第二章 油藏流体的物理性质
第二章油藏流体的物理性质
油藏包括两个部分：油藏岩石和油藏流体。油藏流体是指油藏岩石孔隙中的石油、天然气和地层水。油藏流体的特点是处于高温高压下，特别是其中的石油溶解有大量的烃类气体，使其与地面的性质有较大的差别。由于地下压力温度各油藏十分不同，因此油藏中流体处于不同的相态，可能为单一液相，也可能是单一的气相，可能处于油气两相等。
油藏流体在什么压力、温度条件下出现什么相态，各相态的物理性质和物理化学性质如何？这就是本章所要研究的内容。
第一节天然气的高压物理性质
一、天然气的组成及特点
1、定义：
1）地下采出来的可燃气体统称为天然气。
2）是指在不同地质条件下生成，并以一定压力储集在地层中的气体。
2、组成
以石碏族低分子饱和烃气体和少量非烃气体组成的混合物。其化学组成：甲烷（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6），丙烷（C3H6），丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）含量不多。此外天然气中还含有少量非烃气体，如硫化氢、CO2、CO、N2、He、Ar等。
3、天然气分类
1）按矿藏特点
气藏气、油藏凝析气、油藏气。
2）按组成
干气：每一标准m3井口流出物中，C5以上烷液体含量＜13.5cm3。
湿气：每一标准m3井口流出物中，C5以上烷液体含量＞13.5cm3。
富气：每一标准m3井口流出物中，C3以上烷液体含量＞94 cm3。
贫气：每一标准m3井口流出物中，C3以上烷液体含量＜94 cm3。
3）按硫含量
净气（洁气）：每m3天然气中含硫＜1g。
酸气（酸性天然气）：每m3天然气中含硫＞1g。
4、天然气组成的表示方法
重量组成
体积组成，摩尔组成。
二、天然气的分子量和比重
1、分子量
天然气是多组份的混合气体，本身没有一个分子式，因此不能象纯气体那样，由分子式算出其恒定的分子量。
视分子量：把0oC,760mmHg，体积为22.4ml的天然气所具有的重量定义为天然气的分子量。
天然气的视分子量是根据天然气的组分和每种组分的含量百分数计算出来的，也就是说天然气的组成不同，其视分子量也不同，天然气的组成相同，而各组分的百分数比不同，其视分子量也不同。
若已知摩尔组成Yi和i 的分子量Mi，其视分子量可表示为
M=∑yiMi
二、比重
1、比重：地下天然气的密度可以定义为地下单位体积的天然气质量。ρg =mg/vg。由于地下天然气处于高压下，因此其体积被大大压缩，故其密度就比地面的大得多。
2、相对比重
定义：在相同压力温度条件下，天然气密度与干燥空气比重的比值，r=ρg/ρa。
三、天然气的状态方程
1、理想气体状态方程
根据波义耳—查理定律，理想气体状态方程为：PV=nRT。所谓理想气：1)气体分子的体积、质量可忽略不计；2气体分子之间无作用力(吸力与排斥力)。
2、范德华方程式
对于实际气体来说，除低压条件下，近似服从理想气体状态方程外，一般都与理想气体状态方程发生偏差，特别是在高压下，分子间的距离缩短了，其相互间作用力已经不能忽略。
3、天然气状态方程
范德华方程较繁琐，为了工程计算方便引用一个系数z，压缩因子。
PV=znRT z=PV/nRT
现在取1mol理想气体和实际气体，在相同P、T下进行比较。
理想气体：z0=Pv0/RT 实际气体：zg=PVg/RT
已知z0=1、则：zg=zg/z0
因此，压缩因子实际上是实际气体与理想气体的一个偏差系数。
即表示1mol真实气体的体积在相同T、P下与理想气体的体积偏差。Zg=0.3—1.7。
四、压缩因子的确定
1、查表法。
2、比重法。
3、对应状态定律法。
1)对应状态定律：在相同的对应状态下(对应P、T相同)的气体，对理想气体状态方程的偏差相同，应即具有相等的z值。处于相同的对应状态，即气体具有相等的对应温度(Tr)，对应压力(Pr)和对应体积(Vr)。Tr=T/Tc Dr=D/Dc。
2)计算步骤
a、计算视临界压力和视临界温度。
Tpc=∑yiTci Tci和Pci分别表示气体的临界温度和压力。
Ppc=∑yiPci yi组分i的摩尔数。
b、计算视对应温度Tpr和视对应压力Ppr
Tpr=T/ Tpc= T/∑yiTci
Ppr=P/ Ppc= P/∑yiPci
c、根据视对应参数求z值。
按图，据Ppr和Tpr查出z。
五、天然气体积系数和压缩率
1、天然气体积系数
