第一章 油藏流体的物理性质
油层物理中文习题集
油层物理习题集长江大学二00九年九月目录第一章油藏流体的物理性质 (1)一、思考题 (1)二、计算题 (2)第二章储层岩石的物理性质 (11)一、思考题 (11)二、计算题 (12)第三章油藏岩石的渗流特性 (18)一、思考题 (18)二、计算题 (19)第四章油藏提高采收率的机理 (30)附录A 常用单位换算 (31)附录B 常用图版 (34)第一章油藏流体的物理性质一、思考题1．油藏流体意指什么？何谓高压物性？2．天然气的分子量、密度和比重是如何规定的？3．压缩因子Z的物理意义是什么？请区别压缩系数、压缩因子和收缩率这三个概念。
4．何谓气体的对应状态原理？5．如何确定多组分体系的视临界压力和视临界温度？你认为它们就是多组分体系的临界压力和临界温度吗？为什么？6．什么叫相图？影响P-T相图的因素有哪些？7．单组分体系的临界点是如何定义的？多组分体系的临界点又是如何定义的？8．试比较分析干气、湿气、凝析气、轻质油和重质油各自的相图特征。
9．有一凝析气藏，根据流体高压物性分析得其压力-温度关系如图1-1所示，图中A点代表气藏压力和温度。
图1-1 某凝析气藏流体相图图1-2某油藏流体相图（1）分析此气藏在开采过程中的相态变化；（2）若地层中已有液相凝析出而形成凝析油，即压力低于上露点压力，试问在开采过程中能否使压力再降至下露点一下，以便使凝析油再蒸发为气相而被采出？（3）在开采过程中，为了减少凝析油的损失，可采取什么措施？为什么？10．根据某油藏所取油样的高压物性实验，得到如图1-2所示的P-T相图，图中A为原始油藏状态，试确定该油藏的类型，并分析开采过程中的相态变化情况。
11．天然气在原油中的溶解度是如何定义的？其单位是什么？影响因素有哪些？12．什么是溶解系数？其物理意义是什么？怎样确定某一压力区间的平均溶解系数？13．地层原油的溶解油气比是怎样定义的？其影响因素有哪些？14．何谓原油的饱和压力？其影响因素有哪些？15．对某一给定组分和组成的原油体系，试简述其饱和压力随温度的变化规律。
油气田开发概论第1章、油层物理基础
>0.920
>0.95 >0.98
热采
热采 热采
（二）地层原油的高压物性 1、地层油的密度
地下原油的密度随温度的增加
而下降。 随压力变化的关系比较复杂：
以饱和压力为界，当压力小于饱和
压力时，随压力的增加，地层原油 的密度变小；当压力高于饱和压力 时，随压力的增加，密度增加。 地层油的密度一般采用高压PVT实验测定，有时也借 助某些分析资料和有关图表进行计算。
（一）原油的物理性质与分类 5、原油的闪点 闪点（闪火点）是指可燃液体的蒸气同 空气的混合物在临近火焰时能短暂闪火时的 温度。 6、原油的荧光性
原油的荧光性指原油在紫外线照射下发 出一种特殊光亮的特征，原油发荧光是一种 冷发光现象。
（一）原油的物理性质与分类 7、地面原油的分类
（1）根据原油中硫的含量分类
油气开采概论
第一章
油层物理基础
第一节 油藏流体的物理性质
在勘探或开发设计阶段，必须根据油藏流体
的物理性质进行油气田科学预测，如判断油藏类
型、油藏有无气顶、是否会出现凝析气等。
在油田开发过程中，必须了解地下流体的动、
静态参数，如体积系数、溶解系数、压缩系数、 粘度等，这样才能进行油藏工程研究与生产管理。
油层物理-储层流体的物理性质
四、典型油气藏的相图
(108m3)
500 450 400 350 300 250
200 165.4
150 100
50 0
美国
432.44
5.65
加拿大
委内瑞拉
4
前苏联
13
中国
稠油资源（摘自第七届重油及沥青砂国际论文集）
四、典型油气藏的相图
(108m3)
3000
2814
2500
2000
1500
1211
p地,T地 p分,T分
特点：
地层条件点位于露点线外侧，储层 （地下）内不会有液烃产生，为气 体。
油气分离器条件点位于两相区内， 地层条件点和分离器条件点的连线 穿过两相区。
析出的液体油为浅色轻质油， <0.78），RS>26700m3/m3。
四、典型油气藏的相图
（3）凝析气藏
p地,T地
p分,T分
特点：
（b）平面相图
L p
C
V T
固定一个参变量， 改变其它两个参数， 即可得到 平面相图。
二、油藏烃类的相态表示方法
（c）三角相图 适用于温度、压力一定，而组成变化的情况。
C2~C6
2
60
30
60
30
1
3
C1
C
C7+
三、油藏烃类的相态特征 1.单组分体系的相态特征
