第三章 油气烃类相态
第二讲 烃类流体相态(相态特征和数学模型)
yiV xi L zi
yi yiV (1 V ) zi Ki
对此方程进行整理
气相组成方程：
zi ki yi 1 k i 1 V
气相物料方程：
（3-11）
y
i 1
n
i
i 1
n
zi ki 1 1 ki 1 V
（3-12）
2、液相物料方程
液相组成方程： x
温度T
多组分体系P-T相图 特点：蒸汽压 曲线分别为两 条曲线，泡点 线 AC 和 露 点 线 BC ， 在 泡 点 线 和露点线之间 的区域形成气、 液两相共存状 态。
Pm
C
液
气
气液两相区
Tm
A
B
温度T
Ⅰ. 单组分体系的临界点表示体系气液两相共存的最高点 ；而对于烃类多组分体系，临界点在相图形态上则表现为 泡点线和露点线的交点。 临界凝析温度（Tm）代替了单组分体系的临界温度而 成了两相共存的最高温度 临界凝析压力（Pm）代替了单组分体系的临界压力而
yi Ki xi
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
f il il p f il 1 xi xi Ki Ki f ig 1 yi yi
Ki
ig p
f ig
（3-18）
逸度、逸度系数的确定 气相逸度：
p RT RT ln( ) dVg RT ln Z g Vg Z yi P ig Vg ,T , Zig Vg fig
两相区 D
F
Pc: 临界温度下气体 液化 所需的最小压 力。 特点：等温相变发生 在恒定压力状态
T<Tc
体积V
多组分体系P-V关系
油气的相态
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
AC线以上 BC线右下方 油藏 气藏
四区
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
泡点
油气藏 凝析气藏
AC线上的点，也称饱和压力点
五点
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
油气的相态
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
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。
◆ ◆ ◆ ◆
三线 四区 五点
各类 油气藏 的开发 特点多组分烃类系统相图线泡点线 露点线 等液相线
各类油气藏的开发特点
1点－油藏 压力下降 液态 2点－饱和油藏 3点－气藏 4点－凝析气藏 气态 压力下降 气液两相 压力下降 气态
压力下降 泡点线(饱和压力) 液态 气态 压力下降 压力稍微下降 气液两相 气态 气液两相
油藏烃类一般有气液固三种相态相图多组分烃类系统相图四区五点各类油气藏的开发特点三线四区液相区气相区反常凝析区泡点露点临界点临界凝析压力点临界凝析温度点气液两相区pct线包围的阴影部分ac线上的点也称饱和压力点bc线上的点c点泡点线与露点线的交点p点两相共存的最高压力点t点两相共存的最高温度点三线泡点线露点线等液相线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ac线以上bc线右下方acb线包围的区域五点油藏气藏油气藏凝析气藏各类油气藏的开发特点1点油藏液态压力下降泡点线饱和压力压力稍微下降压力下降气液两相4点凝析气藏压力下降气态气液两相压力下降气态2点饱和油藏液态气液两相气态3点气藏气态压力下降
油层物理第3章油气藏烃类的相态和汽液平衡
（3）两组分中只要有一个组分 占绝对优势，相图的两相区域就 变得越窄。
双组分体系的P-V相图
1.3 多组分系统的相态特征
1、多组分烃类相图
相包络线aCpCCTb把两
相区和单相区分开， 气相区
包络线内是两相区，
包络线外所有流体都
（2）可以划分为C1，C2~6，C7+三个组分，其中将C2H6至C6H14之间所 有分子视为一个中间组分C2~6，而将C7Hl6以上的所有成分视为液烃组分 C7+——混相驱
拟组分划分的原则：
（1）是根据成分的含量，含量高的成分可单独列为一个组分，而若干 个微量成分合并为一个组分。
（2）是根据研究的目的和需要划分。
变化过程： 从地下到地面的采出过程中，状态变化也很复杂，例如
原油中溶解的天然气会从原油中分离，而凝析气则会发生由气 态转变为液态的反凝析现象。
油藏开发前烃类混合物究竟处于什么相态？为什么开采 过程中会发生一系列相态的变化呢？烃类的相态变化的规律是 什么?
