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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。
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
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。
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。
新的煤层气藏物质平衡方程及其储量计算方法徐德权;张烈辉;刘启国【摘要】在煤层气藏开采过程中,当水排出煤体并伴随压力下降时,吸附气解吸以及溶解态水溶气析出,造成游离气空间体积变大.目前国内外学者在推导煤层气藏物质平衡方程过程中只考虑吸附气、游离气,但都忽略水中溶解气的影响.为此,在考虑水中溶解气的前提下,从物质体积守恒原理出发,系统全面地推导出煤层气藏物质平衡方程.通过实例分析验证了该方程的适用性和可靠性,同时认识到水溶气对计算天然气储量有一定的贡献.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)010【总页数】4页(P195-197,202)【关键词】煤层气藏;游离气;水溶气;物质平衡;体积守恒【作者】徐德权;张烈辉;刘启国【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE375由于煤层基质孔径小，数量多，其内表面吸附大量天然气而造成岩石与气体的相互作用，因此不能采用常规气藏物质平衡方程来计算气藏地质储量。
目前国内外学者建立了煤层气藏物质平衡方程及其改进式，其King［1］、袁自学［2］推导出考虑解析作用的煤层气藏物质平衡方程，认为气藏地质储量只包含游离气;薛成刚等［3］在此基础上提出了煤层气藏物质平衡新方程，但认为气藏地质储量包含游离气和吸附气两个部分;胡素明等［4］把煤层划分为基质和裂缝双重介质，提出了考虑煤层气藏自调节效应(气体吸附，基质膨胀，裂缝收缩;气体解吸，基质收缩，裂缝膨胀)的物质平衡改进式，认为地质储量包含游离气和吸附气两个部分;王德龙等［5］则把煤层划分为单一介质，提出考虑吸附层体积变化的物质平衡改进式，认为地质储量也包含游离气和吸附气两个部分。
以上方程中都没有考虑溶解态水溶气的影响，由于煤层水体大小相对较大，造成水溶气量不可忽略。
物质平衡方法在气藏开发中的应用杨志兴;汪洋;孔垂显;华美瑞;史燕玲【摘要】物质平衡方法在气藏开发中占有重要位置.对于水驱气藏来说,水侵主要维持地层压力,直到水突破之后,将会直接影响到气藏的采收率.因此如何在早期识别气藏的类型,从而进行开发的部署显得相当重要;另外气藏地质储量、采收率的确定已经动态指标的预测也贯穿了整个开发历程.目前不少学者对于气藏物质平衡进行了大量的基础性研究工作,为了更深入的了解物质平衡方法在实际气藏开发中有哪些应用,从水驱气藏的早期识别、水驱气藏水侵量的计算、地质储量的确定、采收率的确定、动态指标的预测等五个方面进行详细综述.针对水侵气藏早期识别时,综合对比了视地层压力法、采出程度法和视地质储量法,并给出不同方法的优缺点和使用范围.对于地质储量的确定,以异常压力气藏为例,说明了单单利用p/Z-Gp外推法得到的储量是不准确的,从物质平衡角度出发,给出了新的计算异常压力气藏地质储量的方法,并用实例进行了验证.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)025【总页数】9页(P151-159)【关键词】物质平衡;水驱气藏;早期识别;水侵量;地质储量;采收率;指标预测【作者】杨志兴;汪洋;孔垂显;华美瑞;史燕玲【作者单位】中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海200030;中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266580;中国石油新疆油田公司勘探开发研究院,克拉玛依834000;中国石油新疆油田公司勘探开发研究院,克拉玛依834000;中国石油新疆油田公司勘探开发研究院,克拉玛依834000【正文语种】中文【中图分类】TE37自从1936年R.J.Schilthuis［1］建立了油藏的物质平衡方程以来，由于其不考虑地下复杂的渗流规律，需要较少的地质资料，方法简单等优点，物质平衡方法在油气藏工程中得到了广泛的应用和发展［2—15］。