压力（0.1MPa）
C
液体
F
蒸 汽
G
思考：油气藏开采过程穿过两相区时，地层中流体的相态变化
五、试说明油气藏相图的应用
1.判断油藏的类型； 2.选择合理的开发条件； 3.预测地层油的饱和压力； 4.提出提高原油采收率的方法。
油层物理-中国石油大学-华东-复习资料
第一章储层流体的物理性质1、掌握油藏流体的特点，烃类主要组成处于高温、高压条件下，石油中溶解有大量的天然气，地层水矿化度高。
石油、天然气是由分子结构相似的碳氢化合物的混合物和少量非碳氢化合物的混合物组成，统称为储层烃类。
储层烃类主要由烷烃、环烷烃和芳香烃等。
非烃类物质（指烃类的氧、硫、氮化合物）在储层烃类中所占份额较少。
2、掌握临界点、泡点、露点（压力）的定义临界点是指体系中两相共存的最高压力和最高温度点。
泡点是指温度(或压力)一定时,开始从液相中分离出第一批气泡时的压力(或温度)。
露点是指温度(或压力)一定时,开始从气相中凝结出第一批液滴时的压力(或温度)。
3、掌握画出多组分体系的相图，指出其特征线、点、区，并分析不同类型油藏开发过程中的相态变化；三线：泡点线--AC线，液相区与两相区的分界线露点线--BC线，气相区与两相区的分界线等液量线--虚线，线上的液相含量相等四区：液相区（AC线以上-油藏）气相区（BC线右下方-气藏）气液两相区（ACB线包围的区域-油气藏）反常凝析区（PCT线包围的阴影部分-凝析气藏）J点：未饱和油藏I点：饱和油藏，可能有气顶；F点：气藏；A点：凝析气藏。
凝析气藏(Condensate gas )：温度位于临界温度和最大临界凝析温度之间，阴影区的上方。
1）循环注气2）注相邻气藏的干气。
4、掌握接触分离、多级分离、微分分离的定义；接触分离：指使油气烃类体系从油藏状态变到某一特定温度、压力，引起油气分离并迅速达到平衡的过程。
特点：分出气较多，得到的油偏少，系统的组成不变。
多级分离：在脱气过程中分几次降低压力，最后达到指定压力的脱气方法。
多级分离的系统组成是不断发生变化的。
微分分离：在微分脱气过程中,随着气体的分离,不断地将气体放掉(使气体与液体脱离接触)。
特点：脱气是在系统组成不断变化的条件下进行的。
5、典型油气藏的相图特征，判别油气藏类型；6、掌握油田常用的分离方式及原因多级分离分出的气少，获得的地面油多，而且其中轻质油含量高，测得的气油比小。
油藏及流体物理性质
1.3 油藏流体的物理性质
石油的组成
烷烃(alkane):C5～C16 塔顶：炼厂气(C1~C4)
蒸馏 分馏塔
上部：汽油(C5~C9)
中部：煤油(C10~C15)
热 裂
下部：柴油(C11~C20)
法
底部：重油（C16~C45）
1.3 油藏流体的物理性质
一、天然气的高压物性
天然气在高温高压下的物理特性
天然气的摩尔质量
n
M yiM i i 1
组分i的摩尔分数 组分i的摩尔质量
1.3 油藏流体的物理性质
1.天然气的状态方程
理想气体状态方程
pV nRT
pV ZnRT
P-气体压力，Pa; V-在压力P下的气体体积，m³; T-绝对温度，K; n-气体摩尔数; R-通用气体常数，通常为8.314J/（mol·K）
Vo -地面脱气原油体积，m³
1.3 油藏流体的物理性质
溶解气油比
油藏原始压力下的溶解气 油比与泡点压力下溶解气 油比相等。
当压力降低至泡点压力， 随着压力的降低，溶解气 油比减小
油藏条件下，温度升高，溶解气油比降低
1.3 油藏流体的物理性质
地层油体积系数
原油在地下的体积与在地面脱气后的体积之比
•油藏流体
石油(petroleum) 天然气(gas)
储层烃类：C、H
(reservoir fluid)
地层水(stratumtous water)
•油藏流体的特点(the characteristic of reservoir fluid )：
高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体； 随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也会发生变化。 烃类流体的密度小，比水轻。
油藏及流体物理性质
率与绝对渗透率的比值。
K rl
Kl K
KroKrwKrg1
多相流体共存时，各 相流体相对渗透率之 和总是小于1。
1.4 流体在地层中的渗流规律
相对渗透率曲线
定义：相对渗透率与流体饱和度关系曲线
含水饱和度为20%（A点）水不参与流 动，只有油在流动——A点对应饱和 度为束缚水饱和度
