第四章物質(zhì)平衡法

把一個(gè)實(shí)際的油氣藏簡(jiǎn)化為封閉的或不封閉的(具天然水侵)儲(chǔ)存油氣的地下容器。在該容器內(nèi)，隨著油氣藏的開(kāi)采，油氣水的體積變化服從質(zhì)量守恒原理，依此原理所建立的方程式稱為物質(zhì)平衡方程式。由于物質(zhì)平衡方程式本身并不考慮油氣滲流的空間變化，故又將它稱為兩相或三相的零維模型。物質(zhì)平衡法的主要功能1.確定油氣藏的原始地質(zhì)儲(chǔ)量2.判斷油氣藏的驅(qū)動(dòng)機(jī)理3.計(jì)算油氣藏天然水侵量和水體儲(chǔ)量4.進(jìn)行油氣藏的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)物質(zhì)平衡法的優(yōu)點(diǎn)1.物質(zhì)平衡法依賴的地質(zhì)靜態(tài)資料較少，能避免某些復(fù)雜地質(zhì)因素帶來(lái)的困難.2.原理簡(jiǎn)單，物理意義明確.3.運(yùn)算容易，便于掌握.

物質(zhì)平衡法的缺點(diǎn)

不能進(jìn)行油氣藏的局部分析，計(jì)算結(jié)果只能反映油氣藏的總體特征物質(zhì)平衡法的應(yīng)用條件

要求油氣藏開(kāi)采一段時(shí)間，地層壓力明顯降低（大于1兆帕）和采出程度大于10%。油藏原始地層壓力:

動(dòng)態(tài)資料：地層壓力（一季度一次），油氣產(chǎn)量，油氣比，含水；

高壓物性資料：原始飽和壓力，原始體積系數(shù)，天然氣溶解度，彈性壓縮系數(shù)等；流體性質(zhì)：油氣水地面比重；

地層水、儲(chǔ)集層巖石的彈性壓縮系數(shù)物質(zhì)平衡方法所需要基礎(chǔ)資料（一）油藏飽和類型和驅(qū)動(dòng)類型的劃分（二）油藏物質(zhì)平衡方程式的建立（三）氣藏物質(zhì)平衡方程式第三節(jié)物質(zhì)平衡法原始條件的油藏劃分為如下兩大類:

1.原始地層壓力大于飽和壓力（）時(shí)，叫做未飽和油藏或欠飽和油藏；

2.原始地層壓力等于或小于飽和壓力（）時(shí)，叫做飽和油藏.（一）油藏飽和類型和驅(qū)動(dòng)類型的劃分在確定油藏飽和類型的前提下，根據(jù)油藏的原始邊外條件，即有無(wú)邊、底水和氣頂?shù)拇嬖冢瑢⒂筒氐奶烊或?qū)動(dòng)類型劃分如表4-1所示。

封閉型未飽和油藏——封閉型彈性驅(qū)動(dòng)未飽和油藏

不封閉型未飽和油藏——彈性水壓驅(qū)動(dòng)

無(wú)氣頂、無(wú)邊底水活動(dòng)飽和油藏——溶解氣驅(qū)動(dòng)

無(wú)氣頂、有邊底水活動(dòng)飽和油藏——溶解氣驅(qū)和天然水驅(qū)綜合驅(qū)動(dòng)飽和油藏

有氣頂、無(wú)邊底水活動(dòng)飽和油藏——溶解氣驅(qū)和氣頂驅(qū)綜合驅(qū)動(dòng)

有氣頂、有邊底水活動(dòng)飽和油藏——?dú)忭旘?qū)、溶解氣驅(qū)和天然水驅(qū)綜合驅(qū)動(dòng)二、油藏物質(zhì)平衡方程式通式的建立三、不同驅(qū)動(dòng)條件下的物質(zhì)平衡方程式1.物質(zhì)平衡方程式

2.物質(zhì)平衡方程式通式的建立

3.物質(zhì)平衡方程的物理意義

一、基本概念1.氣頂指數(shù)

2.驅(qū)動(dòng)指數(shù)

3.物質(zhì)平衡方程式通式

（二）油藏物質(zhì)平衡方程式建立一、基本概念

飽和油藏物質(zhì)平衡示意圖NBoimNBoi1.氣頂指數(shù)——

在地層條件下，原始狀態(tài)時(shí)氣頂內(nèi)自由氣的體積與原始狀態(tài)時(shí)含油體積之比稱為氣頂指數(shù)（m）。

油藏物質(zhì)平衡的通式是指氣頂驅(qū)，溶解氣驅(qū)，天然水驅(qū)同時(shí)存在時(shí)的綜合驅(qū)動(dòng)方式下物質(zhì)平衡方程式。3.物質(zhì)平衡方程式通式——

