二. 天然气的物理化学性质.

混合物中所占比例变化范围广，根据油气藏 类型的不同，可以为29％-99.9％（体积比）， 在气藏中为80％-99.5％，在凝析气藏中为 75.0％-94.4％，在油藏伴生气中为20％-97％。 纯甲烷无色，稍有蒜味。比空气轻，具 有高的热稳定性和很高的热值含量。
乙烷：无色气体，比空气稍重。在20℃时，
临界压力pci （MPa） 4.604 4.880 4.249 3.796 3.648 3.368 3.381 3.012 2.289 3.399
临界温度Tci （K） 190.6 305.4 369.8 425.2 408.2 469.7 460.4 507.4 594.7 126.3
2.应用状态方程求Z


3.应用经验公式求偏差系数Z
（1）Sarem法 （2）Papay法 （3）Leung法
（4）Carlie-Gillett法
（5）Burnett法
（6）Papp法
（1）Sarem法
使用最小二乘法拟合关系式 Z f p r , Tr ，用
Legeadre多项式将方程写成
Z
同质量理想气体所占的体积之比。 （Compressibility Factor or Z-Factor)
V actual Z Videal
数值：z可等于1，大于1，小于1。 意义：反映实际气体偏离理想气体的程度。
低压条件下，可以应用理想气体的状态方程。（假设气 体分子所占的体积与气体总体积相比可以忽略不计；气体 分子之间没有吸引力和排斥力；气体分子之间的碰撞是弹 性碰撞）：
m0 n0
Amn p m
5
5
x p y
n
（5）Burnett法
美国天然气协会（AGA）的偏差系数值由下列方程求的 近似值
Z 1 Z 1sin 90 pr / pr
N
第四节
天然气的等温压缩系数
定义：在等温条件下，天然气随压力变化的体积变化率(简 称压缩系数或弹性系数)。
Z f ( pr , Tr )
Pr—对比压力：指气体的绝对工作压力P与临界压力Pc之比， Pr=P/Pc; Tr—对比温度：指气体的绝对工作温度T与临界温度Tc之比， Tr=T/Tc。
对于天然气混和物，常用拟对比温度和拟对比压力来表示：
拟对比温度：指气体的绝对工作温度与拟临界温度的比值。
Tpr T / Tpc T /
2）贫气和富气 (1)贫气：指丙烷及以上烃类含量少于100cm3 /m3的天然气。 (2)富气 ： 指丙烷及以上烃类含量大于100cm3 /m3的天然气。
2.按矿藏特点分类
1）纯气藏天然气 在开采的任何阶段，矿藏流体在地层中呈气态，但随成 分的不同，采到地面后在分离器或管系中可能有部分液态烃 析出。
Cg ( )
1 V
V P T
V nRT
Z P
Cpr：等温拟对比压力压缩系数
第五节 天然气的体积系数和膨胀系数
一、体积系数
定义：天然气在地层条件下所占体积与其在地面条 件下的体积之比。
气藏中随着气体的 不断采出，气藏压 力在不断降低，而 地下气藏的温度可 视为常数。此时， 可将 B 视为仅是气 藏压力的函数，即
i
4) 质量组成换算为摩尔组成
Wi Mi
ni
式中 M i ——气组分 i 的分子量。将气体质量组成换算 为摩尔组成：
yi
Wi / M i
Wi
i 1
n
/ Mi
二、天然气的分类
1.按烃类组分关系分类
1）干气和湿气 （1）干气：在地层中呈气态，采出后在一般地面设备和管线 中不析出液态烃的天然气。 按C5 界定法是指1m3 井口流出物中C5以上液态烃含量 低于13.5 cm3的天然气。 （2）湿气：在地层中呈气态，采出后在一般地面设备的温度、 压力下即有即有液态烃析出的天然气。 按C5 界定法是指1m3井口流出物中C5以上液态烃含量高 于13.5 cm3的天然气。
r r2 r3 r4 2 3 2 14 . 76 T 9 . 76 / T 4 . 58 T pr pr pr r 3 1 - r
2.18 2.82 / Tpr
p pr / Tpr exp 1.2(1 1 / Tpr ) 2 0.06152
硫化氢：极臭有毒的可燃气体，易溶解于
水。
2. 天然气的组成
定义：各种组分在气体中所占数量的比率，称为气体的组成。i
n
i
式中
----i 气体组分的摩尔组成; ----气组分 i 的摩尔数；
ni
n i 1
ni ----气体总摩尔数。
2）体积组成
yi
g
Bg C Z / p
二、膨胀系数
第六节
天然气的粘度
一、粘度的定义
1.定义：流体抵抗剪切作用能力的量度。天然气粘度符 合牛顿内摩擦定律。

