油层物理复习题.doc

一、名词解释
1、对比状态原理：当两种气体处于相同对比状态时，气体的许多内涵性质（即与体积大小无关的性质）如压缩因子Z、粘度也近似相同。
2、天然气压缩因子：指在给定的压力和温度下，一定量真实气体体积与相同温度、压力下等量理想气体体积之比。即Z=V实际气体/V理想气体。
3、接触分离：指在油气分离过程中分离出的气体与油始终保持接触，体系的组成不变
4、体系的组成：体系中所含组分以及各组分在总体系中所占的比例称为该体系的组成。体系的组成定量的表示体系中个组分的含量构成情况。
5、泡点压力：指温度一定时，压力降低过程中开始从液相中分离出第一批气泡时的压力。
6、露点压力：指温度一定时，压力升高过程中从汽相中凝结出第一批液滴时的压力。
7、饱和蒸汽压：指某一单组分体系在某一温度下处于热力学平衡状态时蒸汽在恒定容器内所产生的压力。反映了该组分的挥发性。若饱和蒸汽压越大则挥发性越强。
8、气液平衡比：指平衡体系中第i组分 在气相中的摩尔分数与其在液相中的摩尔分数的比值。即Ki=yi/xi。
9、束缚水：指在油藏形成过程中未被油气排驱而残存在储集层内的不再参与流动的水。
10、岩石的粒度组成：指不同粒径范围（粒级）的颗粒占全部颗粒的百分数，通常用质量百分数来表示。
11、岩石比面：是指单位体积岩石内孔隙总内表面积或单位体积岩石内岩石骨架的总内表面积。
12、胶结类型：指胶结物在岩石中的分布状况以及它们与碎屑颗粒的接触关系。
13、滑动效应：指由于气液粘度差异悬殊而导致的两者在微小孔道中的流速沿断面分布的差异现象。
14、界面张力：指任何不互溶体系中单位表面面积上所具有的自由表面能。
15、自由表面能：由于表面层分子所处力场不平衡而在表面层分子内所聚集的未曾消耗掉的多余能量。
16、吸附现象：指溶解于某一相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急剧减低该界面层的表面张力的现象。
17、润湿现象：指不相混的两相流体与岩石固相接触时，其中一项流体沿着岩石表面铺开从而降低体系表面自由能的现象。
18、润湿滞后：指三相润湿周界处所受力场不平衡时沿固体表面的移动迟缓而使润湿接触角发生改变的现象。
19、贾敏效应：泛指珠泡通过孔道狭窄处变形产生的附加阻力效应，包括液阻效应和气阻效应。
20、微观指进现象：不等径孔道中界面推进速度差异或者界面推进距离差异越来越大的现象。
21、有效渗透率：指当岩石中有两种以上流体共流时，其中某一相流体的通过能力成为某相的相渗透率或某相的有效渗透率。
22、相对渗透率：指多相流体同时渗流时，每一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。
23、流度：指流体的有效渗透率与其粘度的比值，它表示了该相流体流动的难易程度。
二、简答题
1、如何进行水型判断？
（1）当[Na+]/[Cl-]＞1时，说明水中的Na+当量数大于Cl-，会形成Na2SO4水型或NaHCO3水型。究竟是哪一种水型还要进一步判断：