2.驅(qū)動(dòng)指數(shù)——驅(qū)動(dòng)指數(shù)反映了各種不同的膨脹體積占總采出體積的百分?jǐn)?shù)。一個(gè)綜合驅(qū)動(dòng)的油藏，在不同的開(kāi)發(fā)階段，各個(gè)驅(qū)動(dòng)指數(shù)的大小是不同的,但它們的總和恒等于1.0

——原始溶解氣油比，m3/m3(在標(biāo)準(zhǔn)狀況下)；

——壓力為時(shí)的溶解氣油比，m3/m3(在標(biāo)準(zhǔn)狀況下)；——累積生產(chǎn)氣油比，等于累積產(chǎn)氣量除以累積產(chǎn)油量

m3/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)；二、油藏物質(zhì)平衡方程式通式的建立1.物質(zhì)平衡方程式

2.物質(zhì)平衡方程式通式的建立

依據(jù)

在原始狀況下，油藏內(nèi)所含流體體積之和，等于開(kāi)發(fā)過(guò)程中任一時(shí)刻油藏內(nèi)所含流體的體積之和。

對(duì)于一個(gè)具有氣頂，并有邊底水作用，而其原始地層壓力等于或低于飽和壓力的油藏，其流體分布如圖所示。

綜合驅(qū)動(dòng)油藏的流體分布圖

飽和油藏物質(zhì)平衡示意圖(一)壓力為P時(shí)地層油的體積=(N-Np)Bo(二)壓力為P時(shí)地層中水的體積=——累積侵入油藏的地下體積

——累積產(chǎn)水的地下體積

1.原始狀況下地下自由氣體積又可表示為：

——原始條件下氣頂自由氣的體積，m3；

——?dú)忭斨笖?shù)

(三)壓力為P時(shí)自由氣的體積自由氣體積=原始自由氣體積+原始溶解氣體積

-累積產(chǎn)氣體積-仍溶在油中的氣體體積

2.原始溶解氣體積=

——原始溶解氣油比，m3/m3(在標(biāo)準(zhǔn)狀況下)；

3.累積產(chǎn)氣體積=

——累積生產(chǎn)氣油比，等于累積產(chǎn)氣量除以累積產(chǎn)油量m3/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)；

4.仍溶在油中的氣體體積=

——壓力為時(shí)的溶解氣油比，m3/m3(在標(biāo)準(zhǔn)狀況下)；

自由氣體積=原始自由氣體積+原始溶解氣體積

-累積產(chǎn)氣體積-仍溶在油中的氣體體積

根據(jù)物質(zhì)平衡原理，在綜合驅(qū)動(dòng)條件下，地層油的原始體積與原始?xì)忭斪杂蓺怏w積之和等于開(kāi)發(fā)到某一時(shí)刻時(shí)剩余油體積與氣頂氣體積和水的增加體積之和。

=++整理后得：

若考慮人工注水、注氣及氣頂區(qū)、含油區(qū)巖石和束縛水的彈性膨脹體積時(shí)，物質(zhì)平衡方程式的通式應(yīng)為:物質(zhì)平衡方程的物理意義

①物質(zhì)平衡方程實(shí)際上是油藏內(nèi)能量的平衡方程。它描述的是某個(gè)地層壓力下，油藏內(nèi)流體所處的狀態(tài)，以及它們之間的相互關(guān)系；

②物質(zhì)平衡方程實(shí)際上是一個(gè)代數(shù)恒等式。方程中沒(méi)有明顯存在的自變量，因此，又稱它為零維方程。但實(shí)際上，物質(zhì)平衡方程是壓力的隱函數(shù)方程，因?yàn)樯a(chǎn)數(shù)據(jù)和高壓物性參數(shù)均隨壓力變化三、不同驅(qū)動(dòng)條件下物質(zhì)平衡方程式1.未飽和油藏的封閉性彈性驅(qū)動(dòng)

這種油藏既無(wú)邊水、底水，又無(wú)氣頂，它的原始地層壓力高于飽和壓力。在油藏開(kāi)采過(guò)程中，驅(qū)油動(dòng)力主要是油藏的彈性膨脹力，即孔隙層及其中所含流體的彈性膨脹力。

