油层物理 第四章(饱和度等)讲解
饱和度
确定水饱和度的变化是为了准确地进行储量 计算，影响水饱和度的因素很多，还包括了油气 性质、粘度、表面张力、温度和压力等因索，它 们均可在不同程度上影响油（气）水饱和度在储 层中的分布。 油水在油藏不同位臵储集岩孔隙中的分布状 态如图1－52所示。在油藏顶部的产油带，含油 饱和度可达80％左右，油呈大块分布在孔隙空间 的中央，而水则分布在颗粒表面呈薄膜状；在过 渡带，含油饱和度大约在50％左右，油呈滴珠状 分布在孔隙中央，水膜厚度加大；在含水区，含 油饱和度只有10％一20％，油呈很小的圆滴处在 孔隙中央，且与其它孔隙中的油滴不连续，而水 则占据孔隙中的大部分位臵。
二、、 岩石的力学性质
对于裂缝性储集层以及要对油气层进行压裂改造， 岩石的力学性质将起重要的作用，关于这方面是一个 专门的学科，这里仅讨论沉积岩岩石力学性质的常用 参数。 通常用以描述岩石力学性质的参数有以下几种，即 （1）静弹性模量：它定义为岩石承受应力后所形 成的应力—应变曲线的斜率。在许多砂岩储层中，静 弹性模量与岩石孔隙度常有密切关系，可以建立两者 之间的统计公式，或者是根据静弹性模量来预测孔隙 度，或者是用孔隙度来预测静弹性模量。
必须注意的是，所谓“平均”应有一个 时间概念，如对原始状态的平均，则称为“平 均原始含油、气、水饱和度”；如对开发过程 某一时间的平均，则称为“目前平均含油、气、 水饱和度”；如对开发末期的平均，则称为
“平均残余油、气、水饱和度” 。
3.残余油、气、水饱和度 规定的符号为Sor，Sgr和Swr。油田开发的过程中，
油层物理学
第一章油气藏流体的化学组成与性质储层流体：储存于油（气）藏中的石油、天然气和地层水。
石油中的烃类及相态石油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃三种饱和烃类构成，原油中一般未发现非饱和烃类。
烷烃又称石蜡族烃，化学通式C n H2n+2，在常温常压（20℃，0.1MPa）下，C1~C4为气态，它们是天然气的主要成分；C5~C16是液态，它们是石油的主要成分；C17以上的烷烃为固态，即所谓石蜡。
烷烃：带有直链或支链，但没有任何环结构的饱和烃。
石油的化学组成石油中主要含碳、氢元素，也含有硫、氮、氧元素以及一些微量元素，一般碳、氢元素含量为95%~99%，硫、氮、氧总含量不超过1%~5%。
石油中的化合物可分为烃类化合物和非烃类化合物；烃类化合物主要为烷烃、环烷烃、芳香烃；非烃类化合物主要为各种含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物以及兼含有硫、氮、氧的胶质和沥青质。
含蜡量：指在常温常压条件下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。
胶质：指原油中分子量较大（约300~1000），含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物，通常呈半固态分散状溶解于原油中。
胶质含量：原油中所含胶质的质量分数。
沥青质含量：原油中所含沥青质的质量分数。
含硫量：原油中所含硫（硫化物或硫单质）的百分数。
原油的物理性质及影响因素包括颜色、密度与相对密度、凝固点、粘度、闪点、荧光性、旋光性、导电率等。
原油颜色的不同，主要与原油中轻、重组分及胶质和沥青质含量有关，胶质、沥青质含量高则原油密度颜色变深。
凝固点与原油中的含蜡量、沥青胶质含量及轻质油含量等有关，轻质组分含量高，则凝固点低；重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，则凝固点高。
原油的密度：单位体积原油的质量。
原油的相对密度：原油的密度（ρo）与某一温度和压力下的水的密度（ρw）之比。
我国和前苏联国家指1atm、20℃时原油密度与1atm、4℃纯水的密度之比，欧美国家则以1atm、60℉（15.6℃）时的原油与纯水的密度之比，γo欧美国家还使用API度凝固点：原油冷却过程中由流动态到失去流动性的临界温度点。
油层物理
(2)实验测定法（吸附法）
(3) 间接法
已知岩石的粒度组成分析资料，假定任一粒级直径为di 的颗粒，其质量百分数为gi,则在单位体积岩石中,直径 为di的颗粒的比面为：