定义：指气体在地层条件下的体积与在标准状况下所占体积的比值。Bg=V/V0。由于V< 标准条件：P0V0=z0nRT V0= z0nRT/ P0 实际条件：P V= znRT V= znRT/ P 又z=1，P0=1大气压，Bg=z(273+t)/ P0(273+t0) 在实际油气层中，由于温度基本上保持不变，而地层压力不断变化。因此Bg=Cz/P。 2、天然气的压缩率 定义：是指压力每改变一个大气压时，气体体积的变化。 六、天然气的粘度 1、定义：天然气体内部磨擦阻力的量度，它不仅对油气的运移和聚积，而且对油气田的开发，都是一个很重要的参数。 2、影响因素 天然气的粘度与T、P和气体组成有关。在低压下，气体粘度与分子平均运动速度、平均自由行程(分子两次碰撞之间所达的平均距离)密度ρ有关。 第二节油藏烃类的相态 石油和天然气的化学组成主要是一些复杂的碳氢化合物的混合物。常T、P下，1－4个碳原子的烃类为气体，即天然气。5－16个碳原子烃类为液体，16个以上碳原子的烃类为固体，即固态的石碏。 在油层的温度和高压条件下，当气体完全溶于石油时，地层烃类就处于单一的液体状态。而当地下的气体数量较多或油层压力不够高时，气体不能全部溶解于石油时，烃类体系就处于石油和气体两相状态。如果气体数量特别多，油量少，油质轻，地层压力很高时，则油可能溶于天然气中，成分单一的气体状态存在，这就是凝析气田。 油层内烃类体系的物理性质，化学性质和化学组成可以是均匀的，也可以是不均匀的。一个体系中，物理性质、化学组成完全均匀部分叫相。相与相之间有分界面，通过这个界面，宏观物理和化学性质发生突变。相态特征由化学组成、T、P三者决定。烃类化学组成是内因，T、P是条件。 一、石油商品性质 1、按原油中硫的含量：硫臭味，不利炼油、燃烧。SO2污染环境。 少硫原油－原油中硫含量在0.5%以下。 含硫原油－原油中硫含量在0.5%以上。 2、按原油中胶质－沥青质的含量，胶体结构，影响原油流动性。 少胶原油－原油中胶质－沥青质含量在8%以下。 胶质原油－原油中胶质－沥青质含量在8－25%之间。 多胶原油－原油中胶质－沥青质含量在＞25%。 3、含蜡量：蜡量影响原油凝固点，蜡量越高其凝固点亦越高，对采油和原油输送带来不少麻烦。 少蜡原油－原油中蜡＜1%。 含蜡原油－原油中蜡1－2%。 高含蜡原油－原油中蜡＞2%。 二、油藏烃类的相态特征 1、单组分体系 由一种组分组成的体系，例如乙烷气体。如图AC曲线称为饱和蒸气压线，曲线上方为液相，下方为汽相，它反映的乙烷由液相转变为气相的压力－温度条件。饱和蒸气压曲线上每点都代表液气两相共存。 泡点：温度一定，开始从液相中分离出来第一批气压力。 露点：温度一定，开始从气相中凝结出第一批液滴压力。 曲线端点C称为临界点。处于该点的T、P称为临界温度和临界压力。 2、双组分体系 相图为两组份各点50%的中央的曲线部分，两侧为单组分相图。实线部为泡点线，虚线部分为露点线。临界点C是泡点线与露点线碰头的地方。 1）、混合物的临界压力都高于各该线组份临界压力，混合物的温度都居两组份的临界温度之间。 2）、混合物中哪一组份的含量占优势，露点线就靠近哪一组分的蒸气压线。 3）。两组分的分配比例越接近，相图C+g面积就越大，反之则小。 3、多组份体系 1）相图特征 APCTB线内是两相压，AC为泡点线，它是两相区与液相的分界线；BC为露点线，它是两相区和气相区的作出分界线。T为两相共存的最高温度，通常称之为临界凝析温度；P点是两相共存的最高压力，通常称之为临界凝析压力。 2）油气藏类型 1点代表一特定多组份烃类的原始压力和温度，在此条件下，该烃类系统是单相液态，即原油。1点代表是一个饱和油藏。 2点代表一个有气顶的油藏，原油被气体所饱和。 3点代表的是气藏。 4点在C点及ADCTB线之外，处于气态为一气藏，压力下降到d2时，进入两相区，气相中有液相析出，称反凝析，反凝析气藏，C与T之间，第二露点d2。 第三节油气系统的溶解和分离 一、天然气在原油中的溶解度 1、概念 单相分气体在液体中溶解服从亨利定律：Rs=ap a这溶解系数，为一常数，对于不易互溶的气－液系统是合适的。 对于多组份结构相近的烃类气体，则有较大的偏差，不是一个常数。 2、影响因素 1）压力。T不变时，随P升高而升高，天然气在原油中的溶解度是无限的，受P和天然气量限制。 2）、T、P不变时，随T升高而减少。 3）、天然气的成分。 甲烷在原油中溶解度远比乙烷和丙烷小。单组分烃的分子量越大，在原油中溶解度越大。 4）原油的性质。 相同T、P下，同一种天然气在轻质油中溶解度大于其在重质原油中的溶解度。在任何温度和压力下，油气组成越接近，烃类气体在原油中的溶解度就越大。 二、相态方程 要想从数量上表明系统中油气的变化就必须寻求出表征T、P、油气组成与溶解度的关系表达式，这种表达式就是相态方程。 相态方程实质上是给出了一个组成已知的烃类系统，在不同P、T下液相数量Nl和各组分在液相中的浓度Xi的变化情况。也可算出yi和Ng。 收敛压力：对于双组份体系就是给定T、P等于临界温度、压力时，所有组分的大值等于1。 三、油气分离 在采油中，经常遇到的是天然气从石油中分离的总量，即脱气问题。当油层中的压力降低到饱和压力时，溶解气将从原油中分离。压力降低，分离气量增加，温度升高，分离气 量也增加。另外，分离方式还与脱气方式有关。 油气分离方式有两种基本类型：接触分离，微分分离。 1、接触分离（一次脱气） 油气分离过程中分离出的气体与油始终保持接触，系统的组成不变。 一次将油层压力降至某一压力，测量分离的气量。在整个降压过程中，分离的气体不排出容器，而是在指定压力下才分离出来。在引出气体之前，气体与原油长时间接触，建立热力平衡，油气系统总的组成不变。 一次脱气分离出的气量较多，而且分出的气体较重，含轻质油较多。为了减小轻质油的损耗，获得更多的地面原油，则采用多级脱气。 多级脱气：在脱气过程中，将每级脱出的气体排出后，液相再进行下一次脱气。 