内因是事物变化的根据：油藏烃类的化学组成的复杂 性是相态转化的内因。
由D至E随压力降低体系液相 蒸发是正常现象，而由B到D随 压力降低凝析量增加则为反常 凝析现象(也称为逆行凝析现 象)。
B点称为上露点（又称为第 二露点），E点称为下露点（又 称为第一露点），压力低于E时， 凝析液将全部蒸发为汽相。
同理可得出不同温度下的 最大凝析液量点，将此连接为 CDCTBC区即为反凝析区。
（气相区）
-100
Tc
-50
0
50
温度，C
100
150
图3—3 乙烷的P-T 相图
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 H2n+2，在常温常压（20℃，0.1MPa）下，C1~C4为气态，它们是天然气的主要成分；C5~C16是液态，它们是石油的主要成分；C17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、沥青质含量高则原油密度颜色变深。
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，则凝固点低；重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，则凝固点高。
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。
我国和前苏联国家指1atm、20℃时原油密度与1atm、4℃纯水的密度之比，欧美国家则以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。
油气的相态
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
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。
◆ ◆ ◆ ◆
三线 四区 五点
各类 油气藏 的开发 特点
多组分烃类系统相图
三线
泡点线 露点线 等液相线
液相区 气相区
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
AC线以上 BC线右下方 油藏 气藏
四区
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
Hale Waihona Puke 泡点油气藏 凝析气藏AC线上的点，也称饱和压力点
五点
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
各类油气藏的开发特点
1点－油藏 压力下降 液态 2点－饱和油藏 3点－气藏 4点－凝析气藏 气态 压力下降 气液两相 压力下降 气态
压力下降 泡点线(饱和压力) 液态 气态 压力下降 压力稍微下降 气液两相 气态 气液两相
天然气工程-烃类流体相态
2
本章掌握重点
相态的几个基本概念 多组分烃类流体相态变化和原理 气液平衡的物料和热力学平衡的基本概
念 气液平衡计算的基本步骤 实际气体状态方程的基本结构 重馏分特征化基本原理
3
一、烃类流体相态特性
（一）基本概念
体系 相 组分 组成 自由度 相平衡 化学位 逸度
汽/yi
2、逸度系数与逸度、压力和组成的关系
逸度系数与逸度、压力和组成的关系为：
3、气液相平衡热力学方程组
ln ig ln ( fig )
液/xi
我们已经知道气液两相平衡时，热力学
y iP
条件是各组分在气相和液相中的逸度相等
ln il ln ( fil )
（ fig fil ）。
Question：How to calculate
fvi = fLo,
i=1,2,…n
逸度单位：与压力单位相同
composition of every component in system?
用途：判断气液两相是否达到平衡的可测工具或称参数。
16
(二)油气体系气液平衡计算物料平衡方程
（1）假设条件
15
（一） 气液平衡计算基本概念及应用
1、相平衡
体系中各组分在相与相之间的迁移传递速度相等时的状态 对任一组分，气相分子进入液相的速度和液相分子进入气相的速度相等。 特点：P、T一定，平衡时各相组成不变,是一个动态平衡。
汽/yi
2、相平衡常数(平衡分配比) K i
yi xi
f P, T, z i
盐
水
相平衡时，某组分在各相中的逸度相等为相平衡的另一种热力学判定条件。平衡常数 Ki iL iV
油层物理1-3 第三节 油气藏烃类的相态
14
1、单组分体系的相态特征
(2)相态特征
＜静态特征＞
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。
