油层物理1-3第三节油气藏烃类的相态课件
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v 露点(dew point) . 开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态。
v 露点压力(dew point pressure) . 在温度一定的情况下，开始从气相中凝结出第一滴液滴的压力。
v 临界点(critical point) . 在临界状态下，共存的气、液相所有内涵性质相等。
v 内涵性质(intensive property) . 与物质的数量无关的性质，如粘度、密度、压缩性等等。
8
8
一、油藏烃类的相态表示方法
(2)相态的表示方法 v相态——相平衡态(phase equilibrium state)； v相态研究——指体系相平衡状态随组成、温度、压力
等状态变量的改变而发生变化的有关研究。
→直观的相态研究和表示方法：相图。 v相图(phase diagram)：表示相平衡态与 Nhomakorabea系组成、温
12
12
一、油藏烃类的相态表示方法
(3)三角相图 (三元或拟三元相图) (triangular/ternary/ pseudo-ternary)
主要用于研究地层条件下注气混相 驱和非混相驱提高原油采收率。
(gas injection注气)
(miscible flooding混相驱) (immiscible flooding非混相驱)
(正常相变) ； 液相：40→30→20→10→0％。 ➢ E→F降压：单一气相
27
27
三、单、双、多组分体系相态特征
结果：气相体系等温降压穿过反凝析区时，体系中液相含量 ↑
u 等温反凝析(isothermal retrograde condensation) 等温反凝析：在温度不变的条件下，随压力降低而从气相中凝析出液体 的现象。
与双组分体系同。 u等温反凝析相变特征★ (isothermal retrograde condensation)
设体系原始态为A； 对其等温降压A→F ➢A→B (上露点) 降压：
相变：气相→开始出现液相；
26
26
三、单、双、多组分体系相态特征
➢ B→D 降压： 相变：B→B1→B2→B3→D
(反常相变) ； 液相：0→10→20→30→40％ 。 CDCTBC为反凝析区 ➢ D →E (下露点) 降压 相变：D→D3→D2→D1→E
第三节 油气藏烃类的相态
v石油和天然气是多种烃类和非烃类所组成的混合 物。在实际油田开发过程中，常常可以发现：在 同一油气藏构造的不同部位或不同油气藏构造上 同一高度打井时，有的只产纯气，有的则油气同 产。在油气藏条件下，有的烃是气相，而成为纯 气藏；有的是单一液相的纯油藏；有的是油气两 相共存，以带气顶的油藏形式出现。在原油从地 下到地面的采出过程中，还伴随有气体从原油中 分离和溶解的相态转化等现象。
油
C3 、C7 、C20
水 H2O
拟组分(pseudo-component)：用于工程计算的 一种假想组分，由物系中几种组分合并成。
例如，油气相态研究中常用组分：
➢纯组分：C 、C 、C …；
1
2
3
➢拟组分：轻烃组分C2-6 、重烃组分C7+。
4
4
一、油藏烃类的相态表示方法
组 成 ( composition) 体系中构成某物质各组分所占的比例。
➢ 位于两个纯组分的饱和蒸 曲线之间；
22
三、单、双、多组分体系相态特征
➢位置、形态取决于体系的组成和组分性质。
组分比例
位置
形态
大致相同 相差越大
正中间
宽，两相区面积最大
位置越靠近含 量高的纯组分 饱和蒸气压线
形态越细长 两相区越小
组分性质相差越大 (如分子大小)
23
包络线内两相区越大
23
三、单、双、多组分体系相态特征
D
u三区：
液相区 泡点线 ACPC左上方；
气相区 露点线BCTC 右下方；
两相区 泡点线与露点线所包围区域ACPCCTB。
B
u两特殊相区：
等压逆行区(pC≤p≤pCp) CPCHCP炼油中发生
等温逆行区★ (TC≤T≤TCT)。 CTCDC2T5油田开发中发
25
三、单、双、多组分体系相态特征
(2)相态特征 u基本特征
15
15
1、单组分体系的相态特征
u饱和蒸汽压曲线 (vapor-pressure curve) 由不同T 下组分的饱和蒸汽压连 成的曲线。
v体系的相分界线； v气液两相共存线； v泡点和露点共同轨迹线。
16
16
1、单组分体系的相态特征
＜动态特征＞ u图中任一点代表单组分体系 的一个相平衡状态 (相态)
定量表示体系或某一相中的组分构成 情况。
油
C3 、C7 、C20 10%、20%、70%
相平衡(phase equilibrium)
T一定时， 多相体系中任一组分的A相
分子进入B相的速度与B相分子进入A相
的速度相等时的状态。
5
5
一、油藏烃类的相态表示方法
饱和蒸汽压(vapor pressure)