（a）当＜1时，属于Na2SO4水型；
（b）当＞1时，属于NaHCO3水型。
（2）[Na+]/[Cl-]＜1时，说明水中的Cl-当量数大于Na+，会形成MgCl2或CaCl2水型。究竟是哪一种水型还要进一步判断：
（a）当＜1时，属于MgCl2水型；
（b）当＞1时，属于CaCl2水型。
2、简述天然气粘度随压力的变化规律。
天然气的粘度在高压和低压下，其变化规律不同：
（1）在低压下的气体粘度变化规律：①气体粘度与压力无关；②随温度增加气体粘度增大；③烃类气体的粘度随分子量的增加而减少；④非烃类气体的粘度较大。
（2）在高压下的气体粘度变化规律：①随压力的增加而增加；②随温度的增加而减少；③随分子量的增加而增加。
3、在油气分离的过程中，一次脱气与多次脱气的区别和联系是什么？多级脱气和微分脱气的区别和联系是什么？
（1）一次脱气与多次脱气的区别：通常一次脱气比多次脱气分离出的气量多，而油量少，亦即测出的气油比高；而且一次脱气分出的气相对密度较高，说明气体中含轻质油较多。而多次脱气时分离出的气量小，相对密度低。
（2）多次脱气与微分脱气的区别在于微分脱气的基数很多，而每次压力下降又很微小，经过很多次（甚至无数次）降压直至降到最后的指定压力（如大气压）时为止。而多次脱气只分几次降低压力。
（3）无论是哪一种脱气方式，都是在生产过程中伴随流体压力降低而出现的原油脱气现象。
4、简述典型未饱和油藏地层油各参数高压物性随压力的变化规律。
（1）地层油密度：当P<Pb时，随压力的增加，原油密度减小；当P>Pb时，随压力增加，原油密度增大。
（2）地层原油的溶解气油比：当P<Pb时，随压力的增加，溶解气油比越来越大；当P≥Pb时，随压力的增加溶解气油比不再变化。
（3）地层油体积系数：当P<Pb时，随压力的增加，体积系数增大；当P＞Pb时，随压力的增加，体积系数减小。
（4）地层油的粘度：当P<Pb时，随压力的增加，原油粘度减小；当P＞Pb时，随压力的增加，原油粘度响应增大。
5、画出单组分的P-T相图及双组分的P-T相图，比较其异同点。
比较单组分的P-T相图和多组分的P-T相图可以看出它们都有一个共同的C点即临界点，该是泡点线和露点线的交汇点，在该点处，液相和汽相的所有内涵性质诸如密度、粘度等都相同。（1分）
不同的是：
（1）单组分体系的P-T相图是一条单调的曲线，称为饱和蒸汽压线，它是泡点线和露点线的共同轨迹，泡点压力就等于露点压力；而双组分体系的P-T相图是一开口的环形曲线，CE是露点线，CAF是泡点线，泡点压力不等于露点压力。（1.5分）
（2）对于单组分体系来说，临界点所对应的温度和压力是两相能够共存的最高温度点和最高压力点。而对于双组分体系来说，临界点所对应的温度和压力已不再是两相共存的最高温度和压力，两相共存的最高温度点是CT点，最高压力点是Cp点，将此温度和压力定义为临界凝析温度和临界凝析压力。（1.5分）
（图得4分，区别得四分）
单组分体系的P-T相图

