第二章 油层流体的物理性质

g
m V
Mgp ZRT

pM RT
g
实际气体：
g
1


3484 . 4
gp
ZT
式中 g——天然气的密度，kg/m3；
m——天然气的质量，kg； V——天然气的体积，m3。 空气：p＝0.101MPa，T＝293K，则 air =1.205kg/m3； 此标准状态下天然气的密度为 g＝1.205g； p＝0.101MPa，T＝273K，则 air =1.293kg/m3。
②已知天然气的相对密度g ，可查图1-1近似地求得。 当天然气中含有较多的非烃气体时，必须利用图中插 图进行非烃校正。 ③图1-1中的曲线已拟合成以下公式，已知 g 可选用公式 计算。 对于凝析气 g ≥0.7 Tpc＝132.2+116.7g ppc＝5.102+0.689g g ＜0.7 Tpc＝106.1+152.21g ppc＝4.778-0.248g 对于干气 g ≥0.7 Tpc＝92.2+176.6g ppc＝4.881－0.3861g g＜0.7 Tpc＝92.2+176.7g ppc＝4.778－0.248g
pr
0 . 27 p pr ZT pr
A3＝-0.57833 A6＝-0.10489
其中
为无因次对比密度，其它符合同前。
由于上式为非线性方程，欲计算 Z 系数，可采用牛顿迭 代法。在已知ppr和Tpr的情况下，需经过一个迭代过程求 解，其公式如下：
pr
(i 1)
pr
(i)

dv dy
影响因素 低压下气体粘度： 单组分气体的粘度几乎与压力无关。随温度的升高 而增大，随分子量的增大而降低。 高压下的气体粘度： 随压力的升高而粘度增大；随温度的升高而粘度减 小；随分子量的增加而粘度增加。
天然气粘度计算
• Carr粘度图版法 • Lee、Gonzaler半经验法
g 10
图1-1 天然气拟临界参数
Witchery和Aziz提出了一种非烃校正方法，步骤如下： ①用查图或计算方法确定ppc 和Tpc 。 ②用式(1-17) (1-19)计算校正后的拟临界温度T pc 和ppc 。
T pc T pc
p pc p pc T pc T pc B (1 B )
1．理想气体的状态方程式
pv nRT
(2-10)
在已知天然气的相对密度时, 可用上式求天然气的分子量: 式中 p ─ 气体压力，MPa;
v ─ 在该压力和温度下气体的体积,m3;
T ─ 绝对温度, K° n ─ 气体的摩尔数； R ─ 气体常数,0.08025升0.01兆帕/度.摩尔。 2．天然气的状态方程式 对于非理想气体，气体状态方程可写成如下形式：
M
g


yi M
＝28.97g
式中 Mg——天然气的视分子量，g/gmol或kg/kmol； yi ——组分i的摩尔组成，%； Mi ——组分i的分子量，g/gmol或kg/kmol。 一般天然气视分子量约为16～18。
3.天然气的密度和相对密度 (1)天然气密度 单位体积天然气的质量，称为天然气的密度， 用符号g表示，则
K
4
K exp( X )
y g
1 .5
( 9 . 4 0 . 02 M g )( 1 . 8 T ) 209 19 M
986 1 . 8T
g
1 . 8T
g
X 3 .5
0 . 01 M
Y 2 .4 0 .2 X
在大气压下天然气的粘度
在不同的ppr下，Tpr与/1的关系
yi Vi Vi V

k

Vi
i 1
显然，∑yi＝1。
2)质量组成
i组分的质量mi与总质量m之比，称为该组分的质量组
成，用wi表示，即
wi mi
k

mi m

mi
i 1
显然，∑wi =1。
3)摩尔组成 i组分的摩尔数Ni与总摩尔数N之比，称为该组分 的摩尔组成，也用yi表示，既
yi Ni
pv ZnRT
(2-11)
3．偏差因子偏差因子：在一定温度和压力条件下，一定质量的气体实际占有 体积Va 与在相同条件下作为理想气体应该占有的体积Vi 之比。
Z Va Vi
Z=f(yi ，p，T)
天然气的偏差系数计算 （1）根据Standing和Katz图表确定天然气偏差系数 确定天然气偏差系数的步骤如下： ①根据已知的天然气组成或相对密度，求ppc和Tpc； ②如含有非烃(H2S和CO2)，应对ppc、Tpc进行校正； ③根据给定的p、T值和ppc、Tpc值，计算ppr、Tpr； ppr=p/ppc Tpr=T/Tpc ④从图1-2上查得Z值。
3 2
( A 5 A 6 pr / T pr ) ( A 7 pr / T pr )( 1 A8 pr ) exp( A8 pr )
5 2 3 2 2
式中 A1＝0.31506 A2＝-1.04671 A4＝0.53531 A5＝-0.61232 A7＝0.68157 A8＝0.68447
f ( pr )
(i) (i) f ( pr )
3
f ( pr ) A5 A 6 pr ( A 4 Leabharlann Baidu pr A5 ) pr ( A1T p r A 2
6
A3 T pr
2
) pr T pr pr
2