2、微分分离（微分脱气或差异脱气） 在分离过程中，随着气体的分出，不断地将气体放掉，亦即脱气是在系统组成不断变化条件下进行的。不难看出，微分脱气与多级脱气有其共性，即两者都是将气相放掉，系统组成随之改变的脱气过程，不相同地方，微分脱气级数远远大于多级脱气的级数，而每一级分出的气量又很小。 在采油过程中，当油层压力降低了，至饱和压力以后时，从原油中分离出的气体，一部分进入出口（微分脱气），另一部分则溶解于油层中，直到完全降落时为止（接触分离）。因此，石油从油层到井筒和油气分离器，整修过程实际上是混合脱气。 第四节地层油的高压特性 一、地层油的溶解油气比 1、定义：地层油的溶解油气比Rs是指在油藏温度和压力下地层油中溶解的气体量。其与溶解度的概念是一样的。 2、原始溶解油气比 在油藏温度和油藏原始压力下的溶解油气比，称为原始溶解油气比，以Rsi表示。二、地层油的体积系数 地面原油当其处于地下时，溶解一定量的天然气，其体积总是或多或少的有所增大，其增大值以体积系数来表示。 1、单相体积系数 1）概念 地层压力高于或等泡点压力时，地层石油成单相时的体积与地面脱气石油体积之比值。 地层油脱气后体积变化的大小，还可采用收缩率这一概念。 收缩率定义：1立方米地层油采到地面以后，经过脱气而发生体积收缩的百分数，2）、影响因素 a、压力 当压力小于饱和压力时，随着压力的增加，溶解于石油中的气量也随之增加，故地层石油的体积系数，随压力的增高而增大。当压力等于饱和压力时，溶解于石油中的天然气达最大值。这时地层油的体积系数最大，当压力大于饱和压力时，随着压力增加，使石油受到压缩，因而石油的体积系数将随着压力增加而减小。 b、温度 c、脱气方式 一次脱气：气体较多，而液体少，V os小，体积系数大。 多次脱气：气体较多，而液体少，V os大，体积系数小。 2、地层油两相体积系数 当地层压力降低到低于饱和压力时，地下原油体积变化可由三阶段来说明。 从P0→Pb（饱和压力），B0→Bb但无自由气体形成。 当Pt＜饱和压力Pb时，由于大量气体，石油处于两相，这时体积系数称为原油两相体积系数。定义：当油层压力低于饱和压力时，地层石油和析出气体的总体积与它在地面脱气石油体积之比值。 三、地层油的压缩系数 1、定义：在高于或等于饱和压力下，由于地层石油溶解大量的天然气，使得地层石油比地面脱气后具有更大的弹性或压缩性。地层石油的弹性或压缩性的大小，通常用压缩系数Co表示。定义：单位体积地层石油在压力改变一个大气压时体积的变化率。 2、影响因素 地层石油的压缩系数主要取决于石油和天然气的组成，溶解气量以及压力、温度。 地层P、T愈高，石油的轻组份愈多，溶解气量愈多，则石油的压缩系数就愈大。地层石油的Co不是定值。 四、地层石油的粘度 地层石油的粘度是反映原油在流动过程中内部的磨擦阻力。地层石油的粘度取决于它的化学组成，溶解的含量以及T、P条件。从化学组成来看：重烃、非烃含量对地层粘度有很大影响，胶质－沥青质含量多，增大了原油分子的内磨擦力，从而使原油粘度增大。 石油中溶解气量：气体量多，磨擦变小，粘度变低。 温度：温度升高，粘度降低。 压力：P>Pb时，地层油粘度随压力增加而稍有增大，当压力低于饱和压力，则随压升高，油中溶解气量增加，地层油急剧下降。 第五节地层水的高压物性 地层水也叫油田水，可分为底水、边水、层间水、束缚水。 一、地层水的组成和分类 地层水因与岩石和油接触含有溶解的固相物质，主要是氯化钠，称为盐水或卤水。一般比海水高。 矿化度：油层水中含盐量多少，矿化度的浓度大小表示：mg/l 地层水中常见的阳离子：Na+K+Ca2+Mg2+等。 阴离子有：cl-SO4- HCO3- 按地层水中主要离子的当量比，把水划分为：Ca Cl2Mg Cl2Na HCO3和Na2 SO4四种类型。主要为Na HCO3和Ca Cl2两种类型。 二、地层水的高压物性 由于地层水含有大量的盐，所以溶解的天然气量都很少，溶解对高压物性的影响降至次要地位，地层水高压物性主要受含盐量（矿化度）的控制。 1、天然气在地层水中的溶解度 天然气在地层水中的溶解能力，主要取决于压力，并随压力的增加而增加。而温度影响较小，一般随温度升高而降低。与含盐量关系是随含盐量增加而减少。 总之，天然气在地层水中溶解度一般是很低的，但如果油田水体积很大，那么溶解于水中天然气还是很可观的，有的甚至可以开采。 2、地层水的压缩系数 单位体积油层水在压力改变一个大气压的体积变化率，其受T、P和溶解的天然气多 少的影响。 地层石油及水和储油岩石的压缩系数整个构成了油气藏的弹性能量。当地层压力高于饱和压力时，就是靠弹性能量，采出地层中的石油。因此研究地层油水岩石压缩性有更大意义。 3、地层水的体积系数和粘度 由于地层水含盐量大，溶解气量少，使得地层水在地下体积与其在地面的体积相差极少。 地层水的粘度主要受温度控制。P随T升高，粘度急剧减小。与压力P几乎无关。矿化度高，粘度增大。 流体的物理性质 流体流动与输送过程中，流体的状态与规律都与流体的物理性质有关。因此，首先要了解流体的常见物理和化学性质，包括密度、压力、黏度、挥发性、燃烧爆炸极限、闪点、最小引燃能量、燃烧热等。 