油藏流体的物理性质

亨利定律的物理意义
温度一定，气体在单位体积液体中的溶解量与压力成正比。
适用条件 ①分子结构差异较大的气液体系。 ②单组分气体在液体中的溶解。
天然气在原油中溶解的影响因素： ①天然气的溶解曲线不是线性的
先溶解重烃，曲线较陡；再溶解轻烃，曲线较平直，斜率小
②天然气的组成 天 然 气 中 重 质 组 分 愈 多 ， 相 对 密 度 愈 大，其在原油中的溶解度也愈大
—
—
— 62.2** 21 3.8 51 9.6 11.8 9.5 89
5
21.8
37.4 —
-7 4.73 17.6 0.15 0.26 6.4 —
—
—
12.3 —
30 18.1 3.4 — — — —
—
—
63.5 —
33 22.6 20.7 — 2.35 — 148
—
—
1
2油藏流体性质
★石油的分类 ① 石蜡含量
各类油气藏的开发特点
1点－未饱和油藏
压力下降
压力下降
液态
泡点线(饱和压力)
气液两相
压力稍微下降
2点－饱和油藏 液态
气液两相
3点－气藏
压力下降
气态
气态
4点－凝析气藏
压力下降
压力下降
气态
气液两相
气态
2
2油藏流体性质
第三节 油气的溶解与分离
一、天然气在原油中的溶解
亨利定律： R s = α ⋅ P
Rs ——溶解度， 压力为P时单位体积液体中溶解的气量,标m3/m3； α——溶解系数，其值反映了气体在液体中溶解能力的大小，标m3/MPa
泡点线 露点线 等液量线
AC线，液相区与两相区的分界线 BC线，气相区与两相区的分界线 虚线，线上的液量的含量相等
液相区 AC线以上 气相区 BC线右下方 气液两相区 ACB线包围的区域 反常凝析区 PCT线包围的阴影部分
油藏 气藏 油气藏 凝析气藏
泡点 AC线上的点，也称饱和压力点 露点 BC线上的点 临界点 C点，泡点线与露点线的交点 临界凝析压力点 P点，两相共存的最高压力点 临界凝析温度点 T点，两相共存的最高温度点
★ 石蜡族低分子饱和烷烃（主要） CH4 70~98％ C2H6 C3H8 C4H10 >C5
★ 非烃气体（少量） H2S 有机硫 CO2 CO N2 H2O 惰性气体He、Ar等
★ 天然气组成的表示方法
摩尔组成 质量组成
yi
=
ni
∑ ni
× 100 %
源自文库wi
=
mi
∑ mi
× 100 %
∑ yi = 1 ∑ wi = 1
地面标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。
三、天然气的等温压缩系数
Bg
=
Vg V sc
在等温条件下单位体积气体随压力变化的体积变化率。
Cg
=
−1 V
⎜⎛ ⎝
∂V ∂P
⎟⎞ ⎠T
PV = ZnRT
∂V ∂P
= nRT
P ∂Z ∂P − Z P2
Cg
=
1 p
−
1 Z
∂Z ∂P
四、天然气的粘度
1、定义（同原油） 速度梯度为1时，单位面积上流体的内摩擦力。
我国部分油田地面原油性质
粘度(厘沱) 凝固点 含蜡 胶质 沥青 含硫 残碳
馏分组成(质量百分数)
50℃ 70℃ ℃ 量% %
%
%
% 初馏点 ＜200℃ ＜300℃
17.40 —
24 28.6 13.3 — 0.15 2.5 88
14
28
37.69 17.95 33 17.9 18.3 3.1 0.47 5.5 79.5
一般，地层油的密度小于地面油的密度。
2.地面原油的相对密度
20℃时的地面油密度与4℃时水密度之比。
γo
=
ρ 20 o
ρw4
三、地层油的体积系数
又称原油地下体积系数，是指原油在地下体积(即 地层油体积)与其在地面脱气后的体积之比。
Bo
=
Vf Vs
一般地，Bo>1。
影响因素分析： ① 组成 轻烃组分所占比例↗，Bo ↗ ② 溶解气油比 Rs↗, Bo↗ ③ 油藏温度 T↗，Bo↗ ④ 油藏压力 当P < Pb时， P↗, Bo↗ 当P > Pb时， P↗, Bo↘ 当P = Pb时，Bo ＝ Bomax
相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处的状态。
相图
油藏烃类的相态通常用P－T图研究。
二、石油组分烃的相图
1.几个概念
（1）饱和蒸气压：在一定温度下，气液两
相共存的压力。(在封闭体系中，液体和其
蒸汽处于动态平衡时的蒸汽压力)
