分析及其气藏物质平衡方程化成文字，对更好地开发利用气藏具有重要作用。
气藏物质平衡方程描述的是油气藏物质代数总和为0的实际情况，它一般表述为：由混合物组成的油体、油页岩和气体之间的差异物质平衡关系；它还给出了油气藏物质体积转换关系，以及每个组分在不同环境温度，压力和体积下的密度关系。
气藏物质平衡方程研究一般包括三方面内容：一是定量描述油气藏物质平衡关系，二是研究油气藏物质输运过程，以此认识油气藏演化机制，以及三是探讨自然因素对油气藏物质状态的影响，以此优化探测和开发技术等。
气藏物质平衡方程的应用在于其能够准确反映油气藏物质的凋亡过程，使得研
究人员可以基于现有的探测手段估算油气藏开发状况，实现快速准确确定有效油藏形成条件和油藏成藏机制。
此外，气藏物质平衡方程还有助于更精确地估算油气藏储量，从而指导技术开发和投产决策等。
总之，气藏物质平衡方程是综合运用物理、化学和数学知识所构建的荷重模型，从多方位了解油气藏物质的传输转换规律，是探测油气藏的重要手段，及进行开发利用的重要依据。
第3章 1气藏物质平衡方法
第三章气藏物质平衡方法自1936年R.J.Schilthuis根据物质守恒原理，首先建立了油藏的物质平衡方程式以来，它在油气藏工程及动态分析中得到了日益广泛的应用和发展。
对于干气气藏，物质平衡方程的建立相对来讲比较简单，但其应用领域确很广泛。
物质平衡法能够确定气藏的原始地质储量，判断气藏有无边底水的侵入(即识别气藏类型)，计算和预测气藏天然水侵量的大小，估算采收率和进行气藏动态预测等。
物质平衡方法只需要高压物性资料和实际生产数据，计算的方法和程序比较简单。
因此，它已成为常规的气藏分析方法之一，广泛应用于国内外的各气藏中。
根据气藏有无边底水的侵入，可将气藏划分为水驱气藏和封闭气藏两类。
另外，从气藏的压力系数(气藏的原始地层压力除以同一深度的静水柱压力)大小来划分，通常将压力系数大于1.5的气藏称为异常高压气藏。
异常高压气藏具有地层压力高、温度高和储层封闭的特点，它在天然气工业中占有极为重要的地位。
近年来国内外已发现并开发了大量的异常高压气藏。
例如我国四川的二迭系和青海的下第三系的气藏等。
由于异常高压气藏在开发过程中随着气藏的压力下降，将出现储层岩石的压实作用。
因此，在物质平衡方程式中必须考虑到这一特点。
对于定容正常压力系统的气藏来说，在整个开发过程中只存在单一气相的流动，并表现为一个压力连续下降的过程。
由于天然气的密度小、粘度低，在气藏压力很低的情况下，只要存在一个很小的压差，气井便能正常生产。
因此，即使采用比油藏稀的井网进行开发，气藏的采收率也可达85～90%以上。
然而，对于天然水驱气藏，随着气藏开发所引起的地层压降，必然导致水对气藏的侵入和气井的见水，结果就会在气层中出现气、水两相同时流动的现象。
这将严重影响气井的产量和气藏的采收率。
国内外统计资料表明：水驱气藏的采收率通常只有40～60%[2]。
第一节气藏物质平衡通式的建立与简化对于一个统一的水动力学系统的气藏，在建立物质平衡方程式时，所作的基本假设是：第一、气藏的储层物性(S Wi，C P等)和流体物性(C W，PVT参数等)是均匀分布的；第二、相同时间内气藏各点的地层压力都处于平衡状态，即各点处的折算压力相等；第三、在整个开发过程中，气藏保持热动力学平衡，即地层温度保持不变；第四、不考虑气藏内毛管力和重力的影响；第五、气藏各部位的采出量保持均衡。
第3章 4气藏物质平衡方法
第五节异常高压气藏如果某一气藏的视地层压力（p/Z）与累积产气量（G P）之间的关系曲线类似于图3-13，则其就可能为异常高压气藏。
气藏开发的实际资料表明：正常压力系统气藏的压力系数在0.9～1.1之间，而异常高压气藏的压力系数在1.5～2.3之间［１１］。
异常高压气藏具有地层压力高、温度高和储层封闭的特点。
由于异常高压气藏储层的压实程度一般较差，地层岩石的有效压缩系数可达40×10-41/MPa。