随着含水饱和度的进一步增加，油相渗 透率急剧降低，含水饱和度达到85%（B 点），只有水在流动——B点对应饱和 度为残余油饱和度
通过曲线可以确定注水油层最终采收率
A
B
E RS oS o iS o i r1% 00 0 .8 0 .8 0 .1 1 5% 0 8 0 .3 % 1
1.4 流体在地层中的渗流规律
根据下图相对渗透率曲线求注水油层最终采收率
0.25
0.9
E RS oS o iS o i r1% 00 0 .7 0 .7 0 5 .1 5 1% 0 8 0 .7 % 6
K qL
Ap
1.4 流体在地层中的渗流规律
二、多相流体的渗流规律
绝对渗透率：指单相流体在多孔介质中流动，不与之发生物理化学 作用的渗透率。大小只取决于岩石本身，而与实验流体无关。
有效渗透率：当岩石中有两种以上流体共存时，岩石对某一相流体的 通过能力，又称相渗透率。
KoKwKgK
相对渗透率：当岩石中有多种流体共存时，每一种流体的有效渗透
o
Bo
பைடு நூலகம்ln
re rw
)
供给边缘压力 供油半径
原油体积系数
井眼半径
井底压力
1.4 流体在地层中的渗流规律
例题
某圆形储层，半径200m，储层厚度为10m，渗透率为 2μ㎡（平方微米），储层中心处一口井半径10㎝，油 的粘度1mPa·s（毫帕·秒），原油体积系数1.2，边缘 压力为30MPa,井底流动压力20MPa，求这口井产量。 （ln2000≈7.6）
油层物理学
•1956年，苏联Φ.И.卡佳霍夫撰著“油层物理基础”
该书是“油层物理”从采油工程中单独分科的起点，随后得到了广 泛而深入的发展。
•60年代末，洪世铎在卡佳霍夫课本的基础上，首次在国
内编著中文版“油层物理基础”。从此油层物理在国内成 为一门独立的学科。 •98年编写了目前使用的课本，目前已经过三次修订，在 全国各油田及部分石油院校使用。
(4)提高原油采收率的机理。
Fundamentals of Enhanced Oil Recovery
特点：概念多、实验性强、较抽象。
最后成绩：考试70%＋平时10%＋实验20%。 考试形式：闭卷,以基本概念及其应用为主。
参考书： 1、洪世铎 «油层物理基础»； 2、何更生 «油层物理»； 3、杨胜来、魏俊之 «油层物理学»；
等压液化
P2
P2＝P泡 P3(液)
等压汽化
露点(Dew point)：温度一定，压力增加，开始从气
相中凝结出第一批液滴的压力。
泡点(Bubble point)：温度一定，压力降低，开
始从液相中分离出第一批气泡的压力。
单组分烃特点：泡点压力＝露点压力。
2)单组分烃p-v相图特点:
临界点C处：气、液的一 切性质(如密度、粘度等) 都相同。
组成(Composition)：体系中物质的各个成分及其相对含量。
P－T相图(phase diagram)：表示体系压力、温度与 相态的关系图。
3. 单、双、多组分体系的相图 3.1 单组分烃相图
Phase behavior of one component system
1)单组分烃相态特点
第一章 储层流体的物化性质-
单位：体积百分数
产自油井的气 50~92 5~15 2~14 1~10 痕迹~5 痕迹~3 无~0.5 痕迹~4 无~痕迹~6
第四节 油气藏分类
一、分类方法一
油气藏
油藏 黑油油藏 轻质油油藏 气藏 凝析气藏 气藏
重 油 油 藏
一 般 黑 油 油 藏
高 收 缩 油 油 藏
挥 发 油 油 藏
富 凝 析 气 气 藏
Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO4-2等
2.离子毫克当量浓度
离子毫克当量浓度等于某离子的浓度除以该离子的当量
例如，已知氯离子 (Cl—) 的浓度为7896mg/L，而氯离子的化合当量 ＝35.3，则氯离子的毫克当量浓度＝7896/35.3＝225.6毫克当量/升
第五节 地层水的化学组成与性质
Na K 1 Cl
Cl Na K 1 Mg 2
Cl Na K 1 Mg 2
按含 蜡量分
少 蜡 原 油 1
含 蜡 原 油 1 2 高 含 蜡 原 油 2 凝析 油 密 度 0 82
按关键 组分分
石 蜡 基 原 油 0 82 0 89 混 合 基 原 油 0 89 环 烷 基 原 油 > 0 93 .
按原油 密度分
轻 质 原 油 < 中 质 原 油 0 85 5 0 93 4 重 质 原 油 > 0 93 4 .