一、密度与相对密度 密度是用夹比较相同体积不同物质的质量的一个非常重要的物理量，对化工生产的操作、控制、计算等，特别是对质量与体积的换算，具有十分重要的意义。 流体的密度是指单位体积的流体所具有的质量，用符号ρ表示，在国际单位制中，其单位是ke／m3。 式中m——流体的质量，kg； y——流体的体积，m3。 任何流体的密度都与温度和压力有关，但压力的变化对液体密度的影响很小(压力极高时除外)，故称液体是不可压缩的流体。工程上，常忽略压力对液体的影响，认为液体的密度只是温度的函数。例如，纯水在277K时的密度为1000kg／m3，在293K时的密度为998．2kg ／m3，在373时的密度为958．4kg／ms。因此，在检索和使用密度时，需要知道液体的温度。对大多数液体而言，温度升高，其密度下降。 液体纯净物的密度通常可以从《物理化学手册》或《化学工程手册》等查取。液体?昆合物的密度通常由实验测定，例如比重瓶法、韦氏天平法及波美度比重计法等。其中，前两者用于精确测量，多用于实验室中，后者用于快速测量，在工业上广泛使用。 在工程计算中，当混合前后的体积变化不大时，液体混合物的密度也可由下式计算，即： 式中ρ—液体混合物的密度，kg／ms； ρ1、ρ2、ρi、ρn——构成混合物的各纯组分的密度，ks／m3； w1、w2、wi、wn——混合物中各组分的质量分数。 气体具有明显的可压缩性及热膨胀性，当温度、压力发生变化时，其密度将发生较大的变化。常见气体的密度也可从《物理化学手册》或《化学工程手册》中查取。在工程计算中，如查压力不太高、温度不太低，均可把气体(或气体混合物)视作理想气体，并由理想气体状态方程计算其密度。 由理想气体状态方程式 式中ρ—气体在温度丁、压力ρ的条件下的密度，kg／m3； V——气体的体积，ITl3； 户——气体的压力，kPa； T一—气体的温度，K； m--气体的质量，kg； 油层物理第一章（） 一、掌握下述基本概念及基本定律 1.粒度组成：构成砂岩的各种大小不同颗粒的重量占岩石总重量的百分数。 2.不均匀系数：累积分布曲线上累积质量60%所对应的颗粒直径d60与累积质量10%所对应的颗粒直径d10。 3.分选系数：用累积质量20%、50%、75%三个特征点将累积曲线划分为4段，分选系数S=(d75/d25)^(1/2) 4.岩石的比面（S、S p、S s）：S：单位外表体积岩石内孔隙总内表面积。Ss：单位外表体积岩石内颗粒骨架体积。Sp:单位外表体积岩石内孔隙体积。 5.岩石孔隙度（φa、φe、φf）：φa：岩石总孔隙体积与岩石总体积之比。φe：岩石中烃类体积与岩石总体积之比。φf：在含油岩中，流体能在其内流动的空隙体积与岩石总体积之比。 6.储层岩石的压缩系数:油层压力每降低单位压力，单位体积岩石中孔隙体积的缩小值。 7.地层综合弹性压缩系数：地层压力每降低单位压降时，单位体积岩石中孔隙及液体总的体积变化。 8.储层岩石的饱和度（S0、S w、S g）：S0：岩石孔隙体积中油所占体积百分数。S g;孔隙体积中气所占体积百分数。S w：孔隙体积中水所占体积百分数 9.原始含油、含水饱和度（束缚水饱和度）S pi、S wi：s p i:在油藏储层岩石微观孔隙空间中原始含油、气、水体积与对应岩石孔隙体积的比值。S wi:油层过渡带上部产纯油或纯气部分岩石孔隙中的水饱和度。 10.残余油饱和度：经过注水后还会在地层孔隙中存在的尚未驱尽的原油在岩石孔隙中所占的体积百分数。 11.岩石的绝对渗透率：在压力作用下，岩石允许流体通过的能力。 12.气体滑脱效应：气体在岩石孔道壁处不产生吸附薄层,且相邻层的气体分子存在动量交换，导致气体分子的流速在孔道中心和孔道壁处无明显差别 13.克氏渗透率：经滑脱效应校正后获得的岩样渗透率。 14.达西定律：描述饱和多孔介质中水的渗流速度与水力坡降之间的线性关系的规律。 15.等效渗透阻力原理：两种岩石在其他条件相同时,若渗流阻力相等,则流量相等。 第一篇地震岩石物理学及在储层预测的应用 Seismic Rock physics Theory and the Application in Reservor Discrimination 摘要 储层预测研究主要在于弄清储层构造特征、岩性特征及储层参数，进而减少勘探开发风险。储层参数包括孔隙度、渗透率、流体类型等，而地震资料提供的是地震波旅行时和振幅信息，再通过反演可得到弹性参数。地震岩石物理学则为储层参数和弹性参数之间搭建桥梁。横波速度是重要的地球物理参数在近些年发展起来的叠前地震储层弹性参数反演及流体检测方面起着重要的作用。地震横波速度估计技术是根据地震岩石物理建立的目标岩石模量计算模式，利用计算出的模量重建纵波曲线，与实测曲线建立迭代格式修正岩石模量，实现横波速度等关键参数估计。在方法实现上利用了Xu-White模型为初始模型。流体因子是识别储层流体的重要参数，常规流体因子多是基于单相介质理论提出的，而从双相介质岩石物理理论出发可以更好的研究孔隙流体对介质岩石弹性性质的影响，为敏感流体因子的构建提供更好的指导。本文采用了Gassmann流体因子，并分析了其敏感性。 关键词：等效介质模量，孔隙度，横波速度估算，Xu-White模型，Gassmann流体因子。 