多组分体系的P-T相图

6、根据下面的相图（P-T图），判断图中的各点属于何种油气藏类型，各自有什么特点？

A点：纯油藏。在原始压力和温度下，该体系是单一液相的原油。
B点：饱和油藏。B点的压力即为油藏泡点压力或饱和压力，它是原油开始脱气的最高压力。
L点：带气顶的油藏。原始条件下油藏处于两相区，由于气、液两相的重力分离作用，原始状态下气体体积聚于油藏构造高部位，形成气顶。
E点：凝析气藏。特点是原始地层压力高于临界压力，而地层温度介于临界温度与临界 凝析温度之间，E点位于等温反凝析区的上方。
F点：气藏。特点是在等温降压的采气过程中，也不穿过两相区而始终保持单一气相。
7、下图表示不同比例的甲烷和乙烷混合物的相图，从图中可以得出哪些结论？

（1）任何双组分混合物的两相区必位于两个纯物质饱和蒸汽压线之间；
（2）混合物的临界压力都高于各组分的临界压力，混合物的临界温度则居于两纯组分的临界温度之间；
（3）随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右迁移（即向重组分饱和蒸汽压线方向偏移）；
（4）混合物中哪一组分的含量占优势，露点线或泡点线就靠近哪一组分的饱和蒸汽压线；
（5）两组分的浓度比例越接近，两相区的面积就越大；某一组分的浓度很高时，两相区的区域窄长。
8、影响地层原油的粘度有哪些因素？这些因素都是如何影响的？
（1）原油的化学组成是决定粘度高低的内因。一般来说，原油的分子量越大，则粘度越高。原油中重烃含量的多少影响原油粘度，一般原油的密度越大，粘度越高。溶解气油比越大，粘度越低。
（2）影响原油粘度的外因有温度和压力：温度升高，原油粘度降低。当压力高于饱和压力时，随压力的增大，原油粘度也相应增大，当压力小于饱和压力时，随压力的降低，原油粘度急剧增加。
9、影响孔隙度的因素有哪些？如何影响？
（1）颗粒的大小及排列方式。立方体排列的大颗粒岩石一般孔隙度比较大。
（2）颗粒的分选性。岩石颗粒越均匀孔隙度越大，岩石颗粒分选程度差时，孔隙度变小。
（3）岩石的矿物成分与胶结物质。泥质胶结的砂岩较为疏松，孔隙性较好。伴随胶结物质含量的增加，粒间孔隙显著降低。
（4）埋藏深度与压实作用。随着埋深的增加和上覆岩层的加厚，使颗粒排列更加紧密，致使孔隙度急剧下降。碳酸盐岩的孔隙度随埋深的增加而减小的趋势十分显著。
（5）成岩后生作用。一方面受构造力作用储层岩石产生微裂缝，使岩石孔隙度增加；另一方面地下水溶蚀岩石颗粒及胶结物使岩石孔隙度增加，而地下水中的矿物质沉淀充填，导致岩石孔隙度减小。
10、岩石中最常见的胶结物有哪些？如何划分胶结类型？胶结类型如何影响岩石的物理性质？
（1）岩石中常见的胶结物是泥质胶结物和灰质胶结物。泥质胶结物又称为粘土矿物，油气储层中常见的黏土矿物以高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石及混合层等含水层状硅酸盐为主；灰质胶结物以方解石和白云石等碳酸盐矿物为主。
（2）胶结类型通常取决于胶结物的成分和含量的多少、沉积条件以及沉积后的一系列变化等因素。胶结方式可分为基底式胶结、孔隙式胶结及接触式胶结。
（a）基底式胶结：胶结物含量高，胶结强度高，孔隙类型为胶结物内的微孔，储集油气物性很差；
（b）孔隙式胶结：胶结物含量不多，胶结物多是次生的，分布不均匀，多充填于大孔隙中，胶结强度次于基底胶结。
（c）接触式胶结：胶结物含量很少，岩石孔隙性、渗透性均好。
11、不同粘土矿物对储层的潜在影响表现在哪些方面？
（1）蒙皂石：蒙皂石对储层的最大伤害是它对水有极强的敏感性，特别是钠蒙皂石，遇水后体积可膨胀至原体积的600%~1000%。
（2）高岭石：高岭石对储层的潜在影响有两个方面，一是充填粒间孔隙，降低岩石渗透率；二是在流体剪切力作用下极易从岩石颗粒上脱落和破碎，造成高岭石微粒堵塞岩石孔隙喉道。
（3）伊利石：鳞片状的伊利石主要通过减小孔隙的有效渗流半径而影响储层的渗透率；而纤维毛发状、条片状的伊利石对储层的影响分三个方面，一是这类伊利石在空隙中交错分布，使储层渗透率显著降低；二是这类伊利石具有很大的比表面积并强烈吸附水，使岩石具有很高的束缚水饱和度；三是受流体剪切力作用，这类伊利石易破碎，堵塞孔隙吼道。
（4）绿泥石：储层中的富铁绿泥石遇酸会溶解并产生沉淀，从而堵塞孔隙吼道，伤害储层。
12、影响渗透率的因素有哪些？如何影响？
（1）沉积作用：一般疏松砂岩的粒度越细，分选性越差，其渗透率越低。粒度细、孔隙半径小，则岩石比面大，渗透率低。
（2）成岩作用：压实作用主要使孔隙通道急剧减小，渗透率大大降低；胶结作用使孔隙通道变小，孔喉比增加，粗糙度增大，因而使渗透率降低；溶蚀作用使孔隙度增大，对渗透率也增大。
（3）构造作用与其他作用：构造作用形成的断裂和裂隙使储层孔隙度和渗透率均增大。特别是对碳酸盐岩储层。
13、在下面的四幅图里面，都是岩石-油-水体系，要求判定各自的润湿性，并画出润湿接触角。

