油层物理ppt1-3

则：C g实际 C g理想
高压下：
P↗，Z↗
Z 0 P
则： C g实际 C g理想
应用对应状态原理：
Pr 1 P Pc
Z 1 Z P Pc Pr
Cg

1 P

1 Z
Z P
Cg

1 Pr Pc

1 ZPc

Z Pr
Tr

1 Pc

1
Pr
g 0.7 g 0.7
Pc 5.1021 0.6895 g
湿气
Tc 132.2222 176.6667 g Pc 4.7780 0.2482 g
g 0.7
Tc 106.1111152.2222 g
g 0.7
含有CO2、N2和H2S气体：
Z pV Tsc T pscVsc
缺点：测试过程冗长,测得的结果应用范围有限。
甲烷的偏差因子等温线
(2)SK图版法(Standing和Katz图版) 1941年 （Pottman和Carpenter函数表 1952年）
对应状态定律： 在相同的对应温度和对应压力下，所
有的纯烃气体具有相同的压缩因子。
14.97
1.0202
19.05
1.0110
71.1
16.33
1.0175
14.97-19.05
1.0086
87.8
17.69
1.0153
13.61-14.97
1.0081
104.4
19.05
1.0134
13.61
1.0068
121.1
25.52
1.0115
14.97-17.69
1.0055
137.8
p pr pc
T Tr Tc
p 、T―― 为油藏压力和油藏温度。
pr Tr―― 为天然气的对应压力和对应温度。
适用条件：组分间化学性质差异不大的混合气体。
求 Z 步 骤：
(1)求天然气的视临 界参数； (2)求视对应参数； (3)查SK图版，得 Z。
非烃组分校正
H2S和CO2校正：
120 A0.9 A1.6 15 B0.5 B4 /1.8
四、天然气的等温压缩系数
定义：在等温条件下单位体积气体随压力变
化的体积变化值。(或：在等温条件下气体随压
力变化的体积变化率.)
Cg

1 V
V P
T
Cg—— 气体压缩系数,1/MPa；
V —— 温度为T时气体体积随压力的变化率， P T m3/Mpa；
2. 天然气的相对密度
定义：在标准状态下,天然气密度与干燥空气密度的比值。
g

g a

Mg Ma

Mg 28.97

Mg 29
γg—— 天然气的相对密度； ρg—— 天然气的密度,kg/m3； ρa—— 干燥空气的密度,kg/m3。
Mg—— 天然气的摩尔质量,kg/mol； Ma—— 干燥空气的摩尔质量,kg/mol。
1970年Thomas等人发表了二次方程式：
干气
Pc

4.666
0.103
g
0.25
2 g
Tc

93.3 181
g

7
2 g
湿气
Pc

4.868 0.356
g
39.7
2 g
Tc
103.9
183.3
g
39.7
2 g
使用条件：H2S含量＜3%,N2含量<5%,或非烃含量少于7%。

1 Z

Z Pr

Tr

或
C gr
C g Pc

1 Pr

1 Z

Z Pr
Tr
Cg Cgr Tr / Pc Tr
五、天然气的体积系数
定义：地面标准状态下单位体积天然气在地
层条件下的体积。
Bg
Vg Vsc
Vg—— 地层条件下nmol气体的体积,m3；
ρ—— 气体的密度,kg/m3；
μ—— 动力粘度,Pa﹒s； ν——运动粘度,m2/s。
2. 烃类气体粘度的计算
(1)低压气体混合物粘度计算方法
已知气体混合物的组成,可用下面公式计算对比压力 小于0.6时地层温度下的气体粘度：
m
n
i
n
i 1 1
ij
i 1
xj xi
n— 混合物的组分数；
表 1.3.1 典型天然气组成(体积%)数据
组分
干气
凝析气
油田伴生气
c1
96.00
c2
2.00
c3
0.60
c4
0.30
c5
0.20
c6
0.10
c7+
0.80
100.00
75.00 7.00 4.50 3.00 2.00 2.50 6.00 100.00
27.52 16.34 29.18 22.55 3.90 0.47 0.04 100.00
第四节 天然气的高压物性
一、天然气的视相对分子量和相对密度
1. 天然气的视相对分子量(平均相对分子量) 定义： 标准状况下1摩尔天然气的质量。
根据Kay混合规则：
k
M g yi M i
i 1
Mg—— 天然气的视相对分子量,g/mol,或kg/kmol； yi—— 天然气的组分i摩尔分数,小数； Mi——天然气组分i的相对分子量,g/mol,或kg/kmol。
V—— 气体体积,m3； 负号说明气体压缩系数与压力变化的方向相反。
实际气体：
PV ZnRT
理想气体：
V P
nRT
P Z P Z P2
Cg

1 V

V P
T
Cg

1 p

1 Z
Z P
Cg

1 P
Cg

1 p

1 Z
Z P
低压下： P↗，Z ↘
Z 0 P
p g
ZT

3484.4
p g
ZT
若： p=0.101325MPa，T=Tsc=293KZ=1 ，
a

28.97 0.101325 0.008314 293
1.205kg /
m3
g 1.205 g
偏差因子Z的求取：
(1)实验方法直接测定
pscVsc nRTsc pV ZnRT
表 1.3.6 两种不同浓度的氮气体积校正系数
含氮 18.28%mol
含氮 7.907%(mol)
温度℃
压力 (MPa)
叠加体积校 正系数(C)
压力(MPa)
叠加体积校 正系数(C)
21.1
12.255
1.0322
14.97
1.0165
37.8
13.61
1.0250
12.25
1.0135
54.4
表 1.3.2 天然气常见组分的主要物理化学性质
相对分子质量 临界温度(K)
临界压力(MPa) 沸点℃(0.101325MPa)
16.043
190.55
4.604
-161.52
30.070
305.43
4.880
-88.58
44.097 58.124
369.82 425.16
4.249 3.797
-42.07 -0.49
组分 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 异丁烷 正戊烷 异戊烷 已烷 庚烷 氦 氮 氧 氢 二氧化碳 一氧化碳 硫化氢 水汽
分子式
CH4 C2 H6 C3 H8 n-C4 H10 i- C4H10 n-C5 H12 i- C5H12 C6 H14 C7 H16 He N2 O2 H2 CO2 CO H2 S H2 O
Tc' Tc
pc'

