油层物理第二章(new)

性质与其在地面的性质有很大的不同。
油藏开采过程中，油层的温度、压力要发生变化， 油层流体，特别是石油和天然气的相态会随之改变。 重要性：对于认识油气的运移、聚集与分布；对于 油气勘探的评价和油、气储量的计算；对于油气田 的合理开采与开发；以及提高石油采收率等方面都 有及其重要的作用。
第一节 油层烃类的相态特征
,
多组分烃体系的P-T图
五、典型油气藏的相图
1. 重质油藏（低收缩原油） 2. 轻质油藏（高收缩原油）
3. 凝析气藏（逆行凝析气）
4. 湿气气藏
5. 干气气藏
1. 重质油藏（低收缩原油）相图
相图特征： 临界点偏右， 液 体 等容线 集 中且靠 近 露 点 线 ，压 力 降低到 泡 点 压 力以下 时 ， 形成 的 气 相 数量不 多 ；地面 分 离器条件液相比例高。
一、油层烃类的化学组成及烃类相态表示方法
1．油层烃类的化学组成和分类
烃类种类繁多，再加上烃类与氧、硫、氮所形成的各 种化合物，决定了地层烃类组成和性质的复杂性。
油气藏烃类：主要是烷烃、环烷烃和芳香烃。在天然 油气藏中，以烷烃最为多见。烷烃又叫石蜡族烃，其 化学通式为CnH2n+2。 常温常压下，CH4—C4H10的烷烃为气态（以下简称C1－ C4 ），它们是构成天然气的主要成分；C5 －C16 的烷烃 是液态，它们是石油的主要成分；而C16以上的烷烃为 固态，它们是石蜡的主要组成部分。
图2-1-1 单组分立体相图 (Zollan Gyulay, 1977)
二、单组分烃的相态特征
单组分烃的p—T图 aC：饱和蒸汽压线 ，代 表 气 液 共 存 的 p—T 条 件 。
液相区、气相区。
C点：临界点，上限点， 对于单组分，该点是两 相共存的最高温度和压 力点。C点的温度和压力 分别是临界温度（Tc）和 临界压力（pc）。
a 图2-1-2 单组分烃的相图
图2-1-3 烷烃的饱和蒸汽压曲线
1－CH4；2－C2H6；3－C3H8；4－iC4H10； 5－nC4H10；6－iC5H12；7－nC5H12；8－C6H14； 9－C7H16；10－C8H18；11－C9H20；12－C10H22
相变过程分析
图2-1-4 单组分物质在恒温下的蒸发过程
2）相图 (1)立体相图（三维相图） 一个体系的组成一定，则压 力（p）、温度（T）、比容 （V）等都是该体系组成中 相状态的函数，其状态方程 表示为： F（p,V ,T）= 0 状态方程的图解表示—相图。 (2)平面相图（二维相图） 常采用的 p － V 图（压力－比 容图）和 p － T 图（压力－温 度图）。
4. 湿气气藏相图
相图特征：临界点偏右，相
图狭窄；临界温度远低于气 藏温度；当气藏压力降低时，
流体始终处于气相。但在分
离器条件下则是处于系统的 两相区内，可获得少量液相。 其产生的液量要比凝析气少， 混合物中的重组分也比凝析
图2-1-16 湿气相图
气少。
5.干气气藏相图
干气，是指每标准立方米井口 流出物中C5 以上重烃含量低于 13.5厘米3的天然气。干气富含 甲烷（70%—98%）和乙烷，重 烃含量极少；临界点偏左，相 图狭窄。 气藏特点：不论在地下条件还 是在分离器条件下，它都处于 该混合物的两相区之外，即在 地下和地面都没有液相生成。
图2-1-17 干气相图
表2-1-2 不同类型油气藏的液态烃比重及油气比 油气藏类型
低收缩原油 高收缩原油 凝 析 气 湿 干 气 气
液态烃比重
>0.802 0.802—0.739 0.780—0.739 >0.739 /
原始油气比 （标准米3/米3）
<178 178—1425 1425—12467 10686—17810 /
M ( yi M i )
i 1
n
3.天然气的分类
矿藏分类: 气藏气、油藏气和凝析气藏气。
按井口流出物中C5或C3以上液态烃含量划分:
油层物理学
成都理工大学
能源学院
