油层物理-储层流体的物理性质

储层流体的物理性质,所谓储层流体是指储存于地下的石油、天然气和地层水。其特点是处于地下的高温高压条件下，特别是其中的石油溶解有大量的气体，从而使处于地下的油藏流体的物理性质与其在地面的性质有很大的差别。,第一节油藏烃类的相态特征,本节重点：1、油气藏的分类；2、多组分相图的特征；3、反凝析气藏的特点及合理开发方式；,本节难点：1、多组分相图的特征；2、反凝析现象；,一、油藏烃类的化学组成和分类,油气藏流体组成及常P、T相态C1,C4,C5C16,C17CnH2n+2,N2,CO2及N、S、O化合物,气态,液态,固态,n,石油和天然气的化学组成主要是复杂的碳氢化合物的混合物，主要是烷烃、环烷烃、芳香烃及烃类与氧、硫、氮的化合物。,1、油藏流体的化学组成及分类,按矿藏：气藏气、油藏气、凝析气,按汽油蒸汽的含量：湿气：汽油含量大于100g/m3干气：汽油含量小于100g/m3,按含硫量的多少：酸气：每1m3天然气中含硫量大于1g净气：每1m3天然气中含硫量小于1g,2、天然气的分类,一、油藏烃类的化学组成和分类,1）比重（中国炼油）轻质油0.963,3、石油的分类,2）含硫量（影响设备）少硫油含硫0.5%,一、油藏烃类的化学组成和分类,4）含蜡量少蜡油含蜡量1%含蜡油含蜡量1-2%高含蜡油含蜡量2%,3）含胶质、沥青质量（影响开采方法）少胶油胶质、沥青质含量8%胶质油胶质、沥青质含量8-25%多胶油胶质、沥青质含量25%,5）原油粘度轻质油粘度5-10mpa.s一般原油粘度30-50mpa.s重质原油粘度50mpa.s,一、油藏烃类的化学组成和分类,（6）天然沥清矿：1，10000cp,4、油气藏分类,（1）气藏：以C1为主，占85%以上，C2-C4较少，地面为气态,（2）凝析气藏：C1-C8,地下为气态，地面有液态，=0.6-0.7,（3）临界凝析气藏：T地=TC，油气间无明显界限，=0.7-0.8,（4）油藏：液态烃为主，可带有气顶，油中溶有气，=0.8-0.94,（5）重质油藏：大，0.94以上;高，100-10000cp,一、油藏烃类的化学组成和分类,二、油藏烃类的相态表示方法,1、几个物理化学概念,（1）体系指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体。体系可分为单组分和多组分体系。,（2）相,水,油,体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。通常有气、液、固三相。相与相之间有明显的界面。,二、油藏烃类的相态表示方法,（3）组分,形成体系的各种物质称该体系的组分，可以是单质或化合物。,（4）饱和蒸汽压力,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。,二、油藏烃类的相态表示方法,对于一个组成固定的体系，压力、温度和比容都是该体系组成中相状态的函数。因此，对任一特定体系其状态方程可写成：F（P、V、T）=0。,将状态方程以图示法表示就是相图，即相图是以图形方式表示体系的相状态。,（5）相图,二、油藏烃类的相态表示方法,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、V、T）=0,（a）立体相图,二、油藏烃类的相态表示方法,（b）平面相图,二、油藏烃类的相态表示方法,固定一个参变量，改变其它两个参数，即可得到平面相图。,（c）三角相图适用于温度、压力一定，而组成变化的情况。,二、油藏烃类的相态表示方法,1.单组分体系的相态特征,曲线的终点C为临界点，该点的温度和压力分别称为这种物质的临界温度（TC）和临界压力（PC），,三、油藏烃类的相态特征,A,C,T,液,气,特点：无两相共存区：缩小为两相共存线，称为饱和蒸汽压线；临界点是两相能够共存的最高温度点和最高压力点TTc,p也不会产生液相；,Tc,pc,p,三、油藏烃类的相态特征,a.泡点：在一定温度下，开始从液相中分离出第一批气泡的压力点；或在一定压力下，开始从液相中分离出第一批气泡的温度点。泡点连线即为泡点线。,b.露点：在一定温度下，从气相中凝结出第一批液滴的压力。