xy
u x y
ux y ——在与x垂直y方向上的流体速度梯度.
ux ——在剪切应力x方向上的流体速度；
xy ——剪切应力；
μ ——绝对粘度（或动力粘度），Pa.s或mPa.s。
若天然气以非烃类气体为主要组成，则该气体称为非 烃类气体。
天然气中常见组分的性质
临界温度：单组份气体在某一温度时， 不管加多大的压力都不能使气体转化为液体， 此温度即为临界温度。 临界压力：在临界温度时，使气体液化 所需要的最低压力。
了解临界温度和临界压力有什么意义？
甲烷：天然气的主要组成部分，在天然气
天然气密谋的影响因素有哪些？
理想气体混合物，用混合气体的视分子量 MWg 代替单组分气体的相对分子量M ，得到混合气体的 密度方程：
g
pMWg RT
三、天然气相对密度
定义：在相同温度、压力下天然气的密度与空气密度之比， 则：
g
g a
因为空气的分子量为28.96（29），故 γ＝M/28.96 一般天然气的相对密度在0.5-0.7之间，个别含重烃多 的油田或其他非烃类组分多的天然气相对密度可能大于1。
2 、影响粘度的参数
低压下粘度受热运动控制(分子间距大小): T↑→μ ↑；P↑→μ ≈const; M↑→μ ↓ 高压下粘度受分子间引力控制(分子引力大小):
P↑→μ ↑；T↑→μ ↓;M↑→μ ↑
μ ＝ｆ（Ｐ，Ｔ，ｙi），ν ＝μ ／ρ ，mPa.s
二、天然气粘度的确定
1.Carr粘度图板方法
加压至3.8MPa 以上，可液化成相对密度为 0.446的液体。其含量可在0.05％-25％范围变 化。
丙烷：无色气体，比空气重。温度在20℃
且压力在0.85MPa以上时呈液态。含量在 0.005％-4.0％变化。
正丁烷：相对密度比空气大1倍。在0.1013MPa
下，当温度高于0.6℃时，纯正丁烷才呈气态。 含量在0.001％-2.0％变化。
2）凝析气藏天然气 矿藏流体在地层原始状态下呈气态，但开采到一定阶 段，随地层压力下降，流体状态进入相态反凝析区，部分 烃类在地层中即呈液态析出。 3）油田伴生天然气 在地层中与原油共存，采油过程中与原油同时被采出， 经油、气分离后得的天然气。
3.按硫化氢、二氧化碳含量分类
酸性天然气: 指含有显著量的硫化氢甚至有可能含有 有机硫化物、二氧化碳，需经处理才能达到管输商品气气 质要求的天然气。
y T
i ci
拟对比压力：指气体的绝对工作压力与拟临界压力的比值。
ppr p / ppc p /
y p
i
ci
二、确定Z的常用方法
1.Standing—Katz 偏差系数图
例题2-2 天然气组分如下表，应用Standing-Katz的 Z 系数 图求在13.78MPa和366.48K条件下的 Z 系数。
Vi
Vi
i 1
n
式中
yi Vi
------气体 i 的体积占总体积分数； ------气体 i 的体积；
. Vi 气体总体积
n
n i
3）质量组成
质量组成为各组分的质量百分数，W i 表示
Wi
mi
mi
i 1
n
式中
mi ------气组分 i 的质量;
m ------气体总质量。
四、天然气的比容
定义：天然气单位质量所占据的体积。 在理想条件下，可写成
V RT 1 m pMWg g
对于真实气体，可应用气体偏差系数Z修正因气体压力、 温度和组分的影响。进入
第三节 天然气偏差系数的确定
一、天然气偏差系数(又称压缩因子)
1.定义：是指在相同温度、压力下，真实气体所占的体积与
pV=n﹒R﹒T 式中 P——是压力；V——是气体的摩尔体积； T——是绝对温度；R——是通用气体常数。进入
高压下，按实际气体的气体状态方程计算。 在有些情况下，真实气体也可以近似地看成理想气体 。如远离液态的真实气体皆可以看成接近于理想气体。但 接近液态的真实气体都必须作为真实气体。
按我国法定计量单位，通用气体常数的定义是：在标准 状态下(即压力为0.101325MPa；温度为273.15K时)1kmol的 气体所占据22.4m3的标准容积。故通用气体常数的值计算 如下：
第一节 天然气的组成和分类
一、天然气的组成
1.天然气的定义：指自然生成的，在一定压力下蕴藏于地下
岩层孔隙或裂缝中混合气体。
石油工业范围内，天然气通常指从气田采出的气及油田采油 过程同时采出的伴生气。
甲烷：占绝大部分； 乙烷、丙烷、丁烷和戊烷：含量不多；
天然气中还含有少量的非烃类气体及少量稀有气体。
二. 天然气的物理化学性质
教学要求：
掌握天然气的组成和分类； 掌握天然气的分子量、相对密度、比容；