S vi 6 1 di
gi %
考虑单位体积岩石中所有粒级的颗粒,则：
Sv
n
S vi
i 1
n
6 1 di
ps
一、岩石的压缩系数
定义：等温条件下，油层压力每降低单位压力时，
单位视体积岩石中孔隙体积的缩小值。
1、砂岩粒度组成的概念及测定方法 粒级：按砂粒大小范围所分的组。
粒级 划分 泥 (粘土 ) <0.01 粉砂 细粉砂 0.05~ 0.01 粗粉 砂 0.1~ 0.05 细砂 0.25~ 0.1 砂 中砂 粗砂 细砾 中砾 0.5~ 0.25 1~ 0.5 10~ 1 砾 粗砾 巨砾
粒度：岩石颗粒的大小。用其直径来表示（单位mm或μm）。
3、孔隙大小及其分选性
4、孔隙结构参数
◆分选系数、歪度、峰态
4、岩石微观孔隙结构
◆孔喉比：孔隙与
喉道直径的比值。
◆孔 隙 配 位 数 ： 每个孔道所连通的喉 道数。
◆孔 隙 迂 曲 度 ： 岩石两端面间连通 孔隙的最短路径与 直线距离的比值。
孔隙与喉道的配置关系
流体质点实际流经的 岩石孔隙长度与岩石 外观长度之比。
（2）分选系数 具体作法： 以累计质量25%,50%和75%三个特征点,
将累计分布曲线划分为四段。
特拉斯克(P.D.Trask)公式：
S
S—— 分选系数；
d 75 d 25
d75—— 累计分布曲线上,累计质量为75%处对应的粒级直径；
油层物理所有名词解释
油层物理名词解释1.粒度组成：指构成砂岩的各种大小不同颗粒的百分含量，常用重量百分数表示。
2.岩石比面：单位体积岩石内岩石骨架的总表面积或孔隙内表面积。
3.孔隙度：岩石中孔隙体积Vp（或岩石中未被固体物质充填的空间体积）与岩石总体积Vb的比值。
4.孔喉比：孔隙直径与吼道直径的比值。
5.岩石绝对孔隙度:岩石的总孔隙度Va与岩石外表体积Vb之比。
6.岩石的有效孔隙体积：是指在一定压差下被油气饱和并参与渗流的连通孔隙体积。
7.岩石流动孔隙体积：是指在含油岩石中，流体能在其内流动的孔隙体积Vff。
相比有效孔隙度：排除了死孔隙和那些为毛管力所束缚的液体所占的孔隙，还排除了岩石表面液膜的体积。
8.岩石压缩系数：当油层压力每降低单位压力时，单位体积岩石中孔隙体积的缩小值。
9.地层综合弹性压缩系数：地层每下降单位压降时，单位体积岩石中孔隙及液体总的体积的变化值。
10.弹性可采储量：地层压力从原始地层压力Pi下降至原油泡点压力(饱和地层压力)Pb时，可采出的流体量。
11.饱和度：储层岩石孔隙中某种流体所占的体积百分数。
12.原始含油饱和度：油藏投入开发以前多测出的储层岩石孔隙空间中原始含油体积Voi与岩石孔隙体积Vp的比值。
13.原始含水饱和度/束缚水饱和度：油藏投入开发以前储层岩石孔隙空间中原始含水体积Vwi与岩石孔隙体积Vp的比值。
14.目前油气水饱和度：油田开发的不同时期，不同阶段所测得的油气水饱和度，也称为含油，含气，含水饱和度。
15.残余油饱和度：随着油田开发油层能量衰竭，即是经过注水后还会在地层孔隙中存在着尚未驱尽的原油，他在岩石孔隙中所占的体积分数。
16.岩石绝对渗透率：当岩石全部孔隙中百分百还有某种单相流体，并且流体与岩石不发生化学和物理的作用，发生层流流动时的渗透率。
17.达西定律：单位时间内流体通过多孔介质的流量与加在多孔介质两端的压力差和介质中的截面积成正比，与多孔介质的长度和液体的粘度成反比。
油层物理-杨胜来 油层物理学4(H)
《油层物理学》第四章第四章储层流体的高压物理性质高压物性第一节、地层油的高压物性第二节、地层水的高压物性第三节、地层油、气高压物性参数的测定与计算第四节、流体高压物性参数应用示例－－油气藏物质平衡方程第一节地层油的高压物性参数一、地层油的密度和相对密度二、地层原油的溶解气油比三、地层原油的体积系数四、地层原油的压缩系数五、地层原油的粘度六、原油凝固点地层油＝地层原油＝活油＝含气油——处于原始油藏温度和压力时。
——处于高温高压（某一温度和压力)时。
地下原油一. 地层油的密度和相对密度oiooi V m =ρ)T ,P (V m )T ,P (o oo =ρ)T ,P (i i oi ορρ=)atm 1,C 15()T ,P (w o o ρργ=)atm 1,C 15()atm 1,C 15()T ,P (w io w i i o i o ρρρργ==51015202530350.650.700.751270oC84oC地层油密度（g /c m ）3地下原油由于溶解有大量的天然气，因而其密度与地面脱气原油密度相比通常要低。