四、其它分类方法（按埋深分）
浅层油气藏——埋深小于1500m 中深层油气藏——埋深1500~2800m 深层油气藏——埋深2800~4000m 超深层油气藏——埋深大于4000m
油藏流体力学
油藏流体力学油藏流体力学是石油工程中的重要领域，研究油气藏中流体运动的行为及其影响因素。
在油藏开发和生产过程中，了解油藏流体力学的基本原理和特性对于优化采收率、提高产能至关重要。
一、油藏流体性质油藏中的流体主要包括油、水和天然气。
这些流体在岩石介质中的运动以及相互作用对于油藏的动态行为具有显著的影响。
以下是涉及到的一些重要性质：1. 渗透率：指的是岩石介质对流体运动的阻力程度，通常用单位面积上的流体通过速率来表示。
2. 孔隙度：指的是油气藏中矿物颗粒之间的孔隙空间占总体积的比例，决定流体的储存能力和流动性。
3. 饱和度：指的是岩石孔隙中的某种流体在孔隙总体积中的比例，如水饱和度、气饱和度和油饱和度等。
二、流体流动油藏中的流体流动遵循达西定律，即流体的速度与流体受到的压力梯度成正比。
在油藏开采过程中，常用的两种流动模式是线性流动和非线性流动。
1. 线性流动（Darcy流动）：在低渗透率的油气藏中，当压力梯度较小、流动速度较慢时，流体流动符合达西定律，并且与孔隙介质的性质相关。
2. 非线性流动：在高渗透率的油气藏中，流体的速度和压力梯度之间的关系不再呈线性，流动模式更为复杂，例如油藏中的高速水环绕或气推驱动。
三、渗流方程油藏流体力学中的渗流方程是描述流体流动的基本方程，常用的有连续性方程和达西方程。
1. 连续性方程：用于描述油、水和气在油藏中的质量守恒关系，即流入等于流出。
2. 达西方程：描述油藏中流体速度与压力梯度之间的关系，是油藏流体力学中最重要的方程之一。
四、渗透率对油藏流体力学的影响渗透率是决定油气流体运动能力的重要参数，直接影响着油藏的开采效果和产能。
以下是渗透率对油藏流体力学的影响：1. 渗透率大小决定了流体在岩石介质中的运动能力，高渗透率油藏更容易获取更大的产量。
2. 渗透率对流体的渗流路径和分布具有重要影响，低渗透率油藏通常需要采用增产技术来提高产能。
3. 渗透率也影响着流体通过岩石孔隙的速度和温度分布，其中流体速度与渗透率成反比。
第1章油气藏流体的化学组成与性质
第一篇 储层流体的物化性质
在勘探或开发设计阶段，必须根据流体物 性进行油气田科学预测，例如判断油藏类型、 油藏有无气顶、气藏气体是否会在地层中凝 析等，这些都需要对油气的物理化学特性及 相态变化规律有深刻的认识，才能做出正确 判断和设计。
石油的化学组成
油
气
藏
流
体
的
化
原油的物性与分类
学
组
成
与
性
质
油气藏分类
石油的元素组成 石油中烃类化合物 石油中非烃类化合物 原油的分子量、含蜡量及胶质沥青质含量
原油的物理性质 地面原油的分类 地层原油的分类
油气藏常规分类法 油气藏按埋藏深度分类
第一节 石油的化学组成 课程导入
油气藏开发过程中关注油气的物 理性质，但物理性质在很大程度上取 决于化学组成因此首先介绍油气的化 学组成。
储
天然气的视分子量和密度
层 流
天然气的高压物理性质
天然气状态方程及对比状态原理 天然气的高压物性
体
湿天然气和天然气水合物
的
油气藏烃类的相态特征
物 化
油气藏烃类的相态和汽液平衡
汽——液相平衡 油气体系中气体的溶解与分离
性
用相态方程求解油气分离问题实例
质
地层油的高压物性
储层流体的高压物性
地层水的高压物性 地层油气高压物性参数的测算
第一节 石油的化学组成 三、石油中的非烃类化合物
构成石油的主要是碳、氢元素。而硫、氮、 氧这些元素则以各种含硫、含氧、含氮的烃 类化合物的形态以及兼含有硫、氮、氧的胶 状、沥青状物质的形态存在于石油中，因为 已不是纯粹的碳氢化合物，所以被统称非纯 烃类化合物，俗称非烃类。显然，它们都是 极性物质。
油气藏中流体成分和性质
• （2）含氮化合物 石油中含氮较为少见，平均 含量小于0.1%。目前从石油中分离出来的含氮化 合物有30多种，主要是含氮杂环化合物形式存在。
左旋物质，右旋物质，天然原油多为右旋。0.1度—几 十分。
原因：分子中具有不对称分子结构。 原油中的胆甾醇和植物性甾醇分子为不对称结构。胆甾
醇存在于动物的胆汁、鱼肝油和蛋黄中，而植物性甾醇存 在于植物油和脂肪中。所以，原油的旋光性是原油有机成 因的一个有力的佐证。
7、导电性 原油电阻率高达109—1016Ω·m。可利用此性质，用电