1——油 2——水 3——固体
14、如下图相对渗透率曲线，分析说明三个区A、B、C的特点。
（1）A区（单相油流区）：Sw≤Swi。曲线特征表现为：①水以水膜形式覆盖在岩石颗粒表面，为束缚水，不流动，对油流动影响小，油占据主要流动通道。②Krw=0，Kro→1；随Sw↑→Kro微小↓。
（2）B区（油水同流区）：
Swi<Sw<1-Sor。曲线特征表现为：①Sw较低时，水易被油打断，形成水滴、水珠，产生珠泡效应、贾敏效应，使得随

Sw微小↑→Kro↓↓；②Sw较高时，油易被水打断，形成油滴、油珠，产生珠泡效应、贾敏效应，使得随Sw微小↓→Krw↓↓；③Sw适中时，油水沿各自的一套流通通道流动，珠泡效应、贾敏效应大大降低乃至消失；④阻力效应明显，Krw+Kro出现最低值。
（3）C区（纯水流动区）：Sw>1-Sor，So<Sor。①Kro=0，非湿相油失去连续性而分散成油滴，不再流动。②油以孤立的油滴出现，产生珠泡效应、贾敏效应，使得随Sw微小↓→Krw↓↓。
三、计算题
1、天然气组成分析资料如下表：
组分
重量组成Gi
分子量Mi
甲烷
0.880
16.0
乙烷
0.043
30.1
丙烷
0.042
44.1
丁烷
0.035
58.1
（1）求各组分的摩尔组成；（小数点后保留四位有效数字）
（2）由摩尔组成计算天然气的分子量和比重。
解：（1）由，而
所以
所以

（2）由

2、天然气组成分析资料如下表：
组分
重量组成Gi
分子量Mi
甲烷
0.70
16.043
乙烷
0.14
30.070
丙烷
0.09
44.097
丁烷
0.07
58.124
（1）求各组分的摩尔组成；
（2）由摩尔组成计算天然气的分子量和比重。
解：（1）由，而
所以
所以
（2）由

3、天然气地层温度为70℃，气藏压力180个大气压，产出的气体在标准状况（P=1个大气压，T=20℃）下的体积为45000m3，若这些天然气在地下占有的体积为265m3，试计算：
（1）天然气的体积系数Bg；
（2）气体的偏差因子Z。
解：由题意知，天然气在地层条件下的体积VR=265m3，天然气在地面标准状态下的体积Vsc=45000m3，t=70℃,psc=1个大气压，p=180个大气压。
（1）天然气的体积系数
（2）气体的偏差因子

4、一理想溶液体系由，，组成，其摩尔组成及各组分在150°F时的饱和蒸气压如下表，计算该体系150°F时的泡点压力和露点压力。
组分
组分（摩尔分数）
150°F下饱和蒸气压（大气压）

0.610
25.0

0.280
7.50

0.110
2.60
解：设汽相、液相所占的摩尔分数分别为Yj、Xj，平衡常数为Kj
由Kj=Yj/Xj=Pvj/P
泡点方程∑ZjKj=1可得： ∑ZjPvj/Pb=1
∴Pb=∑ZjPvj
=0.610×25.0+0.280×7.50+0.110×2.60=17.636（atm）
又由露点方程∑Zj/Kj=1，可得：
Pd=1/（∑Zj/Pvj）
=1/（0.610/25.0+0.280/7.50+0.110/2.60）=9.615(atm)
5、某油藏原始油层压力P=23.56 MPa。该油井样品实验室PVT分析结果如下表。
P(实验室压力点)MPa
Bo(石油地层体积系数)m3/m3
Rs（溶解油气比）m3/m3
Bg（气体地层体积系数）m3/m3
27.21
1.517
167.5