在异常高压气藏的开发过程中，随着气藏压力的下降，表现出明显的储层岩石的再压实特征。
利用视地层压力p/Z与累积产气量G P绘制异常高压气藏的压降图时，可以清楚地看出：该压降图具有两个斜率完全不同的直线段，并且第一直线段的斜率要比第二直线段的小（见图3-13）。
国内外研究结果表明，在异常高压气藏投入开发的初期，随着天然气从气藏中采出和地层压力的下降，必然引起天然气的膨胀作用、储气层的再压实和岩石颗粒的弹性膨胀作用，以及地层束缚水的弹性膨胀作用和周围泥岩的再压实可能引起的水侵作用。
如果气藏周围存在着有限范围的封闭边水时，还会引起水的弹性水侵作用。
除天然气膨胀之外，上述各种作用都能起到补充气藏能量和减小地层压力下降率的作用。
从而形成了异常高压气藏初期压降较缓的第一直线段[2,6]。
当异常高压气藏的地层压力，随着地层压力下降到正常压力系统时，即当地层压力接近于气藏的静水柱压力时，气藏储层的再压实作用影响已基本结束。
储层岩石的有效压缩系数保持在较低的正常数据（如砂岩为4～8×10-4MPa-1）。
它与随地层压力下降而显著增加的天然气的弹性膨胀系数相比可以忽略不计。
此时，气藏的开采表现为定容封闭性正常压力系统的动态特征。
在压降图上，就是压降较快、直线斜率较大的第二直线段。
因此，对于异常高压气藏来说，应当利用第二直线段或利用本节中给出的(3-142）式的外推或回归计算确定气藏的真实地质储量，而不能应用第一直线段的外推或回归计算。
物质平衡法计算缝洞型凝析气藏动态储量
物质平衡法计算缝洞型凝析气藏动态储量
解：
1）物质平衡法计算缝洞型凝析气藏动态储量的基本原理是：根据凝析气藏的自然界条件，利用物质平衡关系，求出当前压力和温度条件下，各组分的质量比，再根据该质量比，求出各组分的质量，从而计算出凝析气藏的动态储量。
2）根据给定的条件，可以得出：
（1）温度T=20℃，压力P=1.2×105Pa；
（2）气体组分：空气（N2+O2）、CH4、C2H6、C3H8、i-
C4H10；
（3）气体的质量比：
N2：O2：CH4：C2H6：C3H8：i-C4H10=79：21：1：1：1：1
3）根据物质平衡关系，可以得出：
（1）由于空气的质量比为79：21，因此空气的质量比系数
K=79/21；
（2）根据物质平衡关系，可以得出各组分的质量比系数Ki：
KCH4=K/Ki=1/Ki
KC2H6=K/Ki=1/Ki
KC3H8=K/Ki=1/Ki
Ki-C4H10=K/Ki=1/Ki
4）根据物质平衡关系，可以得出各组分的质量：
mCH4=m/Ki=1/Ki
mC2H6=m/Ki=1/Ki
mC3H8=m/Ki=1/Ki
mi-C4H10=m/Ki=1/Ki
5）根据上述计算结果，可以得出缝洞型凝析气藏的动态储量：V=mCH4+mC2H6+mC3H8+mi-C4H10。
凝析气藏物质平衡方程的改进与应用
加上采 出的干气 ， 再扣除注人干气后作为气藏产气 量， 采用常规气藏物质平衡方程进行计算 ， 其计算结 果 与气 藏 实 际情 况 将 存 在 很 大 的偏 差 ， 差 大 小 将 偏 随着凝 析 油含 量 的 增 加 而 增加 ， 至得 出错 误 的结 甚
论。
１ 物 质平衡方程 的改进
通 过 一 定 的假 设 条 件 ， 可将 一个 具 体 的凝 析 气 藏 简化 为 一个 封 闭 的或 开启 的储集 油 、 、 的地 下 气 水 容 器 。地 层 流体 可 从 容 器 中采 出 ， 可 以为 了保 持 又 容 器 内流 体 压力 ， 流 体 注人 容 器 内。这 种 采 出和 把 注人 的过 程 中 ， 必然 保持 物质 和体 积 的平衡 ， 不考 而 虑 容 器 中流体 的空 间 流 动 状 态 ， 此 可得 到 如 下 平 因
中 图 分 类 号 ：Ｅ ７ Ｔ３ ２ 文献 标 识码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ９— ６ ３ ２ ０ ）４—０６ ０ １０ ９ ０ （０ ２ ０ ０ ６— ３