p 蒸汽
29
29
三、单、双、多组分体系相态特征
凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)
u在凝析气藏开发过程中，当p地< 后，储
层中析出凝析油，但凝析油数量较少，
Somax<Socc
u岩石的吸附作用使析出的凝析油粘附在岩 石颗粒表面，
导致凝析油不能参与流动。
采用什么方法开 发凝析气田？
u当地层压力继续下降时，再蒸发作用很小，仅有很小一部分液烃会再 蒸发回到气相，大部分液烃将损失于储层中。
→pb＝油藏pi v未饱和油藏：位于泡点线上方 →pb＝泡点压力油藏温度
注意区别油藏饱和压力pb与油气体系泡点压力p泡的物理意义
平面区域上和纵向上流体相态变
化特征的分布规律，很详尽地表
示出各参数间的变化关系。
11
11
一、油藏烃类的相态表示方法
(2)平面相图(two dimension phase diagram)
在油气烃类流体相态研究中，不 同的平面相图用于描述不同的相 态参数和相态特征。
p—V、p—T、p—X
p-T 相图是油气相态研究中最常用的相图。
在一个密闭抽空的容器里，部分 充有液体，容器温度保持一定， 处于气液相平衡时气相所产生的
液体
压力称为饱和蒸气压，体现为气
相分子对器壁的压力。
6
6
一、油藏烃类的相态表示方法
v 泡点(bubble point) . 开始从液相分离出第一个气泡的气液共存态。
v 泡点压力(bubble point pressure) . 在温度一定的情况下，开始从液相中分离出第一个气泡的压力。
间，。两。相 区 的 面 积 愈 大
两 组 分 中；
哪只一要组有分一的个饱组和分蒸占汽绝压对线优；势，相图的面积就变得狭窄；
21
21
u线的特征 ➢包络线：泡点线(CF)和
露点线(CE)构成的相分界线。 ➢等液线：体系中液相含量相
等的点的连线。
包络线及包络线内为气液两 相共存区；其外为单相区。 u包络线位置特征
度和压力等状态变量之间的关系图，又称为相平衡状 态图，或状态图(state diagram)。
9
9
一、油藏烃类的相态表示方法
3、相图的类型 油气体系的相态不仅与体系中烃类物质的组成有关，而且还取决于油气 体系所处的温度、压力和所占体积，可用状态方程表示相态与状态变量
的关系：F (p，T ， V或组成) ＝0
露、泡点线、等液量线交点；
非两相共存的最高T、p点。
➢ 临界凝析压力点Cp：两相共存最高压力点； ➢ 临界凝析温度点CT：两相共存最高温度点。
20
20
任何两组分烃体系相图的特点
①临界点：
ab.②混随 着
区临物：界中压较力重都组高分于比各例组的分增
临
的
，界临压界力点，向混右合迁物移 (临即界向
温
度
都，
(enhanced oil recovery提高原油采收率)
13
13
三、单、双、多组分体系相态特征
1、单组分体系的相态特征(single-component) 单组分体系：一个独立组分构成的物系
(1)相图特征
u一点：临界点C (Tc、pc ) (critical point)
u一线：饱和蒸汽压线 (vapor-pressure curve)
(1)相图特征 v 三点：临界点C 临界凝析压力点Cp (cricondenbar) 临界凝析温度点CT (cricondentherm)
u两线：相包络线 等液量线
u三区：液相区、气相区 气液两相区
19
19
三、单、双、多组分体系相态特征
(2)相态特征 ＜静态特征＞
u 点的特征 ➢ 临界点C
dew-point bubble-point curve
→保持地层压力高于上露点压力条件下开采。
30
30
三、单、双、多组分体系相态特征
(3)油气体系相图的应用 u判断油气藏类型★ u确定油藏饱和压力★
(saturation pressure) u指导油气藏开发 u指导地面油气分离
31
31
三、单、双、多组分体系相态特征
① 判断油气藏类型 点A、B、D、G、H 为不同油气体系的原始状态，各油气体 系所属的油气藏类型如下：
7
7
一、油藏烃类的相态表示方法
2、相态的表示方法 (1)物系状态与性质之间的关系 据热力学观点，物系的状态(state)是用物系所有的性质 properties (如组成、温度、压力等) 进行描述的。
➢物系各性质确定→物系有完全确定的状态 ➢物系状态确定→物系各性质有完全确定的值
→物系的性质又称为“状态函数”(state function)
相(phase) 体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。
油
C3 、C7 、C20
水
H2O
➢不同相之间有明显的相分界面； ➢同一相物质可成片存在，也可以孤
立的泡状、滴状等存在； ➢一相中可含有多种组分。
3
3
一、油藏烃类的相态表示方法
组分(component) 形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系中所有 同类的分子。
