原油地下密度是指原油在储层地层条件下（即原油处于地层压力和温度下）的密度。它与原油的体积、质量以及储层压力和温度密切相关。准确测定原油地下密度对于油藏工程计算，例如储量计算、油藏数值模拟和油气产量预测等至关重要。不同于实验室测定的标准状况下密度，地下密度更能反映原油在储层中的真实状态，是油藏工程计算中的关键参数之一。 原油地下密度并非一个直接测量的数值，需要通过一系列的计算和换算，结合地层压力、地层温度以及实验室测定的原油标准状况密度等数据来获得。将详细阐述原油地下密度的计算方法和相关影响因素。

1. 原油地下密度与标准状况密度的关系

原油的密度会随着温度和压力的变化而改变。在标准状况下（通常定义为15.6℃和101.325kPa），实验室可以测定原油的标准状况密度 (ρ_sc)，通常以克每立方厘米 (g/cm³) 或千克每立方米 (kg/m³) 表示。在油藏深处，原油受到巨大的地层压力 (P_r) 和较高的地层温度 (T_r) 的影响，其密度会发生显著变化。我们需要将标准状况下的密度换算成地下条件下的密度 (ρ_r)。换算过程需要考虑原油的压缩性和热膨胀性。

原油的压缩性是指在恒温条件下，单位体积原油因压力变化而引起的体积变化。原油的热膨胀性是指在恒压条件下，单位体积原油因温度变化而引起的体积变化。这些特性需要通过实验测定或利用经验关联式来确定。目前，常用的方法是利用PV-T（压力-体积-温度）数据来建立原油的物性模型，然后根据地层压力和温度计算地下密度。

2. 原油地下密度计算公式及常用方法

精确计算原油地下密度没有一个普适的单一公式，因为原油的物性差异很大。计算方法通常基于以下几种途径：

a) 使用PV-T数据和状态方程：这是最精确的方法。通过实验室测定的PV-T数据，可以拟合出描述原油状态方程的参数，例如Standing-Katz方程或更复杂的Cubic方程组(例如Peng-Robinson方程 或Soave-Redlich-Kwong方程)。将地层压力和温度代入状态方程，即可计算出原油的地下密度。

b) 使用经验关联式： 对于缺乏PV-T数据的原油，可以采用一些经验关联式来估算地下密度。这些关联式通常基于大量的实验数据，并考虑了原油的API度、压力和温度等参数。虽然这些经验关联式的精度不如状态方程法高，但它们操作简便，在缺乏足够数据的情况下应用较广。 常见的经验关联式例如Vasquez-Beggs关联式。

c) 使用软件计算: 目前很多油藏工程软件（例如Eclipse, CMG等）都内置了原油物性计算模块，可以直接输入相关参数（例如标准状况密度，API度，压力，温度，原油组分信息等），软件会自动根据所选用的状态方程或经验关联式计算地下密度。

3. 影响原油地下密度计算的关键因素

准确计算原油地下密度，需要考虑以下几个关键因素：

a) 标准状况原油密度 (ρ_sc): 这是计算地下密度的基础参数，必须通过实验室测试精确测定。测试方法包括密度计法、比重瓶法等。测试数据的准确性直接影响最终计算结果。

b) 地层压力 (P_r) 和地层温度 (T_r): 这是影响原油密度的两个最重要因素。压力和温度数据需要通过井下测量工具(例如压力计，温度计)精确获得。地层压力和温度的波动会显著影响原油的地下密度。

c) 原油的成分： 原油成分的复杂性会影响其压缩性和热膨胀性。对于成分复杂的原油，需要进行更详细的分析，例如色谱分析，以确定其组分组成，并选择更精确的状态方程进行计算。

d) 原油溶解气： 原油中溶解的气体含量会显著影响其体积，进而影响密度。在计算地下密度时，需要考虑溶解气的影响，通常需要利用状态方程或经验关联式来处理溶解气对原油密度的影响。

4. 原油地下密度计算结果的应用

准确计算得到的原油地下密度是许多油藏工程计算的基础，其应用范围十分广泛，包括：

a) 储量计算: 原油地下密度是计算原油储量的重要参数。通过将地下体积与地下密度相乘，可以计算出油藏中原油的总质量，进而确定储量。

b) 油藏数值模拟: 在油藏数值模拟中，原油地下密度是重要的输入参数之一。它直接影响模拟结果的准确性，特别是对于流体流动、压力分布以及采油效率的预测。

c) 油气产量预测: 通过地下密度和其他油藏参数，可以构建油藏产量预测模型，从而预测油藏的未来产量和采收率。

d) 油气井设计和优化: 原油地下密度等参数在油气井的设计和优化中扮演重要角色， 例如确定合理的产液量，设计合适的生产工艺等等。

5. 地下密度计算的误差分析

由于原油地下密度并非直接测量值，其计算结果必然存在一定的误差。这些误差可能来源于以下几个方面：

a) 实验室测试误差: 标准状况原油密度测试存在一定的测量误差，这会直接影响地下密度计算的精度。

b) 地层压力和温度测量的误差: 井下测量工具的精度和测量环境的复杂性都会导致压力和温度测量误差，进而影响地下密度计算结果。

c) 经验关联式或状态方程的适用性: 所选用的经验关联式或状态方程的适用范围和精度不同，选择不当会带来较大的计算误差。

在进行原油地下密度计算时，需要充分认识各种误差来源，并采取相应的措施来降低误差，提高计算精度。例如，选择精度更高的测量工具，根据原油性质选择更合适的计算方法，以及进行多次测量取平均值等。

总而言之，准确地计算原油地下密度对油藏工程的各个方面都至关重要。选择合适的计算方法，准确获取相关参数，并进行合理的误差分析，对于提高油藏工程计算的精度和可靠性至关重要。 随着技术的进步，更精确的测量方法和更完善的计算模型将会不断涌现，为原油地下密度的计算提供更可靠的保障。