15
1、单组分体系的相态特征
第三节 油气藏烃类的相态
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。
体系中构成某物质各组分所占的比例。 油
C3、C7、C20 10%、20%、70%
定量表示体系或某一相中的组分构成
情况。 相平衡(phase equilibrium)
p、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
一、油藏烃类的相态表示方法
饱和蒸汽压(vapor pressure) 在一个密闭抽空的容器里，部分 p 蒸汽 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
三区：液相区、气相区
气液两相区
19
三、单、双、多组分体系相态特征
(2)相态特征 ＜静态特征＞ 点的特征 dew-point bubble-point curve
临界点C
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。
第03章-油气烃类的相态和气液平衡
油层物理学Petrophysics第三章油气藏烃类的相态和气液平衡第三章油气藏烃类的相态和气液平衡优点：详细直观缺点：绘制和应用不方便p-V 相图单组分体系的等温相变发生在恒定压力状态；油气烃类多组分体系的等温相变则伴随着压力的改变。
凝析过程（D—>B ）压力增加，而蒸发过程（减小。
气一、相态及其表示法p-T 相图✓p—T 压曲线构成✓体系的泡点线和露点线相重合✓在一定温度条件下（T ≤Tc 转变是在等压下完成的。
-100-50050100150温度，C液相区蒸汽区。
A超临界区（气相区）C TcPc 。
B ED 。
F 。
乙烷的p -T 相图一、相态及其表示法位置 组分1 % 组分2 % 组分3 % M 点 M 点 M 点0 70 20100 0 500 30 30露点线临界点露点1、单组分体系开始从液相中分离出第一批气泡时的压力、温度开始从气相中凝结出第一批液滴时的压力、温度泡点露点临界点气液两相共存的最高压力、最高温度点三点液相中分离出气泡时压力、温度点组成的线气相中凝结出液珠时压力、温度点组成的线泡点线露点线饱和蒸汽压线气液两相共存的压力、温度点组成的线一线液相区气液两相区气相区AC 线以上AC 线右下方AC 线上的点三区一、相态及其表示法一、相态及其表示法2、双组分体系的相态特征临界凝析压力点泡点线地下油气藏是复杂的多组分烃类体系，在压力、温度一定时，它的相态特征取决于系统的组成和每一组分的性质。
因此，对不同油气藏不同烃类体系，其相图也各不相同。
已知油气藏温度及压力时，就可用相图临界点与油气藏原始条件点的相对位置关系来判断油气藏类型。
三、油气藏(多组分体系)的相态特征未饱和油藏饱和油藏凝析气藏过饱和油藏反常凝析区等液量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，线上的液相含量相等泡点线露点线等液量线CDTBC线包围的阴影部分aC线以上bC线右下方aCb线包围的区域液相区反常凝析区气液两相区气相区bC线上的点C点，泡点线与露点线的交点P点，两相共存的最高压力点T点，两相共存的最高温度点泡点露点临界点临界凝析压力点临界凝析温度点第二露点气体在等温降压过程中出现的露点当油藏压力降低至泡点压力之后，有大量气体从油中分离出来；分离器条件，气油比小于1800m 3/m 3，原油相对密度小于0.78，产出的油呈深色； 等液量线较稀疏。
2.2 油气藏烃类的相态特征
2.地面原油的分类
2)按含胶质、沥青的量分：
少胶质原油（胶质、沥青的含量< 8%）；
胶质原油 （胶质、沥青的含量8—25%）；
多胶质原油（胶质、沥青的含量> 25%）； 我国多数油田为胶质原油及少胶质原油，如大庆 莎尔图油田胶质含量为13.3%，胜利油田胶质、沥青 含量为21.4%，江汉王场油田胶质沥青含量达60.6%。
泡点压力:温度一定，开始从 液相中分离出第一批气泡的 压力. 露点压力:温度一定，开始从 气相凝析出第一批液滴的压 力. 泡点线 露点线 饱和蒸汽压线单组分的饱和 蒸汽压线为泡点线和露点线 的共同轨迹. 分析1----2 3-----4相态变化
几种常见物质的饱和蒸汽压线
3
双组分体系的相态特征
临界点 临界凝析温度点 泡点线 露点线 等液量线 气相区
典型湿气相图 1 地层温度高于临界凝析温度, 但分离器条件位于两相区内; 2临界点在临界凝析压力的左下方; 3 地面有液烃析出。
6
几种典型的油气藏相图