u改变体系T或p，相态改变。
如T、p 变化穿越了相分界线，则 体系的相和相数将发生改变：
从一种单相→两相共存→另一种
单相。
17
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1、单组分体系的相态特征
v饱和蒸汽压反应了液体挥发的难易程度，蒸汽压 越高，说明越容易挥发。
18
18
三、单、双、多组分体系相态特征
2、双组分体系的相态特征(binary system)
A：油藏(纯油藏、未饱和油藏) (undersaturated reservoir)
B：凝析气藏
G：气藏
D：带气顶油藏(饱和油藏)
H：带油环气藏(带底油的气藏)
32
32
三、单、双、多组分体系相态特征
② 确定油藏饱和压力pb (saturation pressure) 饱和压力pb：油层温度下，油中溶解天然气刚好达到饱和时的油层压力。 v饱和油藏：位于泡点线下方
1
一、油藏烃类的相态表示方法
1、基本概念 体系(system)
指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体，又称物 系、系统。体系可分为单组分和多组分体系。
油
多组分体系
C3 、C7 、
multi- component C20
水
HO 2 2
水
单组分体系
H O single- component 2
一、油藏烃类的相态表示方法
＜动态特征＞
uT、p变化穿越包络线时
体系相平衡状态改变。
如体系可能从一种单相→ 两相共存→另一单相。
24
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三、单、双、多组分体系相态特征
3、油气体系的相态特征★
油气体系为典型多组分(multi-component)复杂物系。
(1)相图特征
u三点：临界点C、
A
H
临界凝析温度CT、临界凝析压力CP
u两线：包络线、等液量线；
u两区：液相区(liquid)
气相区(vapor or gas)
14
14
1、单组分体系的相态特征
(2)相态特征 ＜静态特征＞ u 临界点C ：
➢ 两相共存的最高T、p；
✓ P>Pc时，随T升高将不会出现 液向气转化；
✓ T>Tc时，随P升高将不会出现 气向液转化；
➢ 气、液相无分界面； ➢ 气、液性质差别消失。
➢ 油气藏开发——等温反凝析——凝析气藏；
➢ 研究意义：指导凝析气藏开发，减少凝析油在地层中的损失。
28
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三、单、双、多组分体系相态特征
凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)
对A F(T=const) A B，单一气相(无相变) B D，凝析量个(两相,反常) D E，液量 (两相,蒸发) E F，单一气相(无相变) (condensate gas or retrograde gas凝析气)
→以图解方式表示上述状态变量所描述的相态关系，可得： v立体相图：三维相图 v平面相图：二维相图 v三角相图：三元相图或拟三元相图
10
10
一、油藏烃类的相态表示方法
(1)立体相图：三维空间中，描述p、V、T三个状态变量 与相态变化关系的图形。
在油气流体相态研究中，p-V -T三维立体相图用于描述油气藏
v 露点压力(dew point pressure) . 在温度一定的情况下，开始从气相中凝结出第一滴液滴的压力。
v 临界点(critical point) . 在临界状态下，共存的气、液相所有内涵性质相等。
v 内涵性质(intensive property) . 与物质的数量无关的性质，如粘度、密度、压缩性等等。
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一、油藏烃类的相态表示方法
(2)相态的表示方法 v相态——相平衡态(phase equilibrium state)； v相态研究——指体系相平衡状态随组成、温度、压力
等状态变量的改变而发生变化的有关研究。
→直观的相态研究和表示方法：相图。 v相图(phase diagram)：表示相平衡态与 Nhomakorabea系组成、温
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一、油藏烃类的相态表示方法
(3)三角相图 (三元或拟三元相图) (triangular/ternary/ pseudo-ternary)
主要用于研究地层条件下注气混相 驱和非混相驱提高原油采收率。
(gas injection注气)
(miscible flooding混相驱) (immiscible flooding非混相驱)
(正常相变) ； 液相：40→30→20→10→0％。 ➢ E→F降压：单一气相