• 石油的含氧量在0.1%~4.5％之间，主要与其氧 化变质程度有关。
• 除上述５种元素之外，还从石油灰分（石油燃烧 后的残渣）中发现有５０多种元素。这些元素虽 然种类繁多，但总量仅占石油重量的十万分之几 到万分之几，在石油中属于微量元素。
• （二）石油的化合物组成
• 1.烃类化合物:指全部由氢和碳原子构成的化合 物——烷烃、环烷烃、芳香烃.在化学上，烃类 可以分为两大类：饱和烃和不饱和烃。
1、烷烃：
1）正构烷烃 属直链烃 在原油中正构烷烃的含量是较高的，其含量一般为15％～20％。原
油中已检测出C1～C60的各种正构烷烃。 正构烷烃含量随碳原子数增加有规律地减少。
（不同碳原子正烷烃相对含量的分布曲线）
管线中的结蜡（C33＋）
2）异构烷烃 ——属侧链烃
C10内的异构烷烃含量较高，在C5～C8范围内，最常见的构型是具 有一个叔碳原子（2-甲基或3-甲基），其次是两个叔碳原子的构型。 在中等分子量范围内最重要的异构烷烃是异戊二烯类烷烃,含量常占 原油的1％。
第一章__油层物理性质及渗流规律
第一章 油层物理性质及渗流规律
§1.2 储层岩石物理性质(续) 储层岩石物理性质(
三、渗透率K 渗透率K
渗透性：在压力作用下， 渗透性：在压力作用下，岩石允许流体通过的性质 渗透率： 渗透率：用以衡量流体渗过岩石能力的大小 达西定律：q=-KAdP/(μ 达西定律：q=-KAdP/(μdL) q-流体通过岩石的稳定流量，m3/s 流体通过岩石的稳定流量， A-岩石的截面积，m2 岩石的截面积， 流体粘度，Pas μ-流体粘度，Pa s dp/dL-压力梯度， dp/dL-压力梯度，Pa/m K-岩石的渗透率，μm2 岩石的渗透率，
生产测井
长江大学 地球物理与石油资源学院
第一章 油层物理性质及渗流规律
§1.1 油层流体物性 油气藏示意
第一章 油层物理性质及渗流规律
油气藏分类
1 沥青类（4<oAPI<10） 沥青类（ ） Rsi≈0, Bo ≈1, 1000000>uo>5000cP 重油（ 重油（10<oAPI<20） ） Rsi<50, 1<Bo <1.1, 5000>uo>100cP 低收缩油（ 低收缩油（20<oAPI<30）——“黑”油 ） 黑 50<Rsi<500, 1.1<Bo <1.5, 100>uo>2~3cP 高收缩油（ 高收缩油（30<oAPI<50）——挥发 ） 挥发 500<Rsi<2000, 1.5<Bo <2.5~3.5, 2~3>uo>0.25cP 凝析气（ 凝析气（50<oAPI<70） ） 2000~6000<Rsi<15000, Bo（空）, uo ≈ 0.25cP 湿气（ 湿气（oAPI>60） ） 15000<Rsi<100000, Bo（空）, uo ≈ 0.25cP 干气
油层物理-储层流体的物理性质
02
储层流体的基本性质
流体分类
原油
由地下的烃类气体和液态烃混合而成，是 石油开采的主要目标。
天然气
主要由甲烷组成，是石油开采过程中的伴 生气体。
地下水
储存在地下含水层中的水，对油藏的保存 和开采有一定影响。
流体物理性质
粘度
流体在流动过程中所受的 摩擦阻力，单位为帕·秒。
密度
流体的质量与体积之比， 单位为千克/立方米。
总结词
储层流体的密度和流动性对油层压力 有显著影响。
详细描述
流体的密度越大，对地层的压力作用 越强，可能导致油层压力升高。同时 ，流体的流动性也会影响压力的传递 和平衡，流动性好的流体能更快地传 递压力变化。
流体对油层温度的影响
总结词
储层流体的温度对油层温度有直接的影响，并进一步影响油层的物理性质和开采效果。
9字
不同类型油藏的储层流体物 针对性的建议和措施。
对未来研究的建议
需要进一步深入研究储层流体的微观 结构和流动特性，以揭示其流动规律 和机理。
需要开展多场耦合条件下储层流体的 流动模拟和实验研究，以揭示其在复 杂条件下的流动特性和规律。
需要加强储层流体与岩石、地层水之 间的相互作用研究，以深入了解其对 储层特性和流体流动的影响。
需要加强储层流体的采收率评价和优 化技术研究，以提高油藏的采收率和 生产效率。
谢谢您的聆听
THANKS
压缩性
流体在压力作用下体积变 小的性质，单位为立方米/ 立方米。
溶解性
流体与另一种物质混合形 成溶液的能力，单位为克 /100克。
03
油层物理特性
油层压力
静压力
由于地层岩石和流体的重 力作用产生的压力。
第一章 油藏流体的物理性质.