地下原油密度随温度的增加而下降。
随压力的变化关系比较复杂，以饱和压力为界，当压力小于饱和压力时，由于随压力增加，溶解的天然气量增加，因而原油密度减小；当压力高于饱和压力时，天然气已全部溶解，随压力增加原油受压缩，因而原油密度增大。
二、地层原油的溶解气油比地层油的溶解气油比R si 是指单位体积地面原油在地层压力、温度下所溶有的天然气在标准状态下的体积。
osg si V /V R =sdo sc g s s )T ,P (V )T ,P (V )T ,P (R R ==地层压力高于饱和压力时的溶解气油比均为原始溶解气油比Rsi。
当地层压力降至低于饱和压力后，随着压力降低一部分气体已从地层原油中逸出，溶解于原油中的气量减少，故溶解气油比Rs减少。
如果将油、气加压溶解，则随着压力的增加，溶解气油比越来越大，当P＝P b (饱和压力)时，溶解气油比为Rsi，气体全部溶解完毕，压力继续增大直到原始典型的未饱和油藏的溶解曲线.我国油田名称R si(标) M3／m3大庆油田P层48.2 大港西区44 井M层37.3 胜利油田营一4井70.1 孤岛渤26—18井G层27.5 任丘油田Ps层7.0 玉门油田L层65.8应用：原始溶解气油比高：油藏弹性能量高。
油层物理 第四章(饱和度等)
Vou So 100% V pe
式中： So、Sg、Sw——分别为油层条件下的油、气水饱和
Vwu Sw 100% V pe
度，小数或百分数；
Vou、Vwu——油层条件下的油、水体积（cm3）； Vpe——岩样有效孔隙体积（cm3）。
So (100 So Sw )
通过实验室测定并计算饱和度时，应当是指那些储存 在岩石有效孔隙（连通孔隙），处于油层压力、温度下 （有大量天然气溶解于油及水中，改变了它们的体积）的 饱和度。即如下各式所示：
三、由压缩系数导出的几个有用公式
1 dV Cb b Vb dp Cb dp
p
A h A hoeCb ( p po )
h ho eCb ( p po )
h、ho——分别为压实前与压 实后的地层厚度（m）
dVb Vb
C p p
二、孔隙体系压缩系数的测定
（1）孔隙压力保持恒定，改 变围压，其计算公式如下：
1 V p Cp Vb p
i
Cp——孔隙体积压缩系数，（1/MPa） Pi——孔隙压力（ MPa ）
——围压（ MPa ）。
（2）围压保持恒定，改变孔 隙压力，其公式：
S w a log K C a与C为常数， S w含水饱和度， K为渗透率
3、按孔隙度－渗透率－束缚水饱和度的关系计算束缚水饱 和度 对于一个油层，束缚水饱和度，孔隙度与渗透率的变化关 系可用公式
S wi a1 a 2 log K C S wi a1 a 2 2 a3 log K a 4 (log K ) 2 C a1，a 2，a3，a 4，C均为经验常数
剩余油饱和度 残余油饱和度
油层物理1.3
★ 特殊岩心分析 (1)半渗隔板法 (2)离心法
2. 矿场方法
★ 测井资料解释法 (1)电阻率测井 (2)脉冲中子俘获法
3. 试井方法
(1)压力降落试井 (3)干扰试井 (2)压力恢复试井
6. 应用： 储量计算
(1)原始含油饱和度
Soi =1- Swc
(2)储量计算：
N=Ahφ(1-Swc )/ Bo
或 N=Ahφ(1-Swc)ρo /Bo
(m3) (t)
三、 残余油饱和度(residual oil saturation) 1 . 残余油
被工作剂驱洗过的地层中被滞留或闭锁在岩 石孔隙中的油。
二、几种重要的饱和Байду номын сангаас 1. 束缚水饱和度(irreducible water saturation)
★束缚水定义 分布和残存在岩石颗粒接触处和微细孔隙中或吸 附在方式骨架颗粒表面的不能流动水称为～ . ★束缚水饱和度定义 束缚水的体积占岩石孔隙体积的百分数，常用Swc 表示。 ★影响束缚水饱和度的因素 (1)岩石的孔隙结构
2. 残余油饱和度
残余油体积占储层孔隙体积的百分数
3. 剩余油