23.81
1.527
167.5

23.13
1.530
167.5

22.45
1.532
167.5

21.77
1.534
167.5

21.09
1.537
167.5

20.77(Pb)
1.538
167.5
0.004858
18.37
1.484
145.8
0.005464
16.33
1.441
130.3
0.006115
14.29
1.401
115
0.007023
计算：（1）P=18.37MPa时总体积系数；
（2）当地层压力为21.77MPa时，假设油井日产40m3地面原油，问：地面日产气多少？
（3）地层压力为16.33MPa时，日产天然气450m3（标准），地面原油2m3，问这些产出物在地层中原油，天然气各占多少体积？
（4）21.77~22.45MPa之间，原油的等温压缩系数为多少？
解：（1）P=18.37MPa时总体积系数为：
Bt=BO+(Rsi-Rs)×Bg=1.484+(167.5-145.8)×0.005464
=1.603m3/m3
（2） ∵ Rs=Vg/Vos （Vg，Vos分别为地面产气量和地面原油体积）
∴ Vg=Rs×Vos=167.5×40=6700m3
（3）∵ Bo=VOR/VOS（VOR，VOS分别为地层原油体积和地面原油体积）
∴ 地层原油体积VOR= VOS×Bo=2×1.441=2.882m3
油中溶解的气体体积为Vg= Vo×Rs=2×130.3=260.6m3
∴地层中天然气的体积为V地下=（450-260.6）×0.006115
=1.158（m3）
（4）原油的等位压缩系数为

6、已知一干岩样质量p1为32.0038克，饱和煤油后在煤油中称得质量P2为22.2946克，饱和煤油的岩样在空气中的质量P3为33.8973克，求该岩样的孔隙体积，孔隙度和岩样视密度（煤油密度为0.8045克/厘米，视密度=骨架重量W/岩石外表体积Vb）。
解：孔隙体积：
外表体积：
∴ 岩样的孔隙度为：
视密度为：
7、有一岩样含油水时重量为8.1169克，经抽提后得到0.3厘米3的水，该岩样烘干后重量为7.2221克，饱和煤油的岩样在空气中的重量为8.0535克，饱和煤油后在煤油中称得重量为5.7561克，求该岩样的含水饱和度、含油饱和度、含气饱和度和孔隙度。（设岩样的视密度为2.65克/厘米3，油的密度0.8750克/厘米3, 水的密度1克/厘米3）。
解：由题意知，岩样总重量W1=8.1169g，岩样干重W2=7.2221g，饱和煤油后在空气中重量W3=8.0535g，在煤油中重量W4=5.7561g，Vw=0.3cm3，岩样视密度ρb=2.65g/ cm3, ρw=1g/ cm3, ρo=0.8750g/ cm3。由公式得：
∴岩样的孔隙度
∴岩样的孔隙体积
岩样中含油的体积为：

8、已知一岩样总质量为6.5540g，经抽提烘干后质量为6.0370g，抽提得到0.3cm3的水，由饱和煤油法测得孔隙度为0.25，求该岩样的含水、含油、含气饱和度（设岩样的视密度为2.65g/cm3，油的密度为0.8750g/cm3，水的密度为1g/cm3）。
解：由题意知，岩样总重量W1=6.5540g，岩样干重W2=6.0370g，岩样视密度ρb=2.65g/cm3，Vw=0.3 cm3，φ=0.25，ρw=1g/ cm3, ρo=0.8750g/ cm3。
岩样的外表体积为：
岩样的孔隙体积为：
岩样中含油体积为：
∴
9、设一取自油层的岩样，洗油前重100g，洗净烘干后重92g，共蒸出水4cm3，已知岩样的视密度为1.8g/cm3，岩样中油和水的密度分别为0.9和1 g/cm3，孔隙度为20%。
（1）试计算该岩样的含油饱和度和含水饱和度；
（2）若地层油和地层水的体积系数分别为1.2和1.03，试计算该岩样在油藏条件下的气体饱和度。
解：由题意知，岩样总重量W1=100g，岩样干重W2=92g，岩样视密度
ρb=1.8g/cm3，Vw=4 cm3，φ=20%，ρw=1g/ cm3, ρo=0.9g/ cm3。
岩样的外表体积
∴岩样的空隙体积为：
（1）

