油层物理学 第二章 油气藏流体的物理特性

§2.1 油气藏烃类的相态特征 1、石油的组成
★
烷烃 环烷烃 芳香烃
C5～C16
★
含氧化合物：
★
苯酚、脂肪酸 硫醇、硫醚、噻吩 吡咯、吡啶、喹啉、吲哚 胶质、沥青质
含硫化合物：
★
其它化合物
含氮化合物：
Hale Waihona Puke 高分子杂环化合物：§2.1 油气藏烃类的相态特征 石油的分类
少硫原油 含硫量 含硫原油 >0.5% 少胶原油 胶质沥青质含量 胶质原油 多胶原油 < 8％ 8～25％ >25％ <0.5%
三区：液相区、气相区、气液两相区
乙烷（占96.83%摩尔）-正庚烷的P-T图
三线：泡点线、露点线、气液等条件线 三点：临界点、临界凝析压力点、临界凝析温度点
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
戌烷和正庚烷（占总重量的52%）的P-V图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
1.天然气的化学组成 低分子烃：甲烷（CH4）占绝大部分（70%—80%），乙烷（C2H6）、丙 烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）的含量不多。 非烃类气体：硫化氢（H2S）、硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二氧化碳 （CO2）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）及水气（H2O）。
油气藏类型
低收缩原油
液态烃比重
>0.802
原始油气比 （标准米3/米3）
<178
高收缩原油
凝 析 气 湿 干 气 气
0.802—0.739
0.780—0.739 >0.739 /
178—1425
1425—12467 10686—17810 /
§2.2 天然气的高压物性 常温常压下天然气的主要物性参数
相图的应用—油气藏类型判断
方法：在相图中标示地层原始压力 和温度。 J：未饱和油藏；
I：饱和油藏；
L：有气顶的油藏； F：气藏； A：凝析气藏（ Tc＜T＜T ） 油气开采过程，类似等温降压过程。 对于凝析气藏，使液态烃的凝析不 是在地层或井中，而是在地面，控 制压力是十分重要的。
多组分烃体系的P-T图
稀有气体：氦（He）和氩（Ar）等。
§2.2 天然气的高压物性