1 地层温度介于于 临界温度和临界 凝析温度之间, 2 原始状态下烃类 体系为单相气体 ; 3 地面分离器条件 下可获得25%左 右的液体。
凝析气藏相图
双组分体系相态的特点
课堂练习：
在同一坐标系中画出以下各系统相图：
1)100% CH4； 2)100% C5H12； 3)10%CH4+90% C5H12； 4)90% CH4+10% C5H12；
5)50% CH4+50% C5H12 。
正烷烃的双组分系统的临界点轨迹 (虚线表明两组分不同比例时的临界点轨迹)
2.地面原油的分类
3)按含蜡量分：
少蜡原油（蜡含量< 1% ）； 含蜡原油（蜡含量1-2% ）； 高含蜡原油（蜡含量> 2% ）；
采气工程烃类流体相态
采气工程烃类流体相态引言烃类流体在采气工程中具有重要的地位。
了解烃类流体在不同条件下的相态行为对于优化采气工程过程以及提高产量具有重要的意义。
本文将对烃类流体的相态行为在采气工程中的应用进行探讨，并介绍一些常见的烃类流体相态模型。
烃类流体的相态行为烃类流体在采气工程中的相态行为主要受到温度和压力的影响。
根据温度和压力的变化，烃类流体可以存在以下几种相态：气态、液态和固态。
气态相态当温度较高，压力较低时，烃类流体通常处于气态相态。
在气态下，烃类分子之间的距离较大，分子之间作用力相对较弱。
烃类流体在气态下具有较低的密度和较高的可压缩性。
液态相态当温度适中，压力适合时，烃类流体会转变为液态相态。
在液态下，烃类分子之间的距离较近，相互作用力较强。
烃类流体在液态下具有较高的密度和较低的可压缩性。
固态相态当温度较低，压力较高时，烃类流体可以转变为固态相态。
在固态下，烃类分子之间的距离更近，相互作用力更强。
烃类流体在固态下具有较高的密度和几乎无可压缩性。
烃类流体相态模型为了描述烃类流体在不同条件下的相态行为，研究人员提出了一些相态模型。
以下是几种常见的烃类流体相态模型：理想气体模型理想气体模型是烃类流体相态研究中最简单的模型之一。
在理想气体模型中，假设烃类分子之间没有相互作用力，分子之间是完全独立的。
根据理想气体模型，烃类流体在气态下服从理想气体方程。
引力模型引力模型是一种更为复杂的烃类流体相态模型。
在引力模型中，考虑了烃类分子之间的引力作用。
引力模型可以更准确地预测烃类流体的气液相变行为，并对烃类流体的密度变化给予了更准确的描述。
状态方程模型状态方程模型是一类基于实验数据的数学公式，用于描述烃类流体在不同条件下的相态行为。
常见的状态方程包括van der Waals方程、Peng-Robinson方程等。
这些方程可以通过调整一些参数来适应不同的烃类流体。
烃类流体相态在采气工程中的应用烃类流体的相态行为对于采气工程的研究和设计具有重要的影响。
油层物理学3
三维相图：P－V－T 相图
二维相图：P-V 相图
P－T 相图
三角相图：C1-C2-6-C7+
1、立体相图
(三维相图)
以P、v、T三个变 量为坐标作图。
利用立体相图， 可以详尽地表示出各 参数间的变化关系。
2、平面相图(二维相图)
在状态方程中，如果某一状态参数保持不变，则其它两 个参数之间的关系可以表示为二维相图（平面相图）。 用二维相图来表示相态变化更直观和容易实现。 石油工程中通常采用P-v相图(压力-比容图)和P-T相图 (压力-温度图) 。
P－T相图
在相图中，J点表示一个纯油藏，在原始压力和温度下，该烃类体系 是单一液相原油。由于油藏压力高于饱和压力，油藏未被天然气所饱和， 故称欠饱和油藏(undersaturated reservoir)。随着油藏原油的采出， 油藏压力下降，而油藏温度基本保持不变，当压力降至I点以下时，会有 气泡从原油中分离出来，在油藏中出现油、气两相。I点的压力即为油藏 泡点压力或饱和压力，它是原油开始脱气的最高压力。油藏饱和压力越 高，则开采过程中出现气泡越早，继续降压，则会有越来越多的气从原 油中分离出来。
L点代表一个有气顶的油藏。由于气、液两相的重力分离作用，原始 状态下气体积聚于油藏构造高部位，形成气顶。 如果烃类系统的原始条件处于临界点的右侧，且在包络线之外（F 点），那么该系统在原始条件下处于气相，F点代表一个气藏，即使在等 温降压的采气过程中，也不穿过两相区而始终保持单一气相。 图中A点所代表的体系为凝析气藏，它的特点是：原始地层压力高于 临界压力，而地层温度介于临界温度与临界凝析温度之间，A点位于等温 反凝析区的上方。
露点压力：是温度一定时、压力升高过程中从汽相中凝 结出第一批液滴时的压力。
油层物理1-3 第三节 油气藏烃类的相态
20
任何两组分烃体系相图的特点
①临界点： a.②两相区： 混合物的临界压力都高于各组分的临界压力，混合物的临界温