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三、单、双、多组分体系相态特征
结果：气相体系等温降压穿过反凝析区时，体系中液相含量 ↑
u 等温反凝析(isothermal retrograde condensation) 等温反凝析：在温度不变的条件下，随压力降低而从气相中凝析出液体 的现象。
与双组分体系同。 u等温反凝析相变特征★ (isothermal retrograde condensation)
设体系原始态为A； 对其等温降压A→F ➢A→B (上露点) 降压：
相变：气相→开始出现液相；
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三、单、双、多组分体系相态特征
➢ B→D 降压： 相变：B→B1→B2→B3→D
(反常相变) ； 液相：0→10→20→30→40％ 。 CDCTBC为反凝析区 ➢ D →E (下露点) 降压 相变：D→D3→D2→D1→E
第三节 油气藏烃类的相态
v石油和天然气是多种烃类和非烃类所组成的混合 物。在实际油田开发过程中，常常可以发现：在 同一油气藏构造的不同部位或不同油气藏构造上 同一高度打井时，有的只产纯气，有的则油气同 产。在油气藏条件下，有的烃是气相，而成为纯 气藏；有的是单一液相的纯油藏；有的是油气两 相共存，以带气顶的油藏形式出现。在原油从地 下到地面的采出过程中，还伴随有气体从原油中 分离和溶解的相态转化等现象。
油
C3 、C7 、C20
水 H2O
拟组分(pseudo-component)：用于工程计算的 一种假想组分，由物系中几种组分合并成。
例如，油气相态研究中常用组分：
➢纯组分：C 、C 、C …；
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2
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➢拟组分：轻烃组分C2-6 、重烃组分C7+。
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一、油藏烃类的相态表示方法
组 成 ( composition) 体系中构成某物质各组分所占的比例。
➢ 位于两个纯组分的饱和蒸 曲线之间；
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三、单、双、多组分体系相态特征
➢位置、形态取决于体系的组成和组分性质。
组分比例
位置
形态
大致相同 相差越大
正中间
宽，两相区面积最大
位置越靠近含 量高的纯组分 饱和蒸气压线
形态越细长 两相区越小
组分性质相差越大 (如分子大小)
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包络线内两相区越大
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三、单、双、多组分体系相态特征
D
u三区：
液相区 泡点线 ACPC左上方；
气相区 露点线BCTC 右下方；
两相区 泡点线与露点线所包围区域ACPCCTB。
B
u两特殊相区：
等压逆行区(pC≤p≤pCp) CPCHCP炼油中发生
等温逆行区★ (TC≤T≤TCT)。 CTCDC2T5油田开发中发
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三、单、双、多组分体系相态特征
(2)相态特征 u基本特征
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1、单组分体系的相态特征
u饱和蒸汽压曲线 (vapor-pressure curve) 由不同T 下组分的饱和蒸汽压连 成的曲线。
v体系的相分界线； v气液两相共存线； v泡点和露点共同轨迹线。
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1、单组分体系的相态特征
＜动态特征＞ u图中任一点代表单组分体系 的一个相平衡状态 (相态)
定量表示体系或某一相中的组分构成 情况。
油
C3 、C7 、C20 10%、20%、70%
相平衡(phase equilibrium)
T一定时， 多相体系中任一组分的A相
分子进入B相的速度与B相分子进入A相
的速度相等时的状态。
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一、油藏烃类的相态表示方法
饱和蒸汽压(vapor pressure)
p 蒸汽
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三、单、双、多组分体系相态特征
凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)