液相区
（2）泡点压力(饱和压力): 在一定温度下，
开始从液相中分离出第一批气泡时的压力。
体积系数与压力的关系
两相体积系数：
油藏压力低于泡点压力时，在给定压力下地层原 油和其释放出气体的总体积(两相体积)与它在地面脱气 后的体积(地面原油体积)之比。
因为：
Bt
=
V f + V fg Vs
( ) Vfg = Rsi − Rs VsBg
( ) 所以： Bt = Bo + Rsi − Rs Bg
矿场常用 多级脱气
一次脱气示意图
多级脱气示意图
第四节 地层原油的高压物性
地层原油：高温高压，溶解有大量的天然气
一、地层原油的溶解气油比Rs
1.定义
①在油藏温度和压力下地层原油中溶解的气量，标m3/m3。
②单位体积地面原油在油藏条件下所溶解的标准状况下
的气体体积，标m3/m3。
Rs
=
Vg Vo
地层原油的溶解气油比是用接触脱气的方法得到的。
少蜡原油： <1% 含蜡原油： 1%～2% 高含蜡原油：>2%
② 胶质-沥青质含量
少胶原油： <8% 胶质原油： 8%～25% 多胶原油： >25%
③ 硫的含量 少硫原油：S<0.5% 含硫原油：S>0.5%
第二节 油气的相态
一、概念
相： 某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、 化学性质的均匀物质部分。 油藏烃类一般有气、液、固三种相态
油层水
底水 边水 层间水
束缚水
上层水 外部水 下层水
构造水
地层水长期与岩石和地层油接触
地层水中含有大量的无机盐
一、地层水的矿化度和硬度
1、地层水中的离子 阳离子 Na+1、K+1、Ca+2、Mg+2
阴离子 Cl-1、CO3-2、SO4-2、HCO3-1
2、矿化度 水中矿物盐的质量浓度，通常用mg/l表示
五、地层油的粘度
根据牛顿内摩擦定律：
μ＝－τ
xy
/
∂ux ∂y
影响因素分析：
①组成 轻烃组分所占比例↗, μo↘
②溶解气油比 Rs↗, μo↘
③温度 ④压力
T↗，μo↘
当P<Pb时，P↗ , μo↘ 当P>Pb时，P↗ , μo↗ 当P=Pb时，μo＝μomin
μo ~P、T 关系
分 类：
稀油：粘度< 50mPa·S 普通稠油：粘度< 10000mPa·S 超稠油：粘度>10000 mPa·S
③石油的组成 相同的温度和压力下，同一种天然气在轻 质油中的溶解度大于在重质油中的溶解度
④温度 随着温度的升高，天然气的溶解度下降 ⑤压力 随着压力的升高，天然气的溶解度增大
二、油气分离
易溶解于石油的气体组分， 不容易从石油中分离出来 难溶解于石油的气体，容易从石油中分离出来 分离方式
接触分离(闪蒸脱气，一次脱气) 气多 微分分离（多级脱气） 气少
第五节 天然气的高压物性
压缩因子 体积系数 压缩系数 粘度
一、天然气的压缩因子方程
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；
天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不 是理想气体
压缩 因子
压缩因子：
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。
二、石油的组成
★ 烷烃：C5～C16，分子中碳原子间为单键、直链，分子式为CnH2n+2 ★ 环烷烃：分子中碳原子间为单键、环状链，分子式为CnH2n ★ 芳香烃：分子中具有苯环结构
含氧化合物 苯酚、脂肪酸 (极性物质)
★ 其它化合物
含硫化合物 硫醇、硫醚、噻吩
含氮化合物 吡咯、吡啶、喹啉、吲哚
高分子杂环化合物 胶质、沥青质 (表面活性)
9
20
427.5 157.5 -12 0 27.5 6.6 2.25 8.95 15.8 1.9
11.2
51.97 25.55 -12 6.17 13.98 6.27 0.13 4.81 97
4.0
20.5
19.23 — -50 2.04 12.6 0.01 0.13 3.7 58
18
35
12.9 — -15.5 8.3 22.6 — — — —
– 高压下：气体密度变大，气体分子间的相互作用 力起主要作用，分子间作用力以结合力的形式表 现出来，气体层间产生单位速度梯度所需的层面 剪切应力很大。具有液体粘度的特点。