3）单组分烃P-T相图特点
饱和蒸汽压线为单一上 升的曲线。 划分为三个区：液相区、 气相区和两相区 C点为临界点，是两相 共存的最高压力和最高 温度点。 随分子量的增加，曲线 向右下方偏移。
单组分烃的相图 (Standing, 1952)
相图应用：根据P和T，判断单组分烃所处的相态
两组分混合物的临界压力一般 高于两纯组分的临界压力，临 界温度居于两纯组分的临界温 度之间
乙烷-正庚烷不同组成时的P-T相图 （Brown,1948)
特点： 两组分的相对分 子质量差别越大， 临界点的轨迹线 包围的面积越大
双组分烷烃体系临界点轨迹曲线 （Brown,1948)
3.3 多组分烃相图
3）单组分烃P-T相图特点
常见流体的饱和蒸汽压曲线
3）单组分烃P-T相图特点
烷烃的饱和蒸汽压曲线 1－CH4；2－C2H6；3－C3H8；4－iC4H10；5－nC4H10；6－iC5H12； 7－nC5H12；8－C6H14；9－C7H16；10－C8H18；11－C9H20；12－C10H22
油藏岩石的物理性质
饱和多相流体的油藏岩石的物理性质
提高原油采收率的机理
特点：概念多；实验性强；较抽象
课程参考书：
洪世铎 《油层物理基础》 何更生 《油层物理》
罗蛰谭 《油层物理学》
秦积舜 《油层物理学》
第一章 油藏流体的物理性质
油层：能储集油气、并能让油气在其中流动的多孔介质
临界凝析温度：两组分 体系中限制两相共存的 最高温度，体系温度高 于该温度，无论压力多 大，体系也不能液化。
临界凝析压力：两组分 体系中限制两相共存的 最高压力，体系压力高 于该压力，无论温度如 何变化，体系也不能气 化。
第一章 油藏岩石和流体的基本物理性质及其渗流特性
式中： Vof为地层油的体积，m3； P为压力，MPa。
4．地层油的粘度和密度
地层油处于高温高压下，且溶有大量的天然气，因此地层油的粘 度和密度与地面脱气原油相比，差别较大。地层油的密度要比地面脱 气油低3～10％；油的粘度对温度极其敏感，温度增加，粘度大幅度 降低，因此，地层油的粘度比地面脱气油低的多。但不同油藏的油， 由于其组成不同，粘度相差很大，重组分越多，粘度越大。
可以看出：它们的共同特点是在泡点压力Pb处，曲 线有转折点。这是由于当压力高于泡点压力时，地下 原油处于单相状态，压力增加纯粹是油的压缩，故粘 度及密度均增加；当压力低于泡点压力时，气从油中 分出，故压力越低．油的粘度和密度越高。从地层油 的各种物性与压力的关系可以看出，泡点压力是其物 性变化的分界点。
三、地层油的高压物性
地层油的高压物性主要指地层油的溶解气油比、体积系数、压缩 系数和粘度等。 1．地层油的溶解气油比 地层油的溶解气油比是指地层油进行一次脱气（20 0C），分出气 体的标准体积与脱气后原油的体积之比。即
Rs =
Vg Vos
式中：Vos为地层脱气后的体积， Vg为分出气体的标准体积。 或者Rs说是1m3的地面脱气原油在地层条件下所能溶解的气体的标准 体积。原始状态下的溶解气油比用Rsi表示。
PV= Z n RT
式中 P——气体的压力，Pa； V——压力P下气体的体积，m3； T——绝对温度，K； n——气体的摩尔数； R——通用气体常数，等于 8.314Pa· m3／K· Kmol； Z ——压缩系数。它是相同压力和温度下，实际气体的体 积与理想气体体积之比，是压力、温度和气体性质的函数。
油层物理学
第一章 油气藏流体的化学组成与性质储层流体：储存于油〔气〕藏中的石油、天然气和地层水。
石油中的烃类及相态石油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃三种饱和烃类构成，原油中一般未发现非饱和烃类。
烷烃又称石蜡族烃，化学通式C n H 2n+2，在常温常压〔20℃，0.1MPa 〕下，C 1~C 4为气态，它们是天然气的主要成分；C 5~C 16是液态，它们是石油的主要成分；C 17以上的烷烃为固态，即所谓石蜡。
烷烃：带有直链或支链，但没有任何环结构的饱和烃。
石油的化学组成石油中主要含碳、氢元素，也含有硫、氮、氧元素以及一些微量元素，一般碳、氢元素含量为95%~99%，硫、氮、氧总含量不超过1%~5%。
石油中的化合物可分为烃类化合物和非烃类化合物；烃类化合物主要为烷烃、环烷烃、芳香烃；非烃类化合物主要为各种含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物以及兼含有硫、氮、氧的胶质和沥青质。
含蜡量：指在常温常压条件下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。
胶质：指原油中分子量较大〔约300~1000〕，含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物，通常呈半固态分散状溶解于原油中。
胶质含量：原油中所含胶质的质量分数。
沥青质含量：原油中所含沥青质的质量分数。
含硫量：原油中所含硫〔硫化物或硫单质〕的百分数。
原油的物理性质及影响因素包括颜色、密度与相对密度、凝固点、粘度、闪点、荧光性、旋光性、导电率等。