第二章 储油气层中流体的 物理性质
主要内容
第一节 油层烃类的相态特征
第二节 天然气的物理性质
第三节 地层原油的物理性质 第四节 油层水的物理性质 第五节 油层流体的高压物性研究 第六节 油层烃类的相态方程
储集岩孔隙空间中储集的流体：天然气，石油，以 及地层水。 油层流体的特点：处于高温、高压条件下，石油中 常溶解有大量的烃类气体，地下的油层流体的物理
表2-1-1 按地层流体性质划分的界限对油气藏分类
气油比 m3/m3
>18000 550~18000 250~550 <250
类 别
甲 烷 含 量 凝析油含量 地面液体密度 % cm3/m3 g/cm3
>85 75~90 55~75 <60 <55 55~1800 / / 0.70~0.80 0.72~0.82 0.76~0.83 0.83~1.0
,
气+液
,
多组分烃体系的P-T图
逆行区：图中的阴影部分，逆 行指的是与正常变化相反。 , 等温逆行区：Tc＜T＜T , 等压逆行区：Pc＜P＜P 相变过程分析： 等温降压，正常相变为蒸发； , 当Tc＜T＜T 等温降压时， A气相—B少量液相—D液量增 加（D为最大值）—E液量减少， 气量增加—F气相 B—D 气—液 等温反凝析 D—B 液—气 等温反蒸发 在等压逆行区则有： 等压反凝析 等压反蒸发
解决的主要问题：油藏开采前烃类究竟处于什么相 态？为什么会发生一系列相态的变化？其主要原因
是什么？用什么方式来描述烃类的相态变化？
主要影响因素：油层中油气系统所处的相状态，主 要取决于油气数量上的比例和油气组成性质及其所 处的压力温度条件。 油层烃类的化学组成是相态转化的内因，压力和温
度则是产生转化的外部条件。
第二节 天然气的物理性质
一、天然气的组成和分类
二、天然气的状态方程 三、天然气压缩因子的确定 四、天然气的体积系数 五、天然气的压缩系数
六、天然气的密度和比重
七、天然气的粘度 八、天然气中的水蒸汽和水化物的形成
一、天然气的组成和分类
1.天然气的化学组成
低分子烃：甲烷（CH4）占绝大部分（70%—80%），
乙烷-正庚烷具不同的重量组成时的P-T图
图2-1-9 烷烃的双组分临界点轨迹曲线图
戌烷和正庚烷（占总重量的52%） 的P-V图
四、多组分烃的相态特征
多组分烃体系的p—T图
C点：临界点；
p 点：临界凝析压力点； T 点：临界凝析温度点。 aC：泡点线； bC：露点线； 虚 线 ： 等 液 量 线，也 称 为 等密线。 液 相 区、 气 相 区，液 气 两 相共存区。
按流体的组成及相对密度的分类： （1）气藏：以干气CH4为主，含有少量乙烷、丙烷和 丁烷。 （2）凝析气藏：含有甲烷到辛烷（C8）的烃类，在地 下原始条件是气态，随着地层压力下降，或到地面后 会凝析出液态烃。 （3）临界油气藏：有时也称为挥发性油藏。其特点 是含有较重的烃类。 （4）油藏：常分为带有气顶和无气顶的油藏，油藏 中以液相烃为主。不管有无气顶，油中都一定溶有气。 （5）重质油藏：又称稠油油藏，原油粘度高，相对 密度大是该类油藏的特点。 （6）沥青油砂矿：相对密度大于1.00，原油粘度大 于10000（mPa·s）者。
F
多组分烃体系的P-T图
逆行现象的物理解释
逆行现象的出现是烃类混合物在特定的温度压 力条件下，分子间作用力的特殊变化造成的。 分析ABDEF的等温降压过程，在A点时，体系为 单一气相。当压力降至B点时，烃分子间距离 加大，分子引力减小，这时被气态轻烃分子吸 引的液态重烃分子离析出来，生成第一批液滴。 当压力下降到D点时，由于气态轻烃分子的距 离进一步增大，分子引力进一步减弱，液态重 烃分子全部离析出来，会凝析出最多的液态烃。 等温逆行区的相态图
yi
Ni
N
i 1
n
100%
i
体积组成:
yi
Vi
V
i 1
n
100%
i
重量组成:
Gi
Wi
W
i 1
n
100%
i