未被工作剂驱扫或波及到的油 ★ 应用－－计算采收率
四、油气水饱和度测定方法 常规岩心分析 实验室 方法
特殊岩心分析
静态分析 动态分析
矿场方法
测井方法 示踪剂方法 油藏工程方法
1. 实验室方法
★ 常规岩心分析
(1)蒸馏抽提法
(2)常压干馏法
§1.3 储层流体饱和度
一、流体饱和度
1. 定义
单位孔隙体积中流体所占的百分数
Vi Vi Si V p Vb
其中：V —— 孔隙中流体的体积； i Vp —— 孔隙体积； Vb —— 岩石外表体积； φ —— 岩石的孔隙度； S i —— 流体饱和度；
高等油藏物理 第4章-油层物理
B o i C e ( Pi Pb ) B o b (1 S w i )
2.1.2 天然水驱采收率
N N or N 1 S or B oi
1 S wi B o
2.1.3 气驱和溶解气驱采收率
N N or N 1 S or B oi
1 S wi B o
2.2 波及系数和洗油效率
1
or
S oi
S oi
2.2.3 原油采收率和波及系数、洗油效率的关系 ER=V采出/V原始 =[ V原始－(V未波及+V波及区剩余)]/ V原始 =( V波及－V波及区残余)/ V原始 =( AShSφSoi－AShSφSor)/( AhφSoi) =( AShS/Ah)×(1－Sor/Soi) =EV ED 显然，原油采收率是体积波及系数和洗油效率的
3.1 二氧化碳(Carbon dioxide flooding)驱
二氧化碳驱通常 分为两种：水驱二氧 化碳段塞和二氧化碳 水驱。
3.2 烃类气体混相驱
(1).干气混相过程 干气实现混相的条件 是油中必须含有足够的轻 烃组分和足够高的注入压 力。 (2).富气混相过程
(3).液化石油气混相过程
4 微生物采油
微生物采油：通过有选择地向油层注入微生物基 液和营养液，使得微生物就地繁殖生长，其代谢 产物与原油产生物化作用。
驱油机理：
⑴降低原油粘度，代谢产物中的CH4、H2、CO2、H2S 等气体使原油体积膨胀，代谢产物与原油互溶（乳 化），降低原油粘度。
⑵产生有机酸（表面活性剂），降低界面张力。
2.2.1 波及系数
被工作剂驱扫过的油藏体积百分数，称为波及系数， 或体积波及系数。
Ev As hs A h
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饱和度的不同名称
在勘探阶段（油藏还没有投入开发以前）所测的流 体饱和度
原始含油饱和度 原始含气饱和度
在开发阶段测定的流体饱和度
含油饱和度 目前含油饱和度
含气饱和度 目前含气饱和度
原始含水饱和度 束缚水饱和度பைடு நூலகம்
含水饱和度 目前含水饱和度
到开发后期，剩留油在油层内不可流动时。
剩余油饱和度 残余油饱和度
二、影响储油（气）岩石流体饱和度的因素
0.1
(0.3 0.2)
适用于渤海湾盆地上第三系地层（强亲水性，胶结疏松砂岩） 的关系式
log Swi 0.18 (1.5log MD 3.6) log 0.18
(0.3 0.2)
（2）适用于低孔隙度（<20％）砂岩储层的通式
log(1
S wi
)
B0
第四章 储油（气）岩石流体饱和度和其它物理性质
§1 储油（气）岩石的流体饱和度
一、流体饱和度的概念
某种流体在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为该流体的饱和度。
石油在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为油饱和度（含油饱和度）。 地层水在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为水饱和度（含水饱和度）。 天然气在岩石孔隙中占据空间体积的百分数或小数即为气饱和度（含气饱和度）。
（1）储油（气）岩石的孔隙结构和渗透性：储油（气）岩石的孔 隙结构和渗透性是影响油气饱和度的关键因素。一般来说，孔隙半径 大、孔喉比值小、孔隙配位数大（孔隙连通系数接近1）、孔隙曲折 度小、孔隙内壁光滑，那么岩石渗透性好，油气排驱水的阻力就小， 因而油气饱和度就高，反之就低。