对于水驱气藏，由于边底水的侵入导致气井出水，影响气藏的开采效益，因此水侵气藏的早期识别和水侵量的计算显得至关重要［16—21］。
第三节天然水侵量的计算方法对于水驱气藏，欲想用物质平衡方法计算原始地质储量及进行动态预测，首先必须解决水侵量的计算问题。
为此，本节介绍计算水侵量的不同模型。
这一内容属于物质平衡方法中的一个难点。
气藏的实际开发经验表明：很多气藏都与外部的天然水域相连通。
而且，外部的天然水域既可能是具有外缘供给的敝开水域，也可能是封闭性的有限边底水。
因此，某些气藏的外部天然水域可能很大，十分活跃，会严重影响气藏的采收率，因而必须加以考虑。
而对于断块型和受岩性圈闭的气藏，外部水域通常很小，对气藏的开发动态无明显影响。
在气藏开发过程中，随着天然气的采出，气藏内部的地层压力下降，必将逐步向外部天然水域以弹性方式传播，并引起天然水域内的地层水和储层岩石的弹性膨胀作用。
在天然水域与气藏部分的地层压差作用下，即会造成天然水域对气藏的水侵。
随着气藏的开发，地层压降波及的范围会不断扩大，直至达到天然水域定压边界（或相当于无限大天然水域）的稳态供水条件，或有限封闭水域的拟稳态供水条件。
因此，对于那些外部天然水域很大的气藏，随着气藏的开发和地层压力的下降，天然水侵的补给量也将不断增加，气藏的地层压力下降率也会随之不断减小。
当达到天然水域与气藏之间的供采平衡时，气藏的地层压力将趋于稳定。
如果提高气藏的采出量，而天然水侵量又小于采出量时，气藏地层压力的下降率将随之增加，并将调整到新的可能的供采平衡条件。
这一现象称之为天然水驱气藏的供采敏感性效应。
气藏天然水侵的强弱，主要取决于天然水域的大小、几何形状、地层岩石物性和流体物性的好图3-4 天然水侵的不同方式图坏，以及天然水域与气藏部分的地层压差等因素。
目前，计算水侵量的方法主要有稳态水侵、准稳态水侵、小水体水侵以及不稳定水侵模型等。
其中，不稳定水侵模型应用最广泛。
此外，根据天然水侵的几何形状，又可分为直线法、平面径向流法和半球形流法三种方式，如图3-4所示。
一、稳定流法对于一个具有广阔天然水域或有外部水源供给的气藏，气藏和水域属于一个水动力学系统。
第七章气藏物质平衡、储量计算及采收率提示质量、能量守恒定律是自然界普遍的、永恒的规律。
物质平衡方程普遍被用于各类气藏的储量计算、驱动方式确定和气藏动态分析等方面。
该方程为简单的代数方程，形式虽简单，但实际却很不简单，每个参数的确定都得依靠先进的科学技术和高精度测试仪表，而且还不能就事论是，还要与气藏地质和开发特征的深入、正确认识相结合。
本章介绍各类气藏，甚至包括凝析气顶油藏的物质平衡方程式，在迄今为止见到的文献中搜集得比较全的。
此外还介绍了现行各种计算储量的方法，有静态的，也有动态的，有全气藏的，也有单井的，并介绍了与储量相关的天然气可采储量和采收率。
最后，还希望能对水驱气藏、凝析气藏和低渗透气藏的提高采收率问题给予更大的关注。
第一节气藏物质平衡方法物质平衡是用来对储层以往和未来动态进行分析的一种油气藏工程基本方法，它以储层流体质量守恒定律为基础的。
一般情况下，可以把储层看做是一个处于均一压力下的大储气罐。
应用此方法可分析气藏开发动态、开采机理、原始地质储量和可采储量。
最简单的物质平衡方程是(7-1)、、——分别为目前天然气地质储量、原始地质储量和目前累积采出气量，108m3。
由于地下气藏流体性质、储层物性变化的差别而造成了储烃孔隙空间和描述方法的差别，下面按不同类型的气藏进行分析。
一、定容气藏物质平衡假定气藏没有连通的边水、底水或边、底水很不活跃，即为定容气藏，将（7-1）式可以改写为（7-2）可将上式改写为（7-3）（7-4）式中、——分别指原始压力和目前压力，MPa；、——分别指原始条件下的偏差系数和目前压力下的偏差系数，f；、——分别指原始条件下和目前压力下气体的体积系数,f。
从上式可看出，对于定容气藏，地层压力系数P/Z与累积产气量成直线关系，如图7-1,如将直线外推到，则可得，这就是常用来进行动态储量计算的方法。
二、水驱气藏物质平衡对于一个具有天然气水驱作用的不封闭气藏，随着气藏的开发，将会引起边水或底水对气藏的入侵。