露点连线即为露点线。,2、主要概念,三、油藏烃类的相态特征,3.单组分相图分析,a.饱和蒸汽压线是两相共存的轨迹，即泡点线和露点线的共同轨迹，单组分体系的饱和蒸汽压线、泡点线、露点线三线合一，即温度一定时，气相凝结为液相和液相蒸发为气相的压力相等。,b.饱和蒸汽压曲线是气液状态的分界线，上部为液相，下部为气相。,c.临界点是气液共存的最高温度和最高压力点。,三、油藏烃类的相态特征,d.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。,三、油藏烃类的相态特征,e.几种纯物质的饱和蒸汽压曲线和常见的压力、温度范围。,三、油藏烃类的相态特征,4.双组分相图,三、油藏烃类的相态特征,C2H6,C7H16,C7,C2,CT,CP,C,0%,40%,60%,80%,100%,F,E,20%,(1)双组分相图的构成,FCPC为泡点线；,ECTC为露点线；,泡点线与露点线的交点为系统的临界点C；,但C点已不是两相共存的最高温度和压力，而两相共存的最高温度和最高压力分别为CT、CP点所对应的温度、压力，分别称为临界凝析温度和临界凝析压力。,泡点线的上部为液相区；露点线的下部和外部为气相区；泡点线和露点线所包围的区域为两相区；两相区内的细线为等液量线。,（2）两组分相图的特点,三、油藏烃类的相态特征,a.临界点的特征泡点线和露点线的交点为临界点，该点并非两相共存的最高点；临界凝析压力为两相共存的最高压力，临界凝析温度为两相共存的最高温度。重组分增加，临界点右移。,三、油藏烃类的相态特征,临界点的位置取决于组分的性质,三、油藏烃类的相态特征,b.两相区的特征两种组分的差别越大，两相区面积越大。,（2）双组分相图的特点,（3）相图总结,5、多组分相图,(1)多组分相图特征,三、油藏烃类的相态特征,点4：反凝析气藏。投产后，压力降至上露点线（第二露点线）开始出现液滴。出现范围TCTTN。,点1：油藏（单一液相），未饱和油藏（低饱和油藏），位于泡点线上方，温度低于临界温度。,点2：饱和油藏，2点所对应的压力即为油藏的原始饱和压力，,点2：有原始气顶的油藏（过饱和油藏）,点3：易挥发油藏，温度接近临界温度，泡点线上方。,点5：气藏，等温降压无液体出现。TTN，临界凝析温度右侧。,点6：带有反转凝析气顶的油藏。位于反凝析区内。,(2)判断油气藏类型,等温反凝析区相图,6、等温反凝析现象,随着地层流体的采出，可视为地层温度不变（等温）而压力在不断降低，故研究等温反凝析区。,三、油藏烃类的相态特征,对AF(T=const)AB，单一气相BD，凝析量(两相,反常)DE，凝析量(两相，蒸发)EF，单一气相反凝析现象：因p而凝析液量反而的现象。,（1）等温反凝析过程,（2）反凝析现象的本质,a.等温降压，系统两次经过同一等液量线；,三、油藏烃类的相态特征,b.临界点附近，烃类体处于高温、高压下,气多、油少，且油质轻，气重,所以液体溶于气中,呈雾状存在；c.当p降低时,气分间距增大,引力不断下降，气体分子对油分子的引力减弱,所以气体分子托不住液体分子，液体分子分离出来，凝析成液滴;d.当凝析物（液量）达到一定数量时，随着压力进一步降低,凝析物的分子间距增大,则出现正常蒸发现象。,（2）反凝析现象的本质,三、油藏烃类的相态特征,特点：a.C1含量占70-98%,且无液烃析出的气藏，C2-C4的含量5%,天然气中C5以上的组分几乎没有。b.露点线右侧的气相区很大，地层条件点和油气分离器条件点均在露点线外侧，连线不穿过两相区。,（1）干气气藏,四、典型油气藏的相图,1、典型油气藏的相图,特点：地层条件点位于露点线外侧，储层（地下）内不会有液烃产生，为气体。油气分离器条件点位于两相区内，地层条件点和分离器条件点的连线穿过两相区。析出的液体油为浅色轻质油，26700m3/m3。,（2）湿气气藏,四、典型油气藏的相图,（3）凝析气藏,特点：地层压力高于露点压力，地层温度介于临界温度和临界凝析温度之间。在地层原始条件下，流体以单相气体存在。压力下降后，凝析出液态烃，在分离器会有更多烃液析出Rs=534-26700,=0.74,四、典型油气藏的相图,（4）轻质油藏,特点：地层条件点位于泡点线上方、临界点的左侧。