Ｇ Ｂ ｉ＝ （ Ｌ—Ｇ ｐ ｇ＋△Ｐ Ｃ ． ＋ Ｌ ｇ Ｇ Ｌ） Ｊ（ ｓ
引言
为提 高凝 析气 藏 油 、 采 收率 ， 常采 用 目前最 气 通 经 济有 效 的循 环 注气 保 持 地 层 压 力 的 开发 方 式 ＿ 。 ｌ Ｊ 循 环 注气 即把 凝 析气 藏 中 采 出 的井 流 物 进行 分 离 ， 将 分离 出的干 气 重 新 注 人凝 析 气 藏 ， 以干 气 驱 动凝 析 气 的一 种欠 平衡 或 平衡 的开 发方 式 。尽 管 采 出与 注 人 的均 为烃 类 流 体 ， 这 两种 流体 的组 成 及 其 物 但 理 化学 性质 存 在 巨 大 差异 ， 将 采 出 的凝 析 油折 气 若
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1
Gp
Pp Ppi
G 1 R PPD 1
)
PPD
0
0.3 0.6
We Wp Bw GBgi
0
0
R
1
16
4、气藏驱动指数
Gp P Pi (1 cc P ) (1 ) 综合气藏物质平衡方程： Z Zi G Bgi Gp (1 cc P ) 1 Bg G Bgi We Wp Bw Gp (1 cc P ) 1 Bg GBgi G
DI g DI c DI e 1
DI e 0 DI e 0 DI e 0, DI c 0
水驱气藏 封闭气藏 定容气藏
18
5、气藏视地质储量
We G Bgi (1 cc P) Bg Bgi (1 cc P) Bg
令： G
p
Gp Bg Wp Bw
Pp
PF
Gp
PF
G
PF Pp PF Pp cc P 2 cc Pi Pi P ,P PF cc ( Pi P) PFmax 4Z i 2 Z
PFi
Pp
PF
Gp
PF
G
G
Gp
10
3、水驱气藏
~ （1）气藏容积： 开发过程：
~
~
原始条件： Vci Ag h (1 swc )
Vgi
3
Psc Z iTi Bgi Z scTsc Pi Psc ZT Bg Z scTsc P
采用拟压力：
Gp P Pi (1 ) Z Zi G
P Pp Z
Pi Ppi Zi
得：
Pp Ppi (1
Gp G
)
定容气藏物质平衡方程
4
（3）生产指示曲线：
Ppi Pp Gp
1
Pp
GR 气藏动态预测：T Qg
Pp Gp
Gp
GR
Pp
Gp
6
2、封闭气藏
（1）气藏容积：
~
~
原始条件： Vci Ag h (1 swc ) 开发过程：
Vp Vp cp P
Vwc Vwccw P
Vc Vci Vp Vwc
1 Vp Vci 1 swc
(1 cc P ) 1
Gp
Gp G
)
PH PHi (1
Gp G
)
PHi
（3）生产指示曲线：
PH a bGp
PH
Gp
PHi a G a b
G
13
PHi
Pp
PH
PH PF
Gp
G
G
PF
G
（4）水侵量计算：
• 差值法：
PF
PH
气藏开发初期，水侵量可以忽略不计。
G
Pp a bGp Pp Ppi (1 ) G Ppi a G a b
若知道Zi , 可确定出原始地层压力Pi 可确定出气藏动态地质储量G
5
Gp
（4）指示曲线用途： 气藏采出程度：R
Gp
G Ppi Ppa GR 气藏采收率： R 1 Pp G Ppi Pabn Ppa Ppa Z abn
Gp Bg Wp Bw
Bgi (1 cc P) Bg We p G G Bgi (1 cc P) Bg
气藏视地质储量
Gp
G
Gp
19
习题:
cc 1.47 10 MPa
DI g Eg Et G ( Bg Bgi ) Gp Bg
4
1
Pp G (1 ) Gp Ppi
Pp Ec GBgicc P G DI c cc P Et Gp Bg Gp Ppi
20
Ee We
17
Et Eg Ec Ee
气藏驱动指数：气藏开采过程中，某一种驱动能量占总能量 得百分数。DI