• T ↗，μg ↘ • 分子量 ↗, μg ↗ • P↗，μg ↗ 。
第六节 地层水的高压物性
地层水 油层水(与油同层)和外部水(与油不同层)的总称
– 天然气的粘度用符号μg表示，单位为mPa·s。 – 标准状态下，天然气的粘度通常不超过
0.01mPa·s。 – 非烃类气体（N2，CO2，H2S）的粘度通常高
于同类条件下烃类气体的粘度。
2、天然气粘度的特点
– 低压下：分子作用力小，粘度主要受分子动量交 换影响。
• T ↗，μg ↗ • 分子量 ↗, μg ↘ • 压力的影响很小。
体积组成
vi
=
Vi
∑ Vi
× 100 %
∑ vi = 1
理想气体
yi = vi
yi =
wi
k
Mi
∑ (wi Mi )
i =1
wi =
yiM i
k
∑ (yiMi )
i =1
★ 天然气的分类
矿藏
气藏气 油藏气 凝析气
（> C5H12）
富气 ≥100g/m3 汽油蒸汽含量
干气 <100g/m3
硫含量
酸气 ≥1g/m3 净气 <1g/m3
2油藏流体性质
第二章 油藏流体的物理性质
•油藏流体
石油 天然气 地层水
•油藏流体的特点：
储层烃类：C、H
（1）高温高压，且石油中溶解有大量的烃类气体；
（2）随温度、压力的变化，油藏流体的物理性质也 会发生变化。同时会出现原油脱气、析蜡、地层水析 盐或气体溶解等相态转化现象。
第一节 油气的化学组成
一、天然气的组成 (C原子数1~4的烷烃组成，混合物)
Z＝V实际 ＝ V实际 V理想 nRT P
实际气体的状态方程：
PV = ZnRT
压缩因子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，压缩性相当 Z>1 实际气体较理想气体难压缩
压缩因子Z可以由图版查得。
5
2油藏流体性质
二、天然气的体积系数
所以： Co
=
−1 Vf
V fb −V f Pb − P
=− 1 Bo
Bob − Bo Pb − P
=1 Bo
Bob − Bo P − Pb
4
2油藏流体性质
影响因素分析：
①组成 轻烃组分所占比例↗，Co ↗
②溶解气油比
Rs↗, Co↗ Co
③温度
T↗，Co↗
④压力 P ↗, Co↘
Pb
P
地层原油压缩系数与压力的关系
（3）露点压力：在一定温度下，开始从气
相中凝结出第一批液滴时的压力。
气相区
2.单组分烃的相图
• C点为临界点，是两相共存的最高压力 和最高温度点。
• 单组分烃泡点压力和露点压力相等，都 等于饱和蒸汽压
3.多组分烃的相图 多组分烃类系统相图
◆ 三线
◆ 四区
◆ 五点
◆ 各类 油气藏 的开发 特点
三线 四区 五点
四、地层油的等温压缩系数
在温度一定的条件下，单位体积地层原油随压力变
化的体积变化率，1/MPa。也可以理解为：压力每降低
1MPa，1m3地层原油体积的膨胀值。
Co
=− 1 Vf
⎜⎜⎝⎛
∂V f ∂P
⎟⎟⎠⎞T
由于： ∂ V f ≈ Δ V f = V fb − V f
∂P
ΔP
Pb − P
(P > Pb)
★ 商品性质指标： 相对密度 粘度 凝固点 含蜡量 胶质 沥青质 含硫量 馏分组成
性质
原油 大庆油田S 区Ps 层 胜利油田T 区S2 层 孤岛油田G 层 大港油田M 层 克拉玛依油田 玉门油田L 层 汉油田W 区C3 层 辽河油田C 区S1 层 川中油田 任丘油田Pz 层
比重 D204
0.8753 0.8845 0.9547 0.9174 0.8699 0.853 0.9744 0.9037 0.8394 0.8893
3
2油藏流体性质
2. 影响因素 ① 油气性质 油气密度差异越小，地层原油的溶解气油比越大。
② 压力
当P>Pb时，Rs不变 当P<Pb时，P↗，Rs ↗
③ 温度 T↗，Rs↘
溶解气油比与压力的关系
二、地层原油的密度和相对密度
1.地层原油的密度
地层油的密度是指单位体积地层油的质量，kg/m3。
ρo
=
mo Vo
地层水的总矿化度表示水中正负离子的总和。地层水 的矿化度通常很高，不同油藏的地层水矿化度差别很大。
3、地层水的硬度：地层水中钙、镁等二价溶解盐离子的 含量，mg/l 。
二、地层水的分类
苏林分类法
具体思路
根据水中Na+（包括K+）和Cl-的当量比，利用 水中正负离子的化合顺序，以水中某种化合 物出现的趋势而命名水型。