Tc

ห้องสมุดไป่ตู้
pcTc'
B1
B
Tc—— 用Kay混合法则计算的天然气的视临界温度,K； pc—— 用Kay混合法则计算的天然气的视临界压力,MPa；
Tc’—— 校正后的视临界温度,K； pc’—— 校正后的视临界压力,MPa； A—— 天然气中H2S和CO2摩尔分数之和； B—— 天然气中H2S摩尔分数；
Vsc—— 地面标准状态下nmol气体的体积,m3；
Bg——天然气的体积系数,m3/m3(标)。
膨胀系数
1 Eg Bg
Vsc

nRTsc Psc
ZnRT Vg P
Psc=0.101325MPa Tsc=273+20℃
T=273+t
Bg

PscTZ PTsc
3.458 10 4 Z
273 t P
i— 组分i的粘度,mPa﹒s；
m— 混合物粘度,mPa﹒s； xi— 组分i摩尔分数；
3)由公式和状态参数p、T,计算视对应参数pr,Tr；
4)从SK图版或Poettman－Carpenter函数表查得Z值； 5)如果含N2且含量大于5%,校正偏差因子。
(3)直接计算方法 Hall和Yarborugh方法(1973) Dranchuk、Durvis、Robinson方法(1974) Gopal方法(1977)
23.84
1.0095
16.32
1.0056
SK方法确定天然气偏差因子的条件和步骤
已知条件：
1)天然气组成或相对密度； 2)SK图版或Poettman－Carpenter函数表；
3)天然气的状态参数p、T。
计算步骤：
1)由Kay方法、经验公式等求天然气的视临界参数pc,Tc；
2)若非烃（CO2、H2S）含量大于5%,校正视临界参数；
ε—— 视临界温度校正系数。
含氮：
Z 'N Zg 1 yN ＋ZN yN
Z＝C Z g 1 yN Z N yN
T＝21～138℃，p＝1～34MPa时，C＝1.00 ～1.04
Z’N—— 含氮气的天然气偏差因子； Zg—— 纯烃气体偏差因子； ZN—— 氮气的偏差因子； yN——含氮天然气中氮气的摩尔分数； Z—— 含氮天然气的偏差因子； C—— 叠加体积校正系数,它决定于氮气的浓度、温度 和压力。
Pc 4.7546 0.2102 g 0.03 CO2 1.1583 10 2 N2 3.0612 102 H2S Tc 84.9389 188 .4944 g 0.9333 CO2 1.4944 N2
58.124 72.151
408.13 469.6
3.648 3.369
-11.81 36.06
72.151
460.39
3.381
27.84
86.178 100.205
507.4 540.2
3.012 2.736
68.74 98.42
4.003 28.013
5.2 126.1
0.277 3.399
-268.93 -195.80
六、天然气的粘度
动力粘度 绝对粘度
1.定义
牛顿内摩擦定律
τxy—— 剪切应力,N/m2；


xy
/
ux y
ux—— 在施加剪切应力方向上的流体速度,m/s；
ux/y—— 在与x垂直的y方向上的速度ux梯度,1/s；
μ—— 动力粘度,也称绝对粘度,Ns/m2(帕秒)。
运动粘度



理想气体状态方程： pV＝nRT
理想气体的假设条件：
1.气体分子无体积，是个质点；
2.气体分子间无作用力；
3.气体分子间是弹性碰撞；
偏差因子
天然气处于高温、高压状态多组
分混合物，不是理想气体
偏差因子：一定温度和压力条件下，一定质量
气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占 有的体积之比。
Z＝V实际 ＝ V实 际 V理想 nRT p
实际气体的状态方程：
pV ZnRT
偏差因子Z的物理意义： 实际气体与理想气体的差别。
Z<1 实际气体较理想气体易压缩 Z＝1 实际气体成为理想气体 Z>1 实际气体较理想气体难压缩
pV Z m RT Mg
g
m V

pM g ZRT

p g Ma
ZRT
则：
g

28.97 0.008314
31.999 2.016
154.7 33.2
5.081 0.297
-182.962 -252.87
44.010 28.010
304.14 132.92
7.382 3.499
-78.51 -191.49
34.076
373.5
9.005
-60.31
18.015
647.3
22.118
100.00
三、天然气的偏差因子方程
合计
Mg=17.584
Mg =27.472
Mg =38.568
γ g=0.607
γ g=0.948
γ g=1.331
注：Mg 表示天然气的视分子量,γ g 为天然气的相对密度。
二、天然气的临界参数
1.实验方法
2.Kay法则
视临界参数为：
k
pc yi pci i 1
k
Tc yiTci
i 1
pc —— 天然气的视临界压力(绝),MPa； Tc —— 天然气的视临界温度,(273+t)°K； yi—— 天然气组分i的摩尔分数； pci—— 天然气组分i的临界压力(绝),MPa； Tci—— 天然气组分i的临界温度,(273+t)°K。
3. 经验公式方法 g
干气
Pc 4.8815 0.3861 g Tc 92.2222 176.6667 g Pc 4.7780 0.2482 g Tc 92.2222 176.6667 g