u在凝析气藏开发过程中，当p地< 后，储
层中析出凝析油，但凝析油数量较少，
Somax<Socc
u岩石的吸附作用使析出的凝析油粘附在岩 石颗粒表面，
导致凝析油不能参与流动。
采用什么方法开 发凝析气田？
u当地层压力继续下降时，再蒸发作用很小，仅有很小一部分液烃会再 蒸发回到气相，大部分液烃将损失于储层中。
→pb＝油藏pi v未饱和油藏：位于泡点线上方 →pb＝泡点压力油藏温度
注意区别油藏饱和压力pb与油气体系泡点压力p泡的物理意义
平面区域上和纵向上流体相态变
化特征的分布规律，很详尽地表
示出各参数间的变化关系。
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一、油藏烃类的相态表示方法
(2)平面相图(two dimension phase diagram)
在油气烃类流体相态研究中，不 同的平面相图用于描述不同的相 态参数和相态特征。
p—V、p—T、p—X
p-T 相图是油气相态研究中最常用的相图。
在一个密闭抽空的容器里，部分 充有液体，容器温度保持一定， 处于气液相平衡时气相所产生的
液体
压力称为饱和蒸气压，体现为气
相分子对器壁的压力。
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一、油藏烃类的相态表示方法
v 泡点(bubble point) . 开始从液相分离出第一个气泡的气液共存态。
v 泡点压力(bubble point pressure) . 在温度一定的情况下，开始从液相中分离出第一个气泡的压力。
间，。两。相 区 的 面 积 愈 大
两 组 分 中；
哪只一要组有分一的个饱组和分蒸占汽绝压对线优；势，相图的面积就变得狭窄；
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u线的特征 ➢包络线：泡点线(CF)和
露点线(CE)构成的相分界线。 ➢等液线：体系中液相含量相
等的点的连线。
包络线及包络线内为气液两 相共存区；其外为单相区。 u包络线位置特征
度和压力等状态变量之间的关系图，又称为相平衡状 态图，或状态图(state diagram)。
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一、油藏烃类的相态表示方法
3、相图的类型 油气体系的相态不仅与体系中烃类物质的组成有关，而且还取决于油气 体系所处的温度、压力和所占体积，可用状态方程表示相态与状态变量
的关系：F (p，T ， V或组成) ＝0
露、泡点线、等液量线交点；
非两相共存的最高T、p点。
➢ 临界凝析压力点Cp：两相共存最高压力点； ➢ 临界凝析温度点CT：两相共存最高温度点。
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任何两组分烃体系相图的特点
①临界点：
ab.②混随 着
区临物：界中压较力重都组高分于比各例组的分增
临
的
，界临压界力点，向混右合迁物移 (临即界向
温
度
都，
(enhanced oil recovery提高原油采收率)
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三、单、双、多组分体系相态特征
1、单组分体系的相态特征(single-component) 单组分体系：一个独立组分构成的物系
(1)相图特征
u一点：临界点C (Tc、pc ) (critical point)
u一线：饱和蒸汽压线 (vapor-pressure curve)
(1)相图特征 v 三点：临界点C 临界凝析压力点Cp (cricondenbar) 临界凝析温度点CT (cricondentherm)
u两线：相包络线 等液量线
u三区：液相区、气相区 气液两相区
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三、单、双、多组分体系相态特征
(2)相态特征 ＜静态特征＞
u 点的特征 ➢ 临界点C
dew-point bubble-point curve
→保持地层压力高于上露点压力条件下开采。
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三、单、双、多组分体系相态特征
(3)油气体系相图的应用 u判断油气藏类型★ u确定油藏饱和压力★
(saturation pressure) u指导油气藏开发 u指导地面油气分离
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三、单、双、多组分体系相态特征
① 判断油气藏类型 点A、B、D、G、H 为不同油气体系的原始状态，各油气体 系所属的油气藏类型如下：