（2）储油（气）岩石的表面性质：储油（气）岩石颗粒较粗、比 面小，那么颗粒表面吸附水就少，残余水饱和度低，这样油气饱和度 就高；相反油气饱和度就低。除此，岩石润湿性也影响着油气饱和度， 譬如亲水的岩石，油气就难将水排出，因而油气饱和度就低；相反， 亲油的岩石，油气就易将水排出，使得油气饱和度增高。
So
Vou Vpe
100 %
Sw
Vwu V pe
100 %
So (100 So Sw )
式中：
So、Sg、Sw——分别为油层条件下的油、气水饱和 度，小数或百分数；
Vou、Vwu——油层条件下的油、水体积（cm3）； Vpe——岩样有效孔隙体积（cm3）。
通过实验室测定并计算饱和度时，应当是指那些储存 在岩石有效孔隙（连通孔隙），处于油层压力、温度下 （有大量天然气溶解于油及水中，改变了它们的体积）的 饱和度。即如下各式所示：
计量干馏出的水和油的体积。
一般根据岩心测定的含油饱和度均较地下的低，只在一下 情况下较为接近： 1、已经水淹的地区残余油中不含或很少含溶解气； 2）在压力衰竭带钻取岩心，由于压力降低可导致流体收缩、 溢流和被逐出，因而测出的饱和度普遍偏小，实际应用中 可根据实验室测得的数据乘以原油的地层体积系数，再乘 以一个校正系数（1.15）大致可以获得校正。
三、储油（气）岩流体饱和度的测定及其研究方法
岩心直接测定方法 岩心间接测定法 油层物理模型 测井计算方法
一、实验室岩心直接测定法
1、蒸馏法
使用溶剂（甲苯或四氯化碳）抽 提出岩心内流体
（实验测定用的溶剂一般采用比 重比水小而沸点比水高的溶剂）
So
(W1
W2 Ww )
Vp o
W1 抽提前岩心的重量
适用于渤海湾下第三系（东营－沙河街组二段）地层的关系式
log S wi
0.36 (1.5log MD 3.6) log
0.114
(0.4 0.25)
适用于大庆油田各主力层系及我国东部地区下第三系中下部 地层的关系式
log
S wi
0.36
(1.5log
MD
3.6) log
So
Vobo
eVb
100 %
Sw
Vwbw
eVb
100 %
So (100 So Sw )
式中：
So、Sg、Sw——分别为油层条件下的油、 气水饱和度，小数或百分数；
Vb——岩样体积（cm3）；
Vo、Vw——在标准状况下抽提和蒸馏出来
的油、水体积（cm3）；
bo、bw——油层条件下油和水的体积系数， 小数。
（3）油气性质：油气相对密度不同，直接影响到油气的饱和度。 其次是油气粘度，一般来说，较稠的油粘度大，所受的阻力也大，这 就减少了排水动力，使油气不易进入孔隙，残余水含量高，因此油气 饱和度变低；反之油气饱和度高。
（4）油气排水的动力：油气排水的动力大，则被排出的水就多， 油气饱和度就高；相反就低。
W2 经抽提、洗净烘干后岩心的重量
W3 测出的水的重量
Vp 岩样的孔隙体积
2、干馏法
测定原理：通过仪器对岩心进行 高温烘烤，冷凝收集以及相关校 正后得到油水体积。
一般加温过程分二个阶段 第一个阶段是先均匀加温至350－ 360度（20－30分钟），主要目的 是将岩样中的束缚水解吸 第二个阶段为进一步加温至500左 右（20－30分钟），主要目的是 将岩样中的石油干馏出来。
(B1
log
MD
B2
)
log
1
B3
B0，B1，B2，B3为经验常数；B0＝0，B1，B2可视为常数，B1 9.8，B2 3.3，
B3与压实程度和润湿性有关，一般为0.7 0.8
（1）高、中孔隙度（≧20％）砂岩储层通式
log Swi A0 ( A1 log MD A2 ) log A3 A1，A2为近似常数；A1＝1.5，A2 3.6 A0，A3与砂岩的孔隙度、胶结程度、润湿性以及油藏类型有关。 A0随胶结程度变弱，随孔隙度增大和亲水性变强而减小，A3变化 正好相反
如何取得保持流体原始状态的岩心也是准确 确定残余油饱和度的关键，一般采用岩心压 力保持取心筒或密闭取心筒等装置。
二、岩心间接分析法
用岩石相对渗透率与流体饱和度的关系曲线确定束缚 水饱和度和残余油饱和度
三、经验关系法（油层物理模型）
1、按粒度中值，有效孔隙度计算束缚水饱和度
根据我国大庆、胜坨、大港、高河西、老君庙油田岩心实测数据的 统计，发现束缚水饱和度为其粒度中值及连通孔隙度的函数，当粒 度中值在0.04-0.3变化时，对于一个粒度中值，束缚水饱和度与孔 隙度之间的经验方程趋于双对数曲线形式