原油颜色的不同，主要与原油中轻、重组分及胶质和沥青质含量有关，胶质、沥青质含量高那么原油密度颜色变深。
凝固点与原油中的含蜡量、沥青胶质含量及轻质油含量等有关，轻质组分含量高，那么凝固点低；重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，那么凝固点高。
原油的密度：单位体积原油的质量。
原油的相对密度：原油的密度〔ρo 〕与某一温度和压力下的水的密度〔ρw 〕之比。
我国和前联国家指1atm 、20℃时原油密度与1atm 、4℃纯水的密度之比， 欧美国家那么以1atm 、60℉〔15.6℃〕时的原油与纯水的密度之比，γo欧美国家还使用API 度凝固点：原油冷却过程中由流动态到失去流动性的临界温度点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二节 天然气的物理性质
一、天然气的组成和分类 二、天然气的状态方程 三、天然气压缩因子的确定
天然气的组成
天然气=低分子饱和烷烃+少量非烃气体组成
70%-90% CH 4占绝大部分， 1. 烷烃 C2-C4含量不等 C5少量
2. 非烃气体：H2S、CO2、CO、N2、H2O蒸汽等 3. 少量稀有气体：氦（He）和氩（Ar）
第一节 油层烃类的相态特征 第二节 油气系统的溶解和分离 第三节 天然气的物理性质 第四节 地层原油的物理性质 第五节 油层水的物理性质
第一节 油层烃类的相态特征 1. 油层烃类的化学组成及分类 1.1 石油的化学组成： 石油=烷烃+环烷烃+芳香烃+少量烃类的氧、硫和氮化合物 常温常压下： C1-C4：气态；C5-C16：液态；C16以上：固态（石蜡）
Z
V实际气体 V理想气体
体容易压缩；当Z值等于1时，则实际气体成为 理想气体。 压缩因子不是一个常数，它随气体组成、 温度和压力而变化。压缩因子须通过室内实验 来测定。
天然气的状态方程
理想气体：一种假想气体，该气体的分子无体积，且气体分子间
无相互作用力。
PV nRT
P：气体所处的压力 V：在奋力P下的气体体积 T：绝对温度（K） n：气体的摩尔数 R：通用气体常数，8.314Pa•m3/(mol•K)
天然气的状态方程
天然气： PV ZnRT
Z：通常称为压缩因子，是给定温度、压力下，实际气体占有的体 积与相同温度和压力下的理想气体所占有的体积之比，即可 表示为： 当Z值大于1时，即实际气体较理想气体难 于压缩；当Z值小于1时，即实际气体较理想气
边伟华
吉林大学地球科学学院
石油深埋在地下岩石孔隙中，是一种不可再生的资源。 油田开发的好坏，很大程度上取决于对油藏的认识程 度。（石油的特点）
我国多数老油田已进入开发的中后期，含水高，但采 出程度很低；新油田逐渐转向特殊油田的开发（稠油、 低渗、缝洞、海上油田）。开采难度越来越大。（目 前开发现状）
油藏：深埋在地下的油气聚集的场所。具单一圈闭、统 一的水动力系统、统一的油水界面。 油田：一个地区地下所有的油藏构成油田。 石油管理局 采油厂 油田 油藏
油藏流体：油藏中的石油、天然气和地层水。处于高温 高压下，石油中溶有大量的天然气，地层水矿化度高。
随油藏的开采，地下流体的相态发生变化，影响最终的 采收率。为合理开发油藏，就必须要高清地下流体的相 态、物性随压力的变化。
目前原油采收率普遍较低；海上油田<18%，陆上油田15-40%。
地下还有大量的石油等待开发，只是就目前技术开发难度较
大。因此，对基础知识、综合技术水平要求越来越高。
石油地质、物理化学 有机化学
油层物理
渗流力学 油藏数值模拟
油藏工程 采油工程
油层物理的主要内容：
油藏流体（油、气、水）的高压物性
高收缩率原油的相图（Clark，1953)
4. 典型油气藏的相态特征
反凝析气藏：在气藏原始条件1点，气藏中为单一气 相，随生产过程气藏压力的降低，气藏中发生反凝析。 这种气藏所含流体是更轻的烃，其中重烃比高收缩原 油还要少。
4. 典型油气藏的相态特征
湿气：其临界温度远低于油藏温度。当油藏压力降低 时，流体始终处于气相。在地面便有一些液体析出； 但产生的液体要比凝析气少，混合物中的重组分也比 凝析气少。
天然气的分类
>C5 气藏气：产自气井，C1>80%，C2-C4不等， 微量 按矿藏 油藏气：（溶解气+气顶气），C1为主，C2以上含量较高 凝析气藏气：C1为主，但C5以上组分含量较高 富气：汽油蒸汽 100g/m3 按油蒸汽含量 3 干气：汽油蒸汽<100g/m 净气：含硫量<1g/m3 按含硫量 3 酸气：含硫量>1g/m
4. 典型油气藏的相态特征
干气气藏：甲烷含量占70%-98%，其不论在地层条件 还是在分离器（点S）条件下，它都处于该混合物的两 相区之外，即在地下和地面都没有液体形成。
反常凝析气相图
典型湿气相图
特点：从低收缩油至干气： 临界点左移，油藏条件相对 于临界点从左向右偏移； 相图面积由大变小 等液量线由在露点线附件密 集向泡点线附件密集。
反凝析现象：凝析气藏等温降压时穿过逆行区
由A到B：气相 由B到D：随压力降低，凝 析出来的液量逐渐增加， 出现反常。 由D到E：随压力降低，体 系中的液量逐渐减小