Seismic Rock physics Theory and the Application in Reservor Discrimination Abstract The study of reservoir prediction is mainly to investigate the characteristics of reservoir structure,lithologic features and reservoir parameters,aim to reduce the risk of exploration. Reservoir parameters include porosity,permeability,fluid type,etc,But seismic data only reflects on seismic traveltime,amplitude information,and elastic parameters which can be obtained throuth seismic inversion.Seismic rock physics builds bridges for reservoir parameters elastic.S-wave velocity, an important geophysical parameter,plays an important role in pre-stack seismic reservoir elastic parameter inversion and fluid detection witch developed in recent years.The seismic shear wave velocity estimation technique is based on the rock mass calculation model established by the seismic rock physics, reconstructs the longitudinal wave curve with the calculated modulus, establishes the iterative pattern with the measured curve to correct the rock modulus, and obtain the key parameters such as the shear wave velocity.The Xu-White model was used as the initial model in the method implementation. Fluid factor is an important parameter to identify reservoir fluid. Conventional fluid factors are mostly based on the theory of single-phase medium. From the theory of biphasic medium rock physics, it can be better to study the effect of pore fluid on the elastic properties of fluid The construction of fluid factors provides better guidance. In this paper, the Gassmann fluid factor is used and its sensitivity is analyzed. Key word:Equivalent medium modulus, porosity,Shear wave velocity estimation, Xu-White model, Gassmann fluid factor 编号：SY-AQ-08047 ( 安全管理) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 流体的物理性质 Physical properties of fluids 流体的物理性质 导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管 理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关 系更直接，显得更为突出。 流体流动与输送过程中，流体的状态与规律都与流体的物理性质有关。因此，首先要了解流体的常见物理和化学性质，包括密度、压力、黏度、挥发性、燃烧爆炸极限、闪点、最小引燃能量、燃烧热等。 一、密度与相对密度 密度是用夹比较相同体积不同物质的质量的一个非常重要的物理量，对化工生产的操作、控制、计算等，特别是对质量与体积的换算，具有十分重要的意义。 流体的密度是指单位体积的流体所具有的质量，用符号ρ表示，在国际单位制中，其单位是ke／m3。 式中m——流体的质量，kg； y——流体的体积，m3。 任何流体的密度都与温度和压力有关，但压力的变化对液体密 度的影响很小(压力极高时除外)，故称液体是不可压缩的流体。