根據(jù)這種類型油藏的特征，知道其滿足以下條件由滲流力學(xué)知識(shí)得從時(shí)按指數(shù)形式展開(kāi)并取其近似值因物質(zhì)平衡方程式通式為：:

2.未飽和油藏的天然彈性水壓驅(qū)動(dòng)

這種油藏具有廣泛分布的邊底水，原始油層壓力高于飽和壓力。油藏開(kāi)采過(guò)程中，驅(qū)油動(dòng)力是邊、底水的彈性膨脹力，以及油藏的彈性膨脹力。

根據(jù)這種類型油藏的特征，知道其滿足以下條件因物質(zhì)平衡方程式的通式為：

3.溶解氣驅(qū)油藏

這種油藏既無(wú)邊水、底水，又無(wú)氣頂，它的原始?jí)毫Φ扔诨蛐∮诤蛪毫?。在油藏開(kāi)采過(guò)程中，驅(qū)油動(dòng)力主要是溶解氣的分離膨脹力

根據(jù)這種類型油藏的特征，知道其滿足以下條件因物質(zhì)平衡方程式的通式為：:

壓力為時(shí)，油氣兩相體積系數(shù)

壓力為時(shí)，油氣兩相體積系數(shù)

4.氣頂驅(qū)和溶解氣驅(qū)油藏此種油藏?zé)o邊水（或底水），并且氣體的膨脹量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于束縛水、巖石的彈性膨脹量，忽略因物質(zhì)平衡方程式的通式為：:

未飽和油藏投產(chǎn)后，最初都有彈性驅(qū)動(dòng)時(shí)期，隨地層壓力降低，當(dāng)后，溶解氣析出，出現(xiàn)溶解氣驅(qū)動(dòng)。隨著地層壓力的不斷降低，壓力波不斷向外傳播，當(dāng)波及到水區(qū)后，水壓驅(qū)動(dòng)開(kāi)始明顯。注水開(kāi)發(fā)的油田，則形成人工水壓驅(qū)動(dòng)。若油藏存在氣頂，當(dāng)壓力波波及到氣頂區(qū)，就伴隨著氣頂驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)。所以，在不同的開(kāi)發(fā)階段，驅(qū)油動(dòng)力以及驅(qū)動(dòng)方式將隨著地質(zhì)條件和開(kāi)發(fā)條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化和演變。一.正常壓力系統(tǒng)下氣藏的物質(zhì)平衡方程式1.定容氣藏的物質(zhì)平衡方程式2.水驅(qū)氣藏的物質(zhì)平衡方程式(三）氣藏物質(zhì)平衡方程式水驅(qū)氣藏

純氣藏

有無(wú)邊底水的侵入正常壓力系統(tǒng)氣藏

異常壓力系統(tǒng)氣藏

氣藏壓力系數(shù)

原始?xì)獠貕毫Τ造o水柱壓力

一.正常壓力系統(tǒng)下氣藏物質(zhì)平衡方程式1.定容氣藏的物質(zhì)平衡方程式

當(dāng)原始?xì)獠貕毫Φ扔诨蚵源笥谟筒厣疃鹊撵o水柱壓力時(shí)，稱為正常壓力系統(tǒng)氣藏。

對(duì)于定容封閉型氣藏的驅(qū)氣動(dòng)力是天然氣本身的彈性膨脹力。當(dāng)氣藏從原始地層壓力降至某一開(kāi)采時(shí)期的壓力時(shí)，其變化如圖所示：P/Z與Gp的壓降圖

氣藏的壓降圖2.水驅(qū)氣藏的物質(zhì)平衡方程式

此種氣藏為不封閉型氣藏，隨著氣藏的開(kāi)采，地層壓力不斷下降，必然引起氣藏內(nèi)的天然氣、地層束縛水和巖石的彈性膨脹，以及邊水或底水對(duì)氣藏的不斷入侵。

水驅(qū)氣藏物質(zhì)平衡方程式的建立

水驅(qū)氣藏物質(zhì)平衡方程式的建立

忽略地層束縛水和巖石的彈性膨脹

天然水驅(qū)氣藏的視地層壓力與累積產(chǎn)氣量之間，并不是直線關(guān)系，兩者之間是一條曲線。因?yàn)檫叺姿驓獠氐那秩霚p緩了氣藏地層壓力的下降速度，起到了能量補(bǔ)充作用。