油藏流体在地层原始条件下以单相液体存在。等液量线比较系稀疏，密集于泡点线。Rs=360-530，0.78(地下溶气油)，原油颜色浅。,四、典型油气藏的相图,（5）重质油藏,特点：两相区内等液量线较密集地靠近露点线。比重大，凝析为液体较容易，Rs0.876(地下溶气油)，原油为深黑色。,四、典型油气藏的相图,稠油资源（摘自第七届重油及沥青砂国际论文集）,四、典型油气藏的相图,沥青资源分布（摘自第七届重油及沥青砂国际论文集）,四、典型油气藏的相图,2、典型油气藏变化规律,a.两相区面积大小不同，区内等液量线分布不同；b.包络线上临界点的位置不同，随重组分含量增加，临界点由左向右偏移。c.重烃组分增加、密度、粘度增加，颜色加深。,思考：油气藏开采过程穿过两相区时，地层中流体的相态变化,四、典型油气藏的相图,五、试说明油气藏相图的应用,1.判断油藏的类型；2.选择合理的开发条件；3.预测地层油的饱和压力；4.提出提高原油采收率的方法。,第二节天然气的物理性质,本节重点：1、天然气的状态方程、对应状态原理2、天然气的高压物性参数及影响因素,本节难点：1、对应状态原理2、压缩因子的求解,第二节天然气的物理性质,天然气是指从地下采出的，常温常压下为气态的烃类和少量非烃类气体的混合物。,天然气所包含的烷烃系列从CH4C5H12，其中甲烷含量可高达70%98%，乙烷含量小于10%，以及少量丙烷、丁烷、戊烷等（一般仅占百分之几），非烃类气体有：SO2、N2、H2S、O2、H2、CO2等。,一、常温常压下天然气的物理性质,1.天然气组成的表示方法,（1）摩尔组成(摩尔分数）,（2）体积组成,符合阿佛加德罗定律的气体摩尔组成与体积组成相等,（3）重量组成,（4）重量组成可换算为摩尔组成,原油的组成如何表示？,一、常温常压下天然气的物理性质,2.天然气的分子量、密度和相对密度,（1）分子量,分子量：在0C,0.1MPa压力下,体积为22.4L天然气的重量。,天然气的分子量随组成不同而变化，无固定值，人们引入了“视分子量”的概念来解决混合物的分子量问题,亦可称为平均分子量或分子量。,一、常温常压下天然气的物理性质,公式：,（2）密度,在相同温度和压力下，天然气的密度与干燥空气密度之比。,已知时，求天然气的分子量。,（3）相对密度（比重）,（0.5-0.7，比空气轻）,一、常温常压下天然气的物理性质,理想气体的状态方程:,二、天然气的状态方程和对应状态原理,1.理想气体的状态方程,所谓理想气体是一种假想气体，该气体分子无体积且气体分子之间无相互作用力。,适用条件：分子无体积，且分子间无相互作用力。,PV=nRT,2.真实气体的状态方程,概况：,范德华(vanderwaals)1873年提出的硬球模型：,维里(virial)1901年提出：,二、天然气的状态方程和对应状态原理,2.真实气体的状态方程,（1）低温、低压下：(视为理想气体)PV=nRT,（2）高温、高压下：（分子间力不可忽略）PV=ZnRT（引入校正系数Z）,Z：压缩因子（偏差因子、偏差系数）,Z=PV/nRT,二、天然气的状态方程和对应状态原理,（3）压缩系数Z的物理意义,Z=V实/V理,给定温度和压力下，相同摩尔数的实际气体所占体积与理想气体所占体积之比，反映了气体压缩的难易程度。,实际气体较理想气体易于压缩，体积较小；,Z=1,Z1,Z1,实际气体相当于理想气体；,实际气体较理想气体难于压缩，体积更大；,A.单组分气体Z=Z(P,T),可按气体所处的P、T由图版查得。如教材P7981的甲烷、乙烷、丙烷的Z值图版。,a.实验法,B.内插法已知T,P,但T不在曲线上，可查T1Bo（多次）。,a.PPb，T，Bo。,（3）脱气方式影响,2.地层油两相体积系数Bt,(1)Bt定义,当油层压力低于饱和压力时，在某一压力下，地层油和析出气体的总体积，与其在地面脱气后的体积之比。,（2）Bt计算公式,设地层油体积为Vf，地面脱气后的体积为Vs，原始溶解油气比Rsi，压力p下的溶解油气比Rs。