b.随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右迁移（即向 度介于两纯组分的临界温度之间。 c. 混合物中哪一组分的含量占优势，泡点线或露点线就靠近 d. 两组分性质差别越大，则两相区面积越大。 两组分的分配比例愈接近，两相区的面积愈大；两组分中 重组分饱和蒸汽压方向偏移）。 a.b. 所有混合物的两相区都位于两纯组分的饱和蒸汽压线之间； 哪一组分的饱和蒸汽压线； 只要有一个组分占绝对优势，相图的面积就变得狭窄；
两相区 泡点线与露点线所行区(pC≤p≤pCp) CPCHCP炼油中发生 等温逆行区★ (TC≤T≤TCT)。 CTCDCT油田开发中发生
B
25
三、单、双、多组分体系相态特征
(2)相态特征 基本特征
与双组分体系同。
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；
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↑
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。 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。
体系中构成某物质各组分所占的比例。 油
C3、C7、C20 10%、20%、70%
定量表示体系或某一相中的组分构成
情况。 相平衡(phase equilibrium)
第三章 烃类流体相态
第三章烃类流体相态提示烃类流体相态研究是油气田开发的重要理论基础之一，凝析气田开发、注气提高石油采收率、油气分离和矿场加工等领域都离不开它，也是本书中的难点和重点，它涉及到物理化学和工程热力学的基础知识。
凝析气田开发的本质特征就是存在着反凝析现象，凝析油气（烃类）体系组成、相态在开发过程中随时随地发生变化，这一复杂渗流、流动现象靠烃类流体相态研究来揭示它。
相态研究要从定性和定量、实验、理论和应用等多方面加以研究。
研究的重点是：1）不失时机地取得有代表性的凝析油气样品和确定室内实验分析的内容。
2）以实验为依据，选用合适的状态方程进行烃类体系相平衡计算。
3）甲烷和C+n重馏分组成对相平衡计算影响很大，为提高计算速度和效果，要进行C+n 特征化处理，这是烃类体系相平衡计算中一个特殊问题，要对C+n重馏分进行劈分，整个烃类体系组合成恰当数量的拟组分，做得好，就能省时、省力，而且效果还好。
4)油气相态研究有待于深化、发展，要了解其发展趋势。
5）注意烃类体系相态研究在其他方面的应用，如：油气藏类型的判断，提高天然气矿场加工有用组分回收率和注气提高石油采收率等。
第一节油气体系的基本相态特征根据《油层物理》课程已掌握的知识，我们知道石油和天然气都是由多种烃类物质和少数非烃类物质所组成的混合物。
油气田开发与开采的实践表明，除了纯气藏之外，凝析气藏和油藏的开发、开采及地面工艺过程都会经历油气之间烃组分的相互溶解和分离、物态转换等相态变化现象。
因此，油气藏烃类体系开采前在地下处于什么相态，开采过程中会发生怎样的相态变化，哪些因素影响相态变化，用什么方法定性和定量描述相态变化规律，这是我们所关心的问题。
我们首先讨论烃类体系基本相态特征的表述。
一、有关的物理化学概念1.体系体系是指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体。
体系可分为单组分体系和多组分体系。
单组分体系是指与周围物质相分隔而由单一种纯物质所组成的体系，而多组分体系则是由与周围其它物质分隔而由多种不同的纯物质所组成的体系。
油气烃类相态
油藏物理
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
气-水两相的相态变化（PVT筒中）
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
气-油-水三相的相态变化（PVT筒中）
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
凝析气的相态变化（PVT筒中）
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
第一节 油气藏烃类的相态特征 第二节 汽-液相平衡 第三节 油气体系中气体的溶解与分离
一、相态及其表示法
u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
u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
