油层物理1-3 第三节 油气藏烃类的相态

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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
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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；
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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)
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。
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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
饱和蒸汽压曲线 (vapor-pressure curve) 由不同T 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；
泡点和露点共同轨迹线。
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1、单组分体系的相态特征
＜动态特征＞ 图中任一点代表单组分体系 的一个相平衡状态（相态） 改变体系T或p，相态改变。
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线的特征
包络线：泡点线(CF)和
露点线(CE)构成的相分界线。 等液线：体系中液相含量相 等的点的连线。 包络线及包络线内为气液两 相共存区；其外为单相区。 包络线位置特征 位于两个纯组分的饱和蒸汽压曲线之间；
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三、单、双、多组分体系相态特征
位置、形态取决于体系的组成和组分性质。
相图(phase diagram)：表示相平衡态与物系组成、温
度和压力等状态变量之间的关系图，又称为相平衡状 态图，或状态图(state diagram)。
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一、油藏烃类的相态表示方法
3、相图的类型
油气体系的相态不仅与体系中烃类物质的组成有关，而且还取决于油气
体系所处的温度、压力和所占体积，可用状态方程表示相态与状态变量 的关系：F（p，T，V或组成）＝0 →以图解方式表示上述状态变量所描述的相态关系，可得： 立体相图：三维相图
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：
从一种单相→两相共存→另一种
单相。
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1、单组分体系的相态特征
饱和蒸汽压反应了液体挥发的难易程度，蒸汽压 越高，说明越容易挥发。
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三、单、双、多组分体系相态特征
(1)相图特征
2、双组分体系的相态特征(binary system)
三点：临界点C 临界凝析压力点Cp (cricondenbar) 临界凝析温度点CT (cricondentherm) 两线：相包络线 等液量线
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一、油藏烃类的相态表示方法
1、基本概念 体系(system) 指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体，又称物 系、系统。体系可分为单组分和多组分体系。 油
多组分体系 multi-component C3、C7、C20
水
H2 O
单组分体系 single-component
水
H2 O
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一、油藏烃类的相态表示方法
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三、单、双、多组分体系相态特征
3、油气体系的相态特征★
(1)相图特征
油气体系为典型多组分(multi-component)复杂物系。
A
H D
三点：临界点C、
临界凝析温度CT、临界凝析压力CP 两线：包络线、等液量线；
三区：
液相区 泡点线 ACPC左上方； 气相区 露点线BCTC 右下方；
相(phase)
体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。
不同相之间有明显的相分界面；
油
C3、C7、C20
同一相物质可成片存在，也可以孤 立的泡状、滴状等存在； 一相中可含有多种组分。
水
H2 O
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一、油藏烃类的相态表示方法
组分(component)
形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系中所有
(undersaturated reservoir)
B：凝析气藏 G：气藏 D：带气顶油藏(饱和油藏) H：带油环气藏(带底油的气藏)
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三、单、双、多组分体系相态特征
② 确定油藏饱和压力pb (saturation pressure)
组分比例 位置 形态
大致相同
正中间
位置越靠近含
宽，两相区面积最大
形态越细长 两相区越小
相差越大
量高的纯组分
饱和蒸气压线
组分性质相差越大 包络线内两相区越大 （如分子大小）
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三、单、双、多组分体系相态特征
＜动态特征＞ T、p 变化穿越包络线时
体系相平衡状态改变。
如体系可能从一种单相→ 两相共存→另一单相。
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三、单、双、多组分体系相态特征
(3)油气体系相图的应用 判断油气藏类型★ 确定油藏饱和压力★ (saturation pressure)
指导油气藏开发
指导地面油气分离
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三、单、双、多组分体系相态特征
① 判断油气藏类型
点A、B、D、G、H 为不同油气体系的原始状态，各油气体 系所属的油气藏类型如下： A：油藏(纯油藏、未饱和油藏)
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三、单、双、多组分体系相态特征
B→D 降压：
相变：B→B1→B2→B3→D
（反常相变）； 液相：0→10→20→30→40％。 CDCTBC为反凝析区 D →E （下露点） 降压 相变：D→D3→D2→D1→E （正常相变）；
液相：40→30→20→10→0％。
E→F降压：单一气相
气相区(vapor or gas)
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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。
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1、单组分体系的相态特征
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一、油藏烃类的相态表示方法
(2)平面相图(two dimension phase diagram) 在油气烃类流体相态研究中，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、p—T、p—X p-T 相图是油气相态研究中最常用的相图。
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一、油藏烃类的相态表示方法
(3)三角相图（三元或拟三元相图）
三区：液相区、气相区
气液两相区
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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。
平面相图：二维相图
三角相图：三元相图或拟三元相图
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一、油藏烃类的相态表示方法
(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。 在油气流体相态研究中， p-
V-T 三维立体相图用于描述油气
藏平面区域上和纵向上流体相态 变化特征的分布规律，很详尽地 表示出各参数间的变化关系。
压力称为饱和蒸气压，体现为气
相分子对器壁的压力。
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一、油藏烃类的相态表示方法
泡点(bubble point) 开始从液相分离出第一个气泡的气液共存态。 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。 露点(dew point) 开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态。 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。
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。 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。
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一、油藏烃类的相态表示方法
2、相态的表示方法 (1)物系状态与性质之间的关系 据热力学观点，物系的状态(state)是用物系所有的性质 properties（如组成、温度、压力等）进行描述的。 物系各性质确定→物系有完全确定的状态 物系状态确定→物系各性质有完全确定的值
同类的分子。
拟组分(pseudo-component)：用于工程计算的 油
C3、C7、C20
一种假想组分，由物系中几种组分合并成。 例如，油气相态研究中常用组分： 纯组分：C1、C2、C3…； 拟组分：轻烃组分C2-6、重烃组分C7+。
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水 H2O
一、油藏烃类的相态表示方法
组成(composition)
（triangular/ternary/ pseudo-ternary)
主要用于研究地层条件下注气混相
驱和非混相驱提高原油采收率。 (gas injection注气) (miscible flooding混相驱) (immiscible flooding非混相驱)
(enhanced oil recovery提高原油采收率)
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三、单、双、多组分体系相态特征
1、单组分体系的相态特征(single-component) 单组分体系：一个独立组分构成的物系 (1)相图特征 一点：临界点C（Tc、pc） (critical point)
一线：饱和蒸汽压线
pressure curve)
(vapor-
两区：液相区(liquid)
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三、单、双、多组分体系相态特征
凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)
对AF(T=const) AB，单一气相(无相变)
BD，凝析量(两相,反常)
DE，液量(两相,蒸发) EF，单一气相(无相变) (condensate gas or retrograde gas凝析气)
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三、单、双、多组分体系相态特征
→物系的性质又称为“状态函数”(state function)
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一、油藏烃类的相态表示方法
(2)相态的表示方法
相态——相平衡态(phase equilibrium state)；
相态研究——指体系相平衡状态随组成、温度、压力
等状态变量的改变而发生变化的有关研究。
→直观的相态研究和表示方法：相图。
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。
凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)
在凝析气藏开发过程中，当p地<pd后， 储层中析出凝析油，但凝析油数量较少，
Somax<Socc
岩石的吸附作用使析出的凝析油粘附在岩 石颗粒表面， 导致凝析油不能参与流动。
采用什么方法开 发凝析气田？
当地层压力继续下降时，再蒸发作用很小，仅有很小一部分液烃会再 蒸发回到气相，大部分液烃将损失于储层中。 →保持地层压力高于上露点压力条件下开采。