（2）油藏条件下：
∴
10、试推导下列关系式：
其中：S、Sp、Ss——分别代表以岩石外表体积、孔隙体积、骨架体积为基准的比面；φ——岩石孔隙度。
解：设岩石的外表体积为Vf，孔隙体积为Vp，骨架体积为Vs，总内表面积为A
根据定义有：…① …② …③
则有：
又由 ，
得
同除以Vf 得：
11、有一横向非均质岩石如图所示，由实验测得各区域内的孔隙度和渗透率值如下：；，
；。
（1）用算术平均法计算该岩石的平均孔隙度和平均渗透率；
（2）按实际物理过程计算岩石的平均孔隙度和平均渗透率。

解：（1）用算术平均法计算的平均孔隙度和平均渗透率分别为：

（2）实际岩石的平均孔隙度，根据各储层储集能力相等可得

实际岩石的平均渗透率，根据等效渗流阻力原理，该储层属于串联储层，根据串联储层平均渗透率的计算公式，可得

12、如图所示，流体沿图中方向流经横向不均质的岩层（平面线性渗流），流量为Q，各层压差为Δp1、Δp2、Δp3，各层的长度分别为L1、L2、L3，其渗透率分别为K1、K2、K3，试根据达西定律导出该地层的总渗透率。

解：由图可知，各层之间相当于串联联系，即通过各层的流量相等，总压差Δp为各层压差之和，即Δp=Δp1+Δp2+Δp3。地层总的延伸长度L为各层长度之和。根据达西总压差和各层压差如下：

因为总压差等于各层压差之和，故：

将Q=Q1=Q2=Q3，L=L1+L2+L3代入上式，移项，得：

13、有一岩样由毛管压力资料得到油排水的排驱压力为0.04MPa，而空气排油的排驱压力为0.046MPa，另测得油-水截面张力为28.0mN/m，空气-油表面张力为24.9mN/m,求该岩样的润湿指数及接触角，并判别润湿性。
解：由题可知PTWo=0.40MPa，PTog=0.46MPa，σow=28.0mN/m，σgo=24.9mN/m
所以润湿指数W为：
视接触角θow为：
因为W=0.773≈1，表明岩石亲水能力强，而θow=39.35°≈0，表明岩石亲水性强，综合可得岩样为亲水岩样，即水湿岩石。
14、有一岩样长10cm，截面积6.25cm2，在保持含水40%和含油60%的条件下，给岩样两端施加5MPa压差时，测得油、水的流量分别为0.04和0.05cm3/s，并已知油和水的粘度分别为25和0.8mPa.s，岩样的绝对渗透率为1.01μm2
试求：（1）油和水的有效渗透率；
（2）油和水的相对渗透率；
（3）油和水的流度及油水流度比M=λw/λo.
解：由题知，L=10cm，A=6.25 cm2，Sw=40%，So=60%，ΔP=5MPa，Qo=0.04 cm3/s，Qw=0.05 cm3/s，μo=25 mPa.s，μw=0.8 mPa.s，K=1.01μm2
（1）由有

（2）

（3）

15、有三支不同半径的毛细管（r1=1mm，r2=0.1mm，r3=0.01mm），插入同一盒水里（如图所示），已知水的密度为1克/厘米，油密度为0.87克/厘米，并测得油水界面张力为33mN/m，接触角为30°。
（1）分别求出三支毛细管中水面上升的高度；
（2）试画出图中三支毛管中油水界面的相对位置，并标明Pc的方向。
解：（1）由题知： r1=1mm=0.1cm，r2=0.1mm=0.01cm，r3=0.01mm=0.001cm,
θ=30°，
由，有

（2）各毛管中油水界面相对位置及Pc方向如图所示。