工程上，常忽略压力对液体的影响，认为液体的密度只是温度的函数。例如，纯水在277K时的密度为1000kg／m3，在293K时的密度为998．2kg／m3，在373时的密度为958．4kg／ms。因此，在检索和使用密度时，需要知道液体的温度。对大多数液体而言，温度升高，其密度下降。 液体纯净物的密度通常可以从《物理化学手册》或《化学工程手册》等查取。液体?昆合物的密度通常由实验测定，例如比重瓶法、韦氏天平法及波美度比重计法等。其中，前两者用于精确测量，多用于实验室中，后者用于快速测量，在工业上广泛使用。 在工程计算中，当混合前后的体积变化不大时，液体混合物的密度也可由下式计算，即： 式中ρ—液体混合物的密度，kg／ms； ρ1、ρ2、ρi、ρn——构成混合物的各纯组分的密度，ks／m3； w1、w2、wi、wn——混合物中各组分的质量分数。 气体具有明显的可压缩性及热膨胀性，当温度、压力发生变化 岩石物理技术在石油应用中的前景 摘要：岩石物理学与地质学、地球物理学、地球化学、力学、流体力学、材料力学、地热学、环境科学、工程学等众多学科密切相关，是一个高度的交叉的边缘学科。对油气资源的勘探开发而言，岩石物理将地质、地球物理、石油工程三个学科紧密联系在了一起。近年来，我国石油勘探的主要目标已经转变为低幅度构造、低孔低渗储集层和裂缝性复杂岩性储集层。利用岩石物理学结合现有技术在针对低电阻油层和复杂油气藏进行测井识别和油层评价时，能充分提高油气勘探效益。岩石物理学未来在石油工业中将有广阔的应用前景。 关键词：岩石物理技术；应用前景；石油 一、国内外研究和应用现状 国内岩石物理学主要研究方向包括：岩石及流体性质对弹性波传播的影响、对导电率及岩石中电磁波传播的影响和对渗透率的影响；裂缝对岩石的弹性及孔渗参数的影响；断裂力学的应用等。 在石油行业的储层勘探和开发中，如何准确的找到并划分有效储层是关键。岩石物理学是储层描述的一个重要工具，因为大多数进行储层描述的技术都是基于岩石的物理性质。岩石的物理性质能够反映地下岩石和储层的有用信息。岩石物理学具有可解释性，岩石物理是一门用来研究岩石物理参数和一些相关性质学科，其测量数据可以被解释。因此，它不仅仅是储层描述的工具，也为所有的地学家提供了物理基础。起到一个桥梁作用。目前，在石油工业的主要服务对象是储层描述和采收率监测，岩石物理学主要服务有：地震和测井解释、储量估算、提高采收率。对储层岩石物理特性的完全描述，意味着要确定各个储层、定义有关解释算法的所需岩石物理参数。对于地学家来说这是一个新的方向。储层描述技术的发展是石油工业中从勘探到开发的一个实质性的转变结果。人们估计（mark,1995）地震监测在接下来的几年中会增长到每年二十亿美元。 实际研究中利用岩石物理建模模拟各种岩石弹性参数和储集层参数之间的联系。近几年的进展包括了Karlsruhe 大学等几家研究机构利用X 射线层析成像技术模拟了部分饱和多孔隙岩石的纵波速度；Curtin 大学采用有限元建模方法 第1章流体及其主要物理性质 一、概念 1、什么是流体？什么是连续介质模型？连续介质模型的适用条件； 2、流体粘性的定义；动力粘性系数、运动粘性系数的定义、公式；理想流体的 定义及数学表达；牛顿内摩擦定律（两个表达式及其物理意义）；粘性产生的机理，粘性、粘性系数同温度的关系；牛顿流体的定义； 3、可压缩性的定义；体积弹性模量的定义、物理意义及公式；气体等温过程、 等熵过程的体积弹性模量；不可压缩流体的定义及体积弹性模量； 4、作用在流体上的两种力。 二、计算 1、牛顿内摩擦定律的应用－间隙很小的无限大平板或圆筒之间的流动。 第2章流体静力学 一、概念 1、流体静压强的特点；理想流体压强的特点（无论运动还是静止）； 2、静止流体平衡微分方程，物理意义及重力场下的简化； 3、不可压缩流体静压强分布（公式、物理意义），帕斯卡原理； 4、绝对压强、计示压强、真空压强的定义及相互之间的关系； 5、各种U型管测压计的优缺点； 6、作用在平面上的静压力（公式、物理意义）。 二、计算 1、U型管测压计的计算； 2、绝对压强、计示压强及真空压强的换算； 3、平壁面上静压力大小的计算。 第3章流体运动概述 一、概念 1、描述流体运动的两种方法（着眼点、数学描述、拉格朗日及欧拉变数）； 2、流场的概念，定常场、非定常场、均匀场、非均匀场的概念及数学描述； 3、一元、二元、三元流动的概念； 4、物质导数的概念及公式：物质导数（质点导数）、局部导数（当地导数）、对 流导数（迁移导数、位变导数）的物理意义、数学描述；流体质点加速度、不可压缩流体、均质不可压缩流体的数学描述； 5、流线、迹线、染色线的定义、特点和区别，流线方程、迹线方程，什么时候 三线重合；流管的概念； 6、线变形的概念：相对伸长率、相对体积膨胀率公式，不可压缩流体的相对体 积膨胀率应为什么？旋转的概念：旋转角速度公式，什么样的流动是无旋的？ 角变形率公式。 7、微分形式连续方程的适用条件、物理意义、公式及各种简化形式。 二、计算 1、物质导数的计算，如流体质点加速度或流体质点某物理量对时间的变化率； 中国石油大学油层物理实验报告 实验日期： 2012.11.26 成绩： 班级：石工10-15班 学号： 10131504 姓名： 于秀玲 教师： 张俨彬 同组者： 秘荣冉 张振涛 宋文辉 地层油高压物性测定 一、实验目的 1.