u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
第二节 油气体系中气体的分离与溶解
油田开发是一个近似的等温过程 相态变化的本质是天然气在原油中的溶解和分离
u天然气从原油中的分离 本节内容 u天然气向原油中的溶解 u相态方程的建立 u相态方程的应用
第二节 油气体系中气体的分离与溶解
教学目的：
掌握气体的溶解和油气分离的物理过程 熟练掌握溶解和分离与油藏烃类的相态变化的关系以及相态方程 建立的基本原理 掌握平衡常数的概念和计算方法 了解收敛压力的物理意义 学会利用相态方程计算饱和压力、露点压力和气液平衡计算
（1）循环注气：采出的凝析
气分离后气体回注到油藏， 可以减缓压力的降低；
（2）注相邻气藏的干气
凝析气藏的开发方式：要求保持地层压力开采
第一节 油气藏烃类的相态特性
5. 相图的应用 确定油气藏的类型，分析油 藏状态和经历的开发过程
《油层物理》教学大纲
教学大纲
参考学分：4 参考学时：64(含实验课学时) 参考实验学时：10
课程性质：必修
适用专业：石油工程专业
(1) 课程目的与任务
本课程是石油工程专业的一门专业基础课，其任务是通过各种教学环节，使学生掌握基本概念、基本理论、基本计算方法和基本实验技能，为后续课程学习及工作打下良好的基础。
应掌握油藏流体的物理性质（组成、相态、相平衡、高压物性等）；应理解、掌握油藏储层岩石的物理性质（孔、渗、饱、比面、压缩性等）；应理解、掌握界面现象、多孔介质中的多相渗流的机理（润湿性、毛管力、相对渗透率等）；应掌握上述知识在石油工程中的作用，掌握油藏及岩石物理参数测试过程及工程应用。
(2) 课程基本要求
1、掌握岩石、油、气、水基本物性参数的定义，测量方法，经验公式计算方法。
掌握油藏流体的物性及相态变化规律（组成、相态、相平衡、高压物性等）。
2、掌握油藏储层岩石的物理性质（孔、渗、饱、比面、压缩性等）及影响因素。
3、正确理解和掌握孔隙介质中的界面现象、毛管力、多相流体分布，掌握油、水、气多相流动机理，解释油藏工程中的一些基本现象。
4、理论联系实际，能够在油藏工程计算中正确运用岩石、油、气、水物性参数。
(3) 课程内容
(4) 学时分配（授课学时）
（5）实验课（10学时）
主要内容是原油粘度测定、岩石的孔、渗、饱测定，以及油气界面张力的测定实验等。
实验要求：验证所学的基本理论，观察实验中的物理现象。
掌握科学实验的基本方法和基本技能，提高动手能力。
第三章 圈闭与油气藏
二、圈闭和油气藏的分类
三、构造圈闭与构造油气藏 四、地层圈闭与地层油气藏 五、岩性圈闭与岩性油气藏 六、复合圈闭与复合油气藏
第四节 地层圈闭与地层油气藏
1.地层圈闭定义
与地层不整合有关的圈闭，即纵向上沉积连续性中断而形成的圈闭。
图4-1 地层油气藏及其与非地层油气藏之间的区别示意图
第四节 地层圈闭与地层油气藏
图4-3 古潜山圈闭示意图
图4-4 任丘油田平面及剖面图（据华北油田）
1.含油范围；2.高产井；3.侵蚀面等高线；4.见水井； 5.剖面线；6.断层；7.古潜山油藏；8.古近系东营组
图4-5 美国潘汉得尔油气田构造及剖面图
第四节 地层圈闭与地层油气藏
潜伏剥蚀突起圈闭（古潜山） 地层不整合遮挡圈闭
背斜油气藏在世界石油和天然气储 量上占重要地位。
世界特大背斜油气藏基本地质情况
第三节 构造圈闭和构造油气藏
（1）背斜圈闭 背斜圈闭按成因又可以分为：
挤压-背斜圈闭 基底隆升-背斜圈闭 底辟拱升-背斜圈闭
披覆-背斜圈闭
逆牵引-背斜圈闭
（1）背斜圈闭 1.挤压-背斜圈闭
主要是在压应力作用下挤压形成，在褶皱区较为多见。
不整合面之下
潜伏剥蚀构造圈闭
原来古构造被剥蚀掉一部分，后来又被后期沉积物不整合覆盖，而形成的圈闭。
A
B
图4-6 潜伏剥蚀构造圈闭
北美最大的油田，石油储 量13.12亿吨，天然气 7362.4亿方。
图4-7 美国阿拉斯加普鲁德霍湾油田
第四节 地层圈闭与地层油气藏
潜伏剥蚀突起圈闭（古潜山） 地层不整合遮挡圈闭
形成圈闭的遮挡条件类型
盖层本身的弯曲作为遮挡
断层遮挡
地层不整合遮挡
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三、多组分体系的相态特征★
多组分体系烃类相图测定原理图
三、多组分体系的相态特征★
相图的形状受到每个组分性质 的影响。可以简单的看为由轻 质组分和重质组分组成
三、多：
C点，泡点线与露点线和等液 量线的交点
临界凝析压力点：
D
EF
•Tc 轻烃<温度<Tc重烃； •P↑轻、重分子动量交换↑，重分子获得能量 蒸发至气相； •压力高时分子间的作用力为排斥力，P↘,排 斥力减小