2.天然气的视分子量
定义：0℃，760毫米汞柱压力下，体积为22.4L天 然气所具有的重量。即天然气的分子量在数值上等 于标准状态下，lmol天然气的重量。 天然气的分子量是一种人为假想的分子量，故称为 视分子量。 天然气的分子量随组成的不同而变化。 天然气的视分子量计算：
图2-1-14 高收缩原油的相图
3. 凝析气藏（逆行凝析气）相图
相图特征： Tc＜T＜T ，
,
在气藏原始条件，气藏中
为单一气相；随生产过程 气藏压力的降低，气藏中 会发生反凝析；地面分离 器条件可得一定数量的液
相（凝析油）。
这种气藏所含流体是更轻 的烃，重烃含量低。
图2-1-15 逆行凝析气的相图
乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷
（C5H12）的含量不多。 非烃类气体：硫化氢（H2S）、硫醇（RSH）、硫醚
（RSR）、二氧化碳（CO2 ）、一氧化碳（CO）、氮
气（N2）及水气（H2O）。 稀有气体：氦（He）和氩（Ar）等。
天然气组成的表示方法:
摩尔组成:
天然气 凝析气 轻质油 原 油
2．油藏烃类的相态表示方法 1）体系、相、组分、组成 体系（System）：也称为系统，是指与周围分离的物 质本身。 相（Phase）：某一体系中的均质部分；一个相中可 以含有多种组分。 组分（Component）：某物质中所有相同类的分子； 几种化学成分可合并为拟组分（Pseudo-component）。 如将C7H16以上的所有组分视为液烃组分C7+来表示。 组成（Composition）：指组成某物质的组分及各组 分所占的比例分数。定量上来表示体系或某相中的构 成情况。
单组分烃的p—V图
泡点A：少量分子首次从液体中 逸出，形成小气泡的点。
露点B：仅有无限少量液体存留。
对于单组分烃，泡点和露点压力 等于在相应温度下该组分的饱和 蒸汽压。
随着温度的变化可绘出若干条等 温线；且随着温度的升高，两相 共存段减少；露点和泡点最后重 合与C点。
图2-1-6 乙烷的P-V关系图
原油特点：含重烃较多，
生产时地面气油比较小 ， 原油比重较高。
图2-1-13 低收缩原油的相图
2.轻质油藏（高收缩原油）相图
相图特征：临界点接近P
,
点，液体等容线较稀疏且
靠近泡点线，压力降低到
泡点压力以下时 ， 有较多 的气相生成；地面分离器
条件液相比例不高。
原油特点：含轻烃较多 ， 生产时地面气油比较高 ， 原油比重较小。
, ,
乙烷（占96.83%摩尔）正庚烷的P-T图
相图位置、包线范围、临界点的位置与 双组分烃的组成有关，并呈规律性变化。
（1）任一混合物的两相区都位于两纯
组分的蒸汽压线之间； （2）混合物的临界压力都高于各纯组 分的临界压力，混合物的临界温度都居 于两个纯组分的临界温度之间； （3）临界点偏向组分占优势的一方； （4）包络线偏向组分含量高的一方； （5）两组分的分配比例越接近，包络 的面积就越大；临界压力也越高。
（据Brown等，1948）
三、双组分烃的相态特征
双组分混合物的相图 aC：泡点线； bC：露点线； ☆ 等液量线； 液相区、气相区、两相区。
C点：临界点，泡点线和露点线 的交点。
P 点：临界凝析压力点，它是两 相Fra Baidu bibliotek存的最高压力点； T 点：临界凝析温度点，它是两 相共存的最高温度点。
由D-E-F的变化，随着压力下降，分子间距离 继续增大，分子引力继续减小，液态重烃分子 重新蒸发，这是正常的蒸发现象，体系又全部 转化为气态。
相图的应用—油气藏类型判断 方法：在相图中标示地层原始 压力和温度。 J：未饱和油藏； I：饱和油藏； L：有气顶的油藏； F：气藏； A：凝析气藏（ Tc＜T＜T ） 油气开采过程，类似等温降压 过程。对于凝析气藏，使液态 烃的凝析不是在地层或井中， 而是在地面，控制压力是十分 重要的。