掌握地层油高压物性仪的结构及工作原理； 2.掌握地层油的饱和压力、单次脱气的测定方法； 3.掌握地层油溶解气油比、体积系数、密度等参数的确定方法； 4.掌握落球法测量地层油粘度的原理及方法。 二、实验原理 1.绘制地层油的体积随压力的关系，在泡点压力前后，曲线的斜率不同，拐 点对应的应力即为泡点压力。 2.使PVT 筒内的压力保持在原始压力，保持压力不变将PVT 筒内一定量的地层油放入分离瓶中，记录放出油的地下体积，记录分离瓶中分出的油、气的体积，便可计算地层油的溶解气油比、体积系数等数据。 3.在地层条件下，钢球在光滑的盛有地层油的标准管中自由下落，通过记录钢球的下落时间，由下式计算原油的粘度： t k )(21ρρμ-= 其中 μ- 原油动力粘度，mPa ·s; t- 钢球下落时间，s ； ρ1、ρ2- 钢球和原油的密度，g/cm 3； k- 粘度计常数，与标准管的倾角、钢球的尺寸及密度有关。 三、实验流程 图一 高压物性试验装置流程图 四、实验步骤 1.泡点压力测定 ⑴粗测泡点压力 从地层压力起以恒定的速度退泵，压力以恒定速度降低，当压力下降到速度减慢或不下降甚至回升时，停止退泵。稳定后的压力即为粗测的泡点压力。 ⑵细测泡点压力 A.升压至地层压力，让析出的气体完全溶解到油中。从地层压力开始降压，每降低一定压力（如2.0MPa）记录压力稳定后的泵体积读数。 B.当压力降至泡点压力以下时，油气混合物体积每次增大一定值（如5cm3）,记录稳定后的压力（泡点压力前后至少安排四个测点）。 2.一次脱气 ⑴将PVT筒中的地层原油加压至地层压力，搅拌原油样品使温度、压力均衡，记录泵的读数； ⑵取一个干燥洁净的分离瓶称重，将量气瓶充满饱和盐水； ⑶将分离瓶安装在橡皮塞上，慢慢打开放油阀门，保持地层压力不变排出一定体积的地层油，当量气瓶液面下降200ml左右时，关闭放油阀门，停止排油。记录计量泵的读数； ⑷提升盐水瓶，使盐水瓶液面与量气瓶液面平齐，读取分离出的气体体积，同时记录室温、大气压； ⑸取下分离瓶，称重并记录。 3.地层油粘度测量 ⑴将地层油样转到落球粘度计的标准管中，加热至地层温度； ⑵转动落球粘度计使带有阀门的一端（上部）朝下，按下“吸球”开关，使钢球吸到上部的磁铁上； ⑶转动落球粘度计使其上部朝上，固定在某一角度。按下“落球”开关，钢球开始下落，同时计时开始。当钢球落到底部时自动停止计时，记录钢球下落时间。重复3次以上，直到测得的时间基本相同。 五、数据处理与计算 1.泡点压力的确定： 根据测定的一系列压力P和相应的累积体积差ΔV，绘制P-ΔV关系图，由曲线拐点求出泡点压力值。 表一压力与体积关系测定原始记录 地层温度：40.0℃地层压力：12MPa 粗测泡点压力P b=2.6 MPa 由P和ΔV的数据得出P-ΔV关系图，如图2所示： 第三章储层岩石的物理性质 3-0 简介 石油储集岩可能由粒散的疏松砂岩构成，也可能由非常致密坚硬的砂岩、石灰岩或白云岩构成。岩石颗粒可能与大量的各种物质结合在一起，最常见的是硅石、方解石或粘土。认识岩石的物理性质以及与烃类流体的相互关系，对于正确和评价油藏的动态是十分必要的。 岩石实验分析是确定油藏岩石性质的主要方法。岩心是从油藏条件下采集的，这会引起相应的岩心体积、孔隙度和流体饱和度的变化。有时候还会引起地层的润湿性的变化。这些变化对岩石物性的影响可能很大，也可能很小。主要取决于油层的特性和所研究物性参数，在实验方案中应考虑到这些变化。 有两大类岩心分析方法可以确定储集层岩石的物理性质。 一、常规岩心实验 1、孔隙度 2、渗透率 3、饱和度 二、特殊实验 1、上覆岩石压力， 2、毛管压力， 3、相对渗透率， 4、润湿性， 5、表面与界面张力。 上述岩石的物性参数对油藏工程计算必不可少，因为他们直接影响这烃类物质的数量和分布。而且，当与流体性质结合起来后，还可以研究某一油藏流体的流动状态。 3-1 岩石的孔隙度 岩石的孔隙度是衡量岩石孔隙储集流体（油气水）能力的重要参数。 一、孔隙度定义 岩石的孔隙体积与岩石的总体积之比。绝对孔隙度和有效孔隙度。 特征体元和孔隙度：对多孔介质进行数学描述的基础定义是孔隙度。定义多孔介质中某一点的孔隙度首先必须选取体元，这个体元不能太小，应当包括足够的有效孔隙数，又不能太大，以便能够代表介质的局部性质。 i i p U U U U M i ??=?→?)(lim )(0 φ，)(lim )(M M M M '=' →φφ 称体积△U 0为多孔介质在数学点M 处的特征体元—多孔介质的质点。这样的定义结果，使得多孔介质成为在每个点上均有孔隙度的连续函数。若这样定义的孔隙度与空间位置无关，则称这种介质对孔隙度而言是均匀介质。对于均匀介质，孔隙度的简单定义为： 绝对孔隙度：V V V V V G P a -==φ 有效孔隙度：V V V V V V n G eP --= = φ 孔隙度是标量，有线孔隙度、面孔隙度、绝对孔隙度、有效孔隙度之分。区分 U 0多孔介质孔隙度的定义 φ 第二章油藏流体的物理性质 油藏包括两个部分：油藏岩石和油藏流体。