三、多组分体系的相态特征★
反常凝析现象：
当压力低于露点压力时，地 层中有油凝析出来，这部分 油一般不流动。因此，必须 保持压力开采（P>Pb)： （1）循环注气：采出的凝析 气分离后气体回注到油藏， 可以减缓压力的降低； （2）注相邻气藏的干气
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： 从单相→两相共存→另一种单相
二、单、双组分体系的相态特征
几种常见物质的饱和蒸气压线
分子越大，分子间作用力越强，其相同饱和蒸汽压下温度越高
随分子量的增加，曲线向右下方偏移
混相驱提高采收率常用：CO2和丙烷
二、单、双组分体系的相态特征
第二节 油气体系中气体的分离与溶解
教学目的：
掌握气体的溶解和油气分离的物理过程 熟练掌握溶解和分离与油藏烃类的相态变化的关系以及相态方程
建立的基本原理 掌握平衡常数的概念和计算方法 了解收敛压力的物理意义 学会利用相态方程计算饱和压力、露点压力和气液平衡计算
本节重点：
u 气体的溶解 u 油气分离的过程与分类 u 相态方程的建立、求解和应用 u 平衡常数的获取方法
结果：
脱出气量多，油量少，测出的气油比(GOR＝Vg／Vo)高，气 体比重大（含C2-C5多）
一次脱气的P-V 关系图为两相交的直线段，交点为气液开始 分离的初始点，即体系的泡点压力(P 泡)
2. 液体的等液量线比较密 集地靠近露点线
特征：低收缩率原油含重烃较多，地面出气量较小，一般小于 90m3/m3。原油相对密度较高，常大于等于0.876。原油通常呈黑 色和深褐色
四、典型的油气藏相图特征
(2)高收缩率原油相图
65%＋35%
1. 临界点接近于临界凝 析压力点，地层温度 与临界温度接近；
第一节 油气藏烃类的相态特征
本节目的 u明确烃类体系的相态表示方法 u单、双、多组分烃类体系的相图特征 u明确典型油气藏的相图变化趋势
第一节 油气藏烃类的相态特征
本节重点 u与相态相关的基本概念的理解 u单、双、多组分烃类体系相图的基本 特征及变化规律 u典型油气藏相图的变化趋势
本节难点 u凝析气藏反凝析现象的理解和分析
液体
衡时气相所产生的压力称 为饱和蒸气压，体现为气
相分子对器壁的压力
一、相态及其表示法
u泡点(bubble point) 开始从液相中分离出第一个气泡的气液共存态 u露点(dew point) 开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态 u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
P’点，两相共存最高压力点
临界凝析温度点：
T’点，两相共存最高温度点
地面分离的条件点
三、多组分体系的相态特征★
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
等液相线：
虚线，线上的液量的含量相等
四区 液相区 气相区
两相区 反常区
三、多组分体系的相态特征★
(2)相态特征 反常凝析现象：
一、相态及其表示法
u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
u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
u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
2. 液体的等液量线比较 稀疏，且靠近泡点线 地靠近露点线。
特征：高收缩原油的地面气油比相对较高，一般在 90m3/m3～1500m3/m3。地面原油相对密度一般小于0.87
四、典型的油气藏相图特征
(3) 湿气相图
定义：指标准状态下1m3井口流出物中，C5以上重烃含量 高于13.5cm3的天然气
气相区 两相区
一、相态及其表示法
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
描述油气藏平面区域上和纵 向上流体相态变化特征的分 布规律
详尽地表征各参数间的变化 关系
一、相态及其表示法
2) 平面相图
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关系图
P—T关系图
★P-T相图是油气相态研究中最常用的相图
本节难点：
u相态方程在多级分离中的应用 u收敛压力的理解、平衡常数的计算
一、天然气从原油中的分离
油气分离方式：接触分离、多级分离、微分分离
1. 接触分离(闪蒸脱气)
在油气分离过程中分离出 的气体与油始终接触且系 统的组成保持不变的脱气 方式