反凝析现象只发生在相图中靠近临界点附近区域的特定 温度、压力条件下，属于体系接近于临界状态时所出现 的反常现象。
4. 典型油气藏的相态特征
乙烷的P-V相图（Brown，1948）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3）单组分烃P-T相图特点
饱和蒸汽压线为单一上 升的曲线。 划分为三个区：液相区、 气相区和两相区 C点为临界点，是两相 共存的最高压力和最高 温度点。 随分子量的增加，曲线 向右下方偏移。
单组分烃的相图 (Standing, 1952)
相图应用：根据P和T，判断单组分烃所处的相态
3.2 两组分烃相图
特点： 为一开口的环形曲线 C点为临界点，是泡点 线与露点线的交汇点 泡点压力≠露点压力 CT：临界凝析温度 CP：临界凝析压力 两组分体系中，临界点所对应的温度和压力不是两相共 存的最高温度和最高压力，高于此点的温度和压力时， 两组分的混合物仍可两相共存
3.2 两组分烃相图
油藏岩石的物理性质
饱和多相流体的油藏岩石的物理性质
提高原油采收率的机理
特点：概念多；实验性强；较抽象
课程参考书：
洪世铎 《油层物理基础》 何更生 《油层物理》
罗蛰谭 《油层物理学》
秦积舜 《油层物理学》
第一章 油藏流体的物理性质
油层：能储集油气、并能让油气在其中流动的多孔介质
2. 相态研究的基本概念
体系：一定种类和数量的物质组成的整体。 相：体系中具有相同成分、相同物理化学性质的均匀部 分。如地层油和气为不同的两相。 组分：体系中物质的各个成分，如天然气
组成：体系中物质的各个成分及其相对含量。
P-T相图：表示体系压力、温度与相态的关系图
如果一个体系的 组成一定，则压 力（p）、温度 （T）、比容（V） 等都是该体系组 成中相状态的函 数。因此，对于 任一特定的体系， 其状态方程表示 为：F（p，T，V） =0。
低收缩原油：指在地下溶有的气量小，采到地面后体积收缩 较小的原油
低收缩原油：含重烃较 多，地面气油比较小， 通常小于90m3/m3。原油 的相对密度较高，常 ≥0.876。颜色呈黑色和深 褐色。
低收缩率原油的相图（Clark，1953)
4. 典型油气藏的相态特征 高收缩油：指在地下溶有大量的气体，采到地面后体积收缩 较大的油。 高收缩原油：产出的液体数 量明显减小。地面气油比相 对较高，一般在90m3/m3150m3/m3 。地面原油的相对 密度一般小于0.78。 等液量线分布明显不同，等 液量线密度向泡点线方向移 动，油藏条件靠近临界点。
原油中的胶质、沥青质是高分子的杂环烃的氧、硫和氮 化合物，对原油的颜色、密度、粘度影响较大。
油井中的蜡=石蜡+原油+胶质沥青质+泥砂。含蜡量越高， 结蜡温度越高，凝固点越高。
1.2 石油的分类
国际市场上按含蜡量、含硫量和胶质沥青质含量，将原 油分为不同的类型： 按含硫量（0.5%）：少硫原油和含硫原油 按胶质沥青质含量：少胶原油（<8%）；胶质原油（8%25%）；多胶原油（>25%) 按含蜡量：少蜡原油（<1%）；含蜡原油（1%-2%）；高 含蜡原油（>2%）
临界凝析温度：两组分 体系中限制两相共存的 最高温度，体系温度高 于该温度，无论压力多 大，体系也不能液化。
临界凝析压力：两组分 体系中限制两相共存的 最高压力，体系压力高 于该压力，无论温度如 何变化，体系也不能气 化。
特点：
任一两组分混合物的相图都位 于两纯组分的饱和蒸汽压曲线 之间 两组分的分配比例越接近，两 相区的面积越大；若两组分中 有一个组分占绝对优势，则两 相区面积相应变窄；相图向该 组分的饱和蒸汽压线迁移
典型干气相图
表2 - 1 - 2 不同类型油气的液态烃比重及油气比含量 油气类型 低收缩原油 高收缩原油 逆行凝析气 湿气 干气 液态烃比重 >0.802 0.802-0.739 0.780-0.739 >0.739 原始油气比(标准立方米/立方米) <178 178-1425 1425-12467 10686-17810 >18000
3）单组分烃P-T相图特点
常见流体的饱和蒸汽压曲线
3）单组分烃P-T相图特点
烷烃的饱和蒸汽压曲线 1－CH4；2－C2H6；3－C3H8；4－iC4H10；5－nC4H10；6－iC5H12； 7－nC5H12；8－C6H14；9－C7H16；10－C8H18；11－C9H20；12－C10H22
3. 单、双和多组分体系的相图
饱和蒸汽压：是指在一个密闭容器内，液体与其蒸汽处于 平衡状态时，液体上面的蒸汽所产生的压力。 该压力是温度的函数，标志了液体挥发的难 易程度。 露点：温度一定，压力增加，开始从气相中凝结出第一批 液滴的压力。 泡点：温度一定，压力降低，开始从液相中分离出第一批 气泡的压力。
3.1 单组分相图
1）单组分相态特点
2）单组分烃P-V相图特点 随温度升高，由气相转化为 液相时，体积变化减小
临界点C： 由气相转化为液相时，体 积没有明显变化。 该点的压力、体积和温度 记为Pc，Vc和Tc 该点汽、液的一切性质 （密度、粘度等）均相同 当t>Tc时，气体不再液化