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一、油藏烃类的相态表示方法
2、相态的表示方法 (1)物系状态与性质之间的关系 据热力学观点，物系的状态(state)是用物系所有的性质 properties (如组成、温度、压力等) 进行描述的。
➢物系各性质确定→物系有完全确定的状态 ➢物系状态确定→物系各性质有完全确定的值
→物系的性质又称为“状态函数”(state function)
相(phase) 体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。
油
C3 、C7 、C20
水
H2O
➢不同相之间有明显的相分界面； ➢同一相物质可成片存在，也可以孤
立的泡状、滴状等存在； ➢一相中可含有多种组分。
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一、油藏烃类的相态表示方法
组分(component) 形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系中所有 同类的分子。
u改变体系T或p，相态改变。
如T、p 变化穿越了相分界线，则 体系的相和相数将发生改变：
从一种单相→两相共存→另一种
单相。
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1、单组分体系的相态特征
v饱和蒸汽压反应了液体挥发的难易程度，蒸汽压 越高，说明越容易挥发。
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三、单、双、多组分体系相态特征
2、双组分体系的相态特征(binary system)
A：油藏(纯油藏、未饱和油藏) (undersaturated reservoir)
B：凝析气藏
G：气藏
D：带气顶油藏(饱和油藏)
H：带油环气藏(带底油的气藏)
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三、单、双、多组分体系相态特征
② 确定油藏饱和压力pb (saturation pressure) 饱和压力pb：油层温度下，油中溶解天然气刚好达到饱和时的油层压力。 v饱和油藏：位于泡点线下方
1
一、油藏烃类的相态表示方法
1、基本概念 体系(system)
指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体，又称物 系、系统。体系可分为单组分和多组分体系。
油
多组分体系
C3 、C7 、
multi- component C20
水
HO 2 2
水
单组分体系
H O single- component 2
一、油藏烃类的相态表示方法
＜动态特征＞
uT、p变化穿越包络线时
体系相平衡状态改变。
如体系可能从一种单相→ 两相共存→另一单相。
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三、单、双、多组分体系相态特征
3、油气体系的相态特征★
油气体系为典型多组分(multi-component)复杂物系。
(1)相图特征
u三点：临界点C、
A
H
临界凝析温度CT、临界凝析压力CP
u两线：包络线、等液量线；
u两区：液相区(liquid)
气相区(vapor or gas)
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1、单组分体系的相态特征
(2)相态特征 ＜静态特征＞ u 临界点C ：
➢ 两相共存的最高T、p；
✓ P>Pc时，随T升高将不会出现 液向气转化；
✓ T>Tc时，随P升高将不会出现 气向液转化；
➢ 气、液相无分界面； ➢ 气、液性质差别消失。
➢ 油气藏开发——等温反凝析——凝析气藏；
➢ 研究意义：指导凝析气藏开发，减少凝析油在地层中的损失。
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三、单、双、多组分体系相态特征
凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)
对A F(T=const) A B，单一气相(无相变) B D，凝析量个(两相,反常) D E，液量 (两相,蒸发) E F，单一气相(无相变) (condensate gas or retrograde gas凝析气)
→以图解方式表示上述状态变量所描述的相态关系，可得： v立体相图：三维相图 v平面相图：二维相图 v三角相图：三元相图或拟三元相图
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一、油藏烃类的相态表示方法
(1)立体相图：三维空间中，描述p、V、T三个状态变量 与相态变化关系的图形。
在油气流体相态研究中，p-V -T三维立体相图用于描述油气藏