一般保持在油藏温度条件下
一、天然气从原油中的分离
特点：
一次性连续降压，一次性脱气； 体系总组成不变，油气两相始终保持接触
(5)相平衡 P、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
油 C3、C7、C20
10%、20%、70%
一、相态及其表示法
(6)饱和蒸汽压(vapor pressure)
P 蒸汽
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
一、相态及其表示法
2. 体系相态的表示方法
• 对于一个组成不变的体系，状态参数压力、温度 和比容之间的关系用状态方程表示 F（P, V, T）=0
• 状态方程是体系相态的数学描述方法 • 将状态方程用图示法表示就是相态图，简称相图
3. 相图类型
立体相图：三维相图 平面相图：二维相图 三角相图：三元相图
P1(气) P2＝P露 P2 等压液化
泡点(bubble point)： 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
P2
P2＝P泡 P3(液)
等压汽化
二、单、双组分体系的相态特征
(1) P-T相图特征
① 一线：饱和蒸气压线(由单组分物 质的泡点和露点共同构成的轨迹线) ② 三区:液相区，气相区，两相区 ③ 临界点:单组分物质体系的临界点， 该体系两相共存的最高压力和最高温 度点。
二、单、双组分体系的相态特征
双组分体系的相态特点
5)双组分混合物的 临界压力一般都高 于各组分的临界压 力；混合物的临界 温度都居于两纯组 分的临界温度之间
6)两相区、临界点向占优势的组分的饱和蒸气压曲线迁移
二、单、双组分体系的相态特征
双组分体系的相态特点
7) 两组分的分子量差别 越大, 临界点轨迹线所包 面积越大， 两相区最高 压力越高
二、单、双组分体系的相态特征
(2)相态特征 静态特征
临界点C 两相共存的最高T、P 气、液相无分界面 气、液性质差别消失
二、单、双组分体系的相态特征
饱和蒸汽压曲线 由不同温度下组分的饱和 蒸汽压连成的曲线
体系的相分界线 气液两相共存线
二、单、双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）
1. 地层温度高于临界 凝析温度，但分离 器条件位于两相区 内；
2. 临界点较高； 3. 地面有液烃析出
四、典型的油气藏相图特征
(4) 干气相图
定义：指标准状态下1 m3井口流出物中，C5以上重烃含量 低于0.5cm3的天然气
都在气相区
1. 地层温度和分离 器温度均在两相 区外;
2. 临界点较低; 3. 底下和地面均无
一、相态及其表示法
3) 三角相图（三元或拟三元相图）
研究P、T一定，组成变化的体系相态变化
注气
三角
相图
混相
非混
驱
相驱
二、单、双组分体系的相态特征
1、单组分体系的相态特征 一个独立组分构成的物系或系统
封闭体系，内有气体
露点（dew point）：是指温 度一定时，开始从气相中凝 结出第一批液滴时的压力
《油藏物理》课程
油藏物理
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
气-水两相的相态变化（PVT筒中）
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
气-油-水三相的相态变化（PVT筒中）
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
凝析气的相态变化（PVT筒中）
第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡
第一节 油气藏烃类的相态特征 第二节 汽-液相平衡 第三节 油气体系中气体的溶解与分离
液烃析出
四、典型的油气藏相图特征
(5) 反常凝析气相图
1. 地层温度介于临界温度 和临界凝析温度之间；
2. 气藏压力位于包络线外 3. 原始状态下烃类体系为
单相气体； 4. 地面分离器条件下可获
得25%左右的液体
四、典型的油气藏相图特征
相图对比
低
高
湿 干
规律：1)临界点从右向左转移；2)相图面积逐渐变小，油的两相区较开阔， 气的两相区较狭窄；3)相对于临界点，油藏条件从左向右偏移；4)等液量线 由在露点线附近密集转变为在泡点线附近密集。
不同的油气藏，油气的组成不同，导致相态不同
低收缩率原油相图 高收缩率原油相图
低收缩原油：指采到地面后体积收 缩较小的原油（地下溶解的气量？） 高收缩油：指采到地面后体积收缩 较大的油