A 7 pr
3
T pr
2
(1 A8 pr ) exp( A8 pr ) 0 . 27 p pr
2 2 2
例：已知干气相对密度g＝0.64，p＝16.548MPa，T＝138.9℃，计算
Z系数。
解：利用计算机编程计算，步骤如下： ①利用式相对密度计算公式计算Tpc和ppc(或校正后的T pc和ppc)。 ②根据给定的p=16.548MPa，T＝138.9℃，计算Tpr、ppr。 ③赋初值Z(0)＝1，计算pr。 ④代pr入上式，分别计算f(pr )和f '(pr )； ⑤利用式计算 pr(i+1) 值并比较其结果，两者相差较小则可认为求 得了pr值。否则，重复以上计算，直到满足精度为止； ⑥将满足精度要求的pr带回到式或，打印得Z＝0.9232715。
第二章 油层流体的物理性质
第一节 第二节 第三节 第四节 油藏烃类的分类 天然气的物理性质 天然气在原油中的溶解与分离 地层原油的高压物性
第一节 1.气藏： 2.凝析气藏： 3.临界油气藏： 4.油藏： 5.重油油藏： 6.天然沥青矿
油藏烃类的分类
第二节 天然气的物理性质
一、常温常压下天然气的物理性质 1．天然气的组成表示方法 天然气所包括的烷烃系列从 CH ~ C H 。其中甲 烷含量高达70％～98％，非烃类气体有氮气、 二氧化碳、硫化氢等，有时还有微量稀有气体 氦（He ）、氩（Ar ）等。还可能含有有害的硫 化物，如硫醇（RSH ）、硫醚（ RSK ）等。 （1）天然气的组成:组成天然气的各组分在天 然气中所占数量的比率，称为天然气的组成。 （2）天然气的组成表示法:体积组成、质量组 成和摩尔组成。
在任意温度、压力下的粘度

1

1
• 若有非烃类，则应进行非烃类效正。其方法是
120 ( A
0 .9
A
1 .6
) 15 ( B
0 .5
B ) / 1 .8
4

式中 ppc-校正的后拟临界压力，MPa； T pc-校正后的拟临界温度，K； A-天然气中H2S和CO2摩尔分数之和； B-天然气中H2S的摩尔分数； -拟临界温度校正系数。
二、天然气的状态方程式
p——气体压力，MPa；
Mg——天然气视分子量； T——天然气温度，K； R——通用气体常数，R=0.008314 。
(2)天然气相对密度 在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值 称为相对密度，常用符号g 表示
g
g
M M
g air
g air

M
g
28 . 97
4.天然气的临界参数 有以下几种方法计算天然气拟临界参数： ①已知天然气的体积组成，可由下式计算 ppc＝∑yipci Tpc＝∑yiTci 式中 ppc：天然气的拟临界压力，MPa； Tpc：天然气的拟临界温度，K； yi：天然气中组分i的体积组成； pci、Tci ： 天 然 气 中 组 分 i 的 临 界 压 力 (MPa)、临界温度(K)，可由查表得。
2 2
5 2 f ( pr ) 6 A 5 A 6 pr 3 ( A 4 T pr A 5 ) pr 2 ( A1T pr A 2
A3 T
2 pr
) pr
T pr
A 7 pr
2
T pr
2
[ 3 A8 pr ( 3 2 A8 pr )] exp( A8 pr )

k

Ni N
Ni
i 1
质量组成和体积组成(摩尔组成)之间可以互相换 算，换算时所用的基本公式为：
yi wi / M
i
(w
i
/ M i)
i i
wi
yiM
i
(y M
)
式中 Mi —— i组分的分子量。
2.天然气的分子量 将标准状态下(0℃，0.101MPa)下体积为22.4L天 然气所具有的质量定义为天然气的视分子量或平均分 子量，其计算公式可写为
三、天然气的等温压缩系数——在恒温条件下，单 位压力变化引起的单位气体体积相对变化率
Cg 1 V ( )T V p
)T nRT p
2
对理想气体： (
V g p
Cg
1 p nRT 2 p p nRT
对真实气体：
③计算校正后的拟临界参数：
由式(1-13)得
T pc 206 . 54 5 . 78 200 . 76 K
由式(1-14)得
Ppc 4 . 81 200 . 76 206 . 54 0 . 042 1 0 . 042 5 . 78 4 . 67 MPa
④计算拟对比参数：
ppr=17.24/4.67=3.69 Tpr=361.1/200.76=1.798 ⑤查图1-2得：Z=0.88。
2.直接计算天然气偏差系数 (1)Dranchuk-Purvis-Robinson方法
Z 1 ( A1 A 2 / T pr A 3 / T pr ) p r ( A 4 A 5 / T pr ) pr
例1-2 求在17.24MPa和361.1K条件下的含硫天 然气的偏差系数。 已知气体组分(体积%)： CH4=89.10，C2H6=2.65，C3H8=1.90，n-C4H10=0.30， i-C4H10=0.20，N2=0.65，CO2=1.00，H2S=4.20。 解：①计算拟临界参数：
p pc y i p ci 4 . 81 T pc y i T ci 206 . 54 M Pa K
②因含非烃气体，应对拟临界参数进行校 正：A=0.0420+0.0100=0.0520； B=0.0420 由式(1-15)得 = 120 0 . 052 0 .9 0 . 052 1 .6 15 0 . 042 0 .5 0 . 042 4 / 1 . 8 =5.78K
4 5 12
（3）用途：1）气田分类的依据之一； 2）地面处理的重要数据 天然气的分类 (1)按矿藏特点分类
①气田气： ②油田气； ③凝析气田气 (2)按天然气的烃类组成分类：干气、湿气 (3)按天然气中酸气含量分类：净气、酸气
（2）天然气的组成表示法
天然气组成一般有三种表示方法：体积组成、质量 组成和摩尔组成。 1)体积组成 在标准状态下， i 组分的体积 Vi 与总体积 V 之比值， 称为该组分的体积组成，用yi表示，即
Cg
1 p

1 z Z p
四、天然气的体积系数——天然气地下体积VR与同数量 天然气在地面标准条件下体积Vsc的比值
Bg
VR V sc
4
B g 3 . 447 10
ZT p
Eg 1 Bg 2891 . 7 p ZT
膨胀系数Eg：
图2-3
Bg
- P 关系曲线
五、天然气的粘度 定义：