天然气组成的表示方法:
摩尔组成:
yi Ni


i 1
n
100 %
Ni

体积组成:
yi
Vi
V
i 1
n
100 %
i
Gi
Wi

质量组成:
W
i 1
n
100 %
i
§2.2 天然气的高压物性
§2.1 油气藏烃类的相态特征
凝析气藏相图
相图特征： A、 Tc＜T＜T′， B、在气藏原始条件，气藏中为单 一气相； C、随生产过程气藏压力的降低， 气藏中会发生凝析； D、地面分离器条件可得一定数量 的液相（凝析油）。 这种气藏所含流体是更轻的烃，重 烃含量低。
图2-1-15 逆行凝析气的相图
图2-1-17 干气相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
湿气气藏相图
相图特征： A、临界点偏右，相图狭窄；
B、临界温度远低于气藏温度；
C、当气藏压力降低时，流体始终处于气 相。但在分离器条件下则是处于系统 的两相区内，可获得少量液相； D、其产生的液量要比凝析气少，混合物 中的重组分也比凝析气少。
图2-1-16 湿气相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
解决的主要问题：油藏开采前烃类究竟处于什么相
态？为什么会发生一系列相态的变化？其主要原因 是什么？用什么方式来描述烃类的相态变化？ 主要影响因素：油层中油气系统所处的相状态，主 要取决于油气数量上的比例和油气组成性质及其所
处的压力温度条件。
油层烃类的化学组成是相态转化的内因，压力和温 度则是产生转化的外部条件。
多组分烃体系的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
多组分烃体系相图 （P-T图）
逆行区：图中的阴影部分，逆行指的 是与正常变化相反。 , 等温逆行区：Tc＜T＜T , 等压逆行区：Pc＜P＜P 相变过程分析： 等温降压，正常相变为蒸发； , 当Tc＜T＜T 等温降压时， A气相—B少量液相—D液量增加（D为最大 值）—E液量减少，气量增加—F气相 B—D 气—液 等温反凝析 D—B 液—气 等温反蒸发 在等压逆行区则有： 等压反凝析 等压反蒸发
,
§2.1 油气藏烃类的相态特征 几种典型的油气藏相图
干气气藏相图
干气：是指每标准立方米井口流出物中C5 以上 重烃含量低于13.5厘米 3 的天然气。干气富 含甲烷（70%—98%）和乙烷，重烃含量极少； 相图特征： 临界点偏左，相图狭窄。 气藏特点： 不论在地下条件还是在分离器条件下，它都 处于该混合物的两相区之外，即在地下和地 面都没有液相生成。
乙烷（占96.83%摩尔）-正庚烷的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
多组分烃体系相图 （P-T图） C点：临界点； p 点：临界凝析压力点； T 点：临界凝析温度点。
, ,
aC：泡点线；
bC：露点线； 虚线：等体积线。 液相区、气相区，
液气两相区，逆行区。
三点：临界点、临界凝析压力点、临界凝析温度点。 三线:泡点线、露点线、等体积线。 四区：液相区、气相区，液气两相区，液气逆行区。
重质原油相图
相图特征： A 临界点偏右， B 液体等容线集中且靠近露点线， C 压力降低到泡点压力以下时，形成的 气相数量不多；地面分离器条件液相比例 高。 原油特点： 含重烃较多，生产时地面气油比较小， 原油比重较高。
图2-1-13 低收缩原油的相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
不同类型油气藏的液态烃比重及油气比
§2.1 油气藏烃类的相态特征
轻质原油相图
相图特征： A、临界点接近P 点； B、液体等容线较稀疏且靠近泡点；
,
C、压力降低到泡点压力以下时，有较
多的气相生成；地面分离器条件液 相比例不高。 原油特点： 含轻烃较多，生产时地面气油比较高， 原油比重较小。
图2-1-14 高收缩原油的相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
少蜡原油
含蜡量 含蜡原油 高含蜡原油
< 1％
1～2％ >2％
§2.1 油气藏烃类的相态特征 油气藏烃类的相态表示方法
相（Phase）：体系中物理和化学性质均匀的部分；
相与相之间有明显的界面，如油水、气水界面。
一个相中可以为一种物质， 也可有多种物质。如氮气、空气、天 然气。一种物质可以有多个相，水可为气、液、固相。 讨论相时与绝对数量无关。
组分（Component）：体系中有几种物质就称有几种组分。或独 立变化成分的最小数目。
如天然气中有甲、乙、丙烷等，空气中有多种物质。
§2.1 油气藏烃类的相态特征
组成（Composition）：指组成某物质的组分及各组分所占的比 例数。 由物质的组成可以定量表示体系中或某相中的构成情况。
一个体系中相不仅与物质的组成有关，还取决于温度、压力。 当一个体系的物质组成一定时，则压力、温度都是特定体系中 相的状态函数。这样，在特定体系中其状态方程为：
多组分烃体系的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
多组分烃体系相图 （P-T图）
逆行现象的物理解释
F点烃类为气相，压力提高，分子间距离逐渐减小，分子引 力逐渐增大，至E点时，体系中重烃由于引力增大开始凝析为 液相； 由E点至D点，随着压力不断提高，体系中分子量较大的烃类 由于分子间距离不断减小，使分子间引力增大而凝析为液相， 体系中液相体积不断增加达到最大值。此时，分子量较小的 烃类随着压力增大分子间引力也随着增大，但仍然为气相； 由D点至B点，压力不断增大，气相的烃类分子间引力也不断 增加，但未能成为液相。但此时这部分气相烃类分子间引力 增大，将已经凝析为液相的一部分烃类又吸引成为气相，致 使体系中液相体积逐渐减少；
乙烷-正庚烷具不同的重量组成时的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
影响相图的因素（不同组分）： （1）任一两组分组成的相图，Ｐ′都 高于纯组分的Pc,组成的分子量相差越 大， Pc越高； （2）Tc比组成中轻烃组分的Tc高，比 重烃的Tc低；相图的Tc介于两纯组分 之间； （3）双组分分子量相差越大，构成的 相图其包络线范围最宽； （4）双组分临界点C轨迹随组分性质 的差异的增加而有规律的变化。
图2-1-9 烷烃的双组分临界点轨迹曲线图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
双组分烃相图的特点：
① Pc、Tc、Ｐ′、Ｔ′值大小取 决与体系中组成； ② 双组分混合物的Ｔ′介于两纯 组分的Tc之间； ③ 双组分混合物中，若某一种组分 的含量占据优势时，则C点就会邻近 该组分的饱和蒸气压曲线；
图2-1-2 单组分烃的相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
单组分烃相图 （P-V图）
图2-1-6 乙烷的P-V关系图 （据Brown等，1948）
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图） 双组分烃相图(包络线图)： aC：泡点线； bC：露点线； 等液量线； 液相区、气相区、两相区。 C点：临界点，泡点线和露点线的交点。 Ｐ′点：临界凝析压力点，它是两相共 存的最高压力点； Ｔ′点：临界凝析温度点，它是两相共 存的最高温度点。
第二章 油气藏流体的物理特性
第二章 油气藏流体的物理特性
储集岩孔隙空间中储集的流体：天然气，石油， 以及地层水。 油层流体的特点：处于高温、高压条件下，石 油中常溶解有大量的烃类气体，地下的油层流体 的物理性质与其在地面的性质有很大的不同。 油藏开采过程中，油层的温度、压力要发生变化， 油层流体，特别是石油和天然气的相态会随之改变。 重要性：对于认识油气的运移、聚集与分布；对于 油气勘探的评价和油、气储量的计算；对于油气田的合 理开采与开发；以及提高石油采收率等方面都有及其重 要的作用。