DI g
Eg Et
G ( Bg Bgi ) Gp Bg Wp Bw
GBgicc P Ec DI c Et Gp Bg Wp Bw Ee We DI e Et Gp Bg Wp Bw
Gp G
)
Pp Pp
气藏开发初期，水侵量可以忽略不计。
Pp
G P Pp Pp Z We Wp Bw GBgi Pp Z P
A
Pp
Gp
偏离直线段时的气藏采出程度：
B
C
<10%，水体比较活跃 >30%，水体不活跃
10%～30%，水体活跃程度中等
Gp
15
• 图版法：
Pp (1 ) Ppi (1
采用拟压力： Pp (1 cc P) Ppi (1 令：
(1 cc P) 1
Gp
Gp G
PF PFi
)
PF Pp (1 cc P) Gp PF PFi (1 ) G
（3）生产指示曲线：
PF a bGp
PFi a G a b
Gp
G
9
PFi
Bg
Bg
Bg
Vci G Gp (1 cc P ) Bg
Vci GBgi
12
Bgi Bg
G Gp P Pi (1 cc P ) (1 ) Z Zi G
采用拟压力： Pp (1 cc P ) Ppi (1 令： PH Pp (1 cc P )
Vp Vp cp P
Vwc Vwccw P
气藏存水量：W We Wp Bw
Vs Vb
Pi Vci V p
Vwc
Vs
Vp
P
Vs
Vc
W
Vwc
Vp
Vwc Vb
Vc Vci Vp Vwc W cp swccw W Vc Vci (1 P ) 1 swc Vci
PH
Gp
Gp P Pi (1 cc P) (1 ) Z Zi G P PH PF PH Pp Z
We Wp Bw W Wp Bw Vci Wp Bw GBgi H Z P
14
忽略气藏压缩性质：
Pp (1 ) Ppi (1 Pp Ppi (1 Gp )
11
W 令： Vci
存水体积系数
We e Vci
水侵体积系数
p
Wp Bw Vci
产水体积系数
e p
气藏容积： Vc Vci (1 cc P ) （2）物质平衡方程： V 原始气量： G ci Bgi Vg Vc Vci (1 cc P ) 剩余气量： Vg Vc Gres 物质平衡方程：
（2）物质平衡方程：
原始气量： G
剩余气量：
Vci Bgi
Vg Vc
物质平衡方程：
Vc Vci (1 cc P) Gres Bg Bg Bg Vg
Vci G Gp (1 cc P) Vci GBgi Bg
8
Bgi
Bg G Gp P Pi (1 cc P) (1 ) Z Zi G
第五章 气藏物质平衡
气藏物质平衡：质量守恒定律在气藏工程中的应用
采出量
总烃量 残留量
1
定容气藏、封闭气藏、水驱气藏
1、定容气藏
气藏的容积在开发中不发生变化
G Gp Gres
（1）气藏容积： 气藏中能够储存天然气的孔隙体积。
Vp Ag h Vci Ag h (1 swc )
有：
Vs Vb
Pi Vci V p
Vwc
Vs
Vp
P
Vs Vb
Vc
Vwc
Vp
Vwc
swc Vwc Vci 代入得： 1 swc
7
Vc Vci (1
令： cc
cp swccw 1 swc
P)
cp swccw 1 swc
气藏容积压 缩系数
Vc Vci (1 cc P)
Vc Vci
2
Vs
Pi Vci Vp Vwc
Vs Vb
P Vc Vp Vwc
Vb （2）物质平衡方程： 原始气量： V V
Vci gi ci G Bgi Bgi Vg Vc Vci 剩余气量： V V V Gres g c ci Bg Bg Bg Vci 物质平衡方程： G Gp Vci GBgi Bg Bgi Gp 1 Bg G
整理得： Gp Bg Wp Bw G( Bg Bgi ) GBgicc P We 总驱动能量：
Et Vt Gp Bg Wp Bw
天然气弹性能： Eg Vg G( Bg Bgi ) 气藏容积弹性能：Ec Vc GBgicc P 水体弹性能：