油藏流体是指油藏岩石孔隙中的石油、天然气和地层水。油藏流体的特点是处于高温高压下，特别是其中的石油溶解有大量的烃类气体，使其与地面的性质有较大的差别。由于地下压力温度各油藏十分不同，因此油藏中流体处于不同的相态，可能为单一液相，也可能是单一的气相，可能处于油气两相等。 油藏流体在什么压力、温度条件下出现什么相态，各相态的物理性质和物理化学性质如何？这就是本章所要研究的内容。 第一节天然气的高压物理性质 一、天然气的组成及特点 1、定义： 1）地下采出来的可燃气体统称为天然气。 2）是指在不同地质条件下生成，并以一定压力储集在地层中的气体。 2、组成 以石碏族低分子饱和烃气体和少量非烃气体组成的混合物。其化学组成：甲烷（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6），丙烷（C3H6），丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）含量不多。此外天然气中还含有少量非烃气体，如硫化氢、CO2、CO、N2、He、Ar等。 3、天然气分类 1）按矿藏特点 气藏气、油藏凝析气、油藏气。 2）按组成 干气：每一标准m3井口流出物中，C5以上烷液体含量＜13.5cm3。 湿气：每一标准m3井口流出物中，C5以上烷液体含量＞13.5cm3。 富气：每一标准m3井口流出物中，C3以上烷液体含量＞94 cm3。 贫气：每一标准m3井口流出物中，C3以上烷液体含量＜94 cm3。 3）按硫含量 净气（洁气）：每m3天然气中含硫＜1g。 酸气（酸性天然气）：每m3天然气中含硫＞1g。 4、天然气组成的表示方法 重量组成 体积组成，摩尔组成。 二、天然气的分子量和比重 1、分子量 天然气是多组份的混合气体，本身没有一个分子式，因此不能象纯气体那样，由分子式算出其恒定的分子量。 视分子量：把0oC,760mmHg，体积为22.4ml的天然气所具有的重量定义为天然气的分子量。 天然气的视分子量是根据天然气的组分和每种组分的含量百分数计算出来的，也就是说天然气的组成不同，其视分子量也不同，天然气的组成相同，而各组分的百分数比不同，其视分子量也不同。 若已知摩尔组成Yi和i 的分子量Mi，其视分子量可表示为 M=∑yiMi 二、比重 1、比重：地下天然气的密度可以定义为地下单位体积的天然气质量。ρg =mg/vg。由于地下天然气处于高压下，因此其体积被大大压缩，故其密度就比地面的大得多。 2、相对比重 定义：在相同压力温度条件下，天然气密度与干燥空气比重的比值，r=ρg/ρa。 三、天然气的状态方程 1、理想气体状态方程 根据波义耳—查理定律，理想气体状态方程为：PV=nRT。所谓理想气：1)气体分子的体积、质量可忽略不计；2气体分子之间无作用力(吸力与排斥力)。 2、范德华方程式 对于实际气体来说，除低压条件下，近似服从理想气体状态方程外，一般都与理想气体状态方程发生偏差，特别是在高压下，分子间的距离缩短了，其相互间作用力已经不能忽略。 3、天然气状态方程 范德华方程较繁琐，为了工程计算方便引用一个系数z，压缩因子。 第一章流体及其主要物理性质主要内容： ?预备知识：单位制及其换算关系 ?流体的概念 ?流体的主要物理性质 ?作用在流体上的力 预备知识 1、单位制 CGS=Centimeter-Gram-Second(units) 厘米-克-秒(单位制) MKFS=Meter-Kilogram-Force-Second(units) 米-千克力-秒(单位制) MKS =Meter-Kilogram-Second(units) 米-千克-秒(单位制) 2、换算关系 力：1公斤力＝9.8牛顿＝9.8×105达因 1克力＝980达因 1公斤力＝1000克力 质量：1公斤力·秒2/米＝9.8×103克 1千克＝0.102公斤力·秒2/米 第一节流体的概念 一、流体的概念 自然界的物质有三态：固体、液体、气体 从外观上看，液体和气体很不相同，但是从某些性能方面来看，却很相似。流体与固体相比，分子排列松散，分子引力较小，运动较强烈，无一定形状，易流动，只能抗压，不能抗拉和切。 流体：是一种受任何微小剪切力都能连续变形的物质。它是气体和液体的通称。 二、流体的特点 温度对粘性的影响：产生粘性的主要因素不同 （1）气体：T升高，μ变大分子间动量交换为主 （2）液体：T升高，μ变小内聚力为主 三、连续介质假设——连续性说明（稠密性假设） 1、假设的内容：1753年欧拉（数学家） 从微观上讲，流体由分子组成，分子间有间隙，是不连续的，但流体力学是研究流体的宏观机械运动，通常不考虑流体分子的存在，而是把真实流体看成由无数连续分布的流体微团（或流体质点）所组成的连续介质，流体质点紧密接触，彼此间无任何间隙。这就是连续介质假设。 流体微团（或流体质点）：基本单位 宏观上足够小（无穷小），以致于可以将其看成一个几何上没有维度的点；流体的物理性质
(完整版)油层物理
岩石物理分析
流体的物理性质
岩石物理技术在石油应用中的前景
流体及其主要物理性质
油藏流体高压物性实验报告
(完整版)第三章储层岩石的物理性质
第二章 油藏流体的物理性质
流体力学 第一章 流体及其主要物理性质资料