,当压力由Pi将至P时，从油中分离出的气量折算到地面条件下的体积为（RsiRs）Vs,若设Bg为分离出的气体体积系数，Bg=Vgf/Vgs，,则在压力P下从油中分离出的气体体积为Vgf=（RsiRs）VsBg,（2）Bt计算公式,由两相体积系数定义，有：,讨论：,Pb,P,Bo,Bob,Bt,BoP关系曲线,a.P=Pb,b.P1atm,c.PPb,Rs=Rsi,Bt=Bo,Rs=0,Bo=1,Bg=1Bt=1+Rsi,Bt无意义（气体未脱出）,三、地层油的压缩系数Co,Pb,p:原油饱和压力和地层压力；Bob,Bo:Pb,p下的地层油体积系数。,1.定义:,地层油体积随压力的变化率。,2.Co影响因素,一般地面油Co=（47）10-51/atm地层油Co=（10140）10-51/atm大庆Co=（6.515.9）10-51/atm,a.Co与Rs有关Rs，Co；,b.不同压力区间的Co不同，靠近Pb处的Co大于远离Pb处的Co。,三.地层油的压缩系数Co,四、地层油的密度和比重,1.地层油的密度o,（1）定义,单位体积地层油的质量。,（2）o的影响因素,a.压力PPb，p，o。b.组成重组分，oc.温度T，o,2.地层油的比重,指在20C下的原油密度与4C下水的密度之比。,公式：,四、地层油的密度和比重,五、地层油的粘度o,1.定义：,与气体粘度定义相类似,2.影响因素,（1）压力PPb，p，o。,（2）温度（o对温度最敏感）T，o,（3）组成重组分，o,六、地层油的析蜡温度,1、析蜡温度定义：,降温过程中，开始有石蜡结晶析出的温度，称为石蜡结晶温度或析蜡温度。,2、原油的凝固点：,指原油由能流动到到不能流动的转折点。,T析,o,o(d420）,Rs(),Co,Bo,Bt,原油九个物性参数与压力的关系,pb,p,地层油高压物性参数,原油九个物性参数与压力的关系,2.4地层水的性质,本节重点：1、地层水硬度、矿化度的概念2、苏林分类法,本节难点：1、地层水的分类方法：苏林分类,2.4地层水的性质,1、矿化度：表示地层水中含盐量的多少，即矿化度代表水中矿物盐的浓度。,一、地层水的矿化度和硬度,地层水中含盐量大小用矿化度表示，1ppm=1mg/L=10-6kg/L,高矿化度会因温度下降发生析盐现象，影响注聚合物、表面活性剂的有效性。,2、硬度:是指钙、镁二价阳离子含量的大小。,二、地层水的分类,1、地层水中主要阴阳离子结合能力（稳定性）,2.4地层水的性质,氯化钙水型（CaCL2）,硫酸钠水型（Na2SO4）,重碳酸钠水型（NaHCO3）,氯化镁水型（MgCL2）,2、苏林分类法,硫酸钠水型（Na2SO4）大陆冲刷环境，地面水重碳酸钠水型（NaHCO3）大陆环境，含油标志氯化镁水型（MgCL2）海洋环境，油田内部氯化钙水型（CaCL2）深层封闭环境，含油标志,2、苏林分类法,2.4地层水的性质,1、地层水的特性处于高温、高压下，溶有大量的盐，而Rs（溶解水气比）很小2、地层水中天然气的溶解度3、地层水的压缩系数Cw4、地层水的体积系数Bw5、地层水的粘度w,三、地层水的高压物性,第二章小结,1.熟记双组分相图的特点2.熟练绘出地层油（多组分烃类）相图，并结合所代表的油藏类型加以说明。3.什么是反凝析气藏？其形成原因和开发中注意什么？4.天然气压缩因子的定义、物理意义和求法5.天然气的分子量、密度、比重。6.天然气体积系数和压缩系数的定义、表达式。7.天然气溶解度、溶解系数的概念。8.绘出并解释天然气的溶解度与压力的关系曲线。9.一次脱气和多次脱气的概念，及其区别？10.为什么一次脱气比多次脱气脱出的气多而且比重,11.推导油气相态方程，并简述其应用。12.溶解油气比，原始溶解油气比的概念。13.地层油的体积系数和压缩系数的定义和表达式14.地层油两相体积系数定义和表达式，并说明各符号代表的意义。15.地层油九个物物性参数和压力的关系曲线16.理解地层油九物性参数的影响因素17.能够熟练计算地层油基本物性参数。,判断题1.单组分烷烃中，C原子数愈多，则其饱和蒸汽压愈大。2.烃类体系相图中，重质组分含量愈高，则临界点愈向右偏移。3.烃类体系相图中，重质组分含量愈高，则气液等含量线分布愈向右密集。4.烃类体系相图中，临界温度是液相气转化的最高温度。5.烃类体系相图中，临界凝析压力是气向液转化的最高压力。6.烃类体系相图中，反常相变现象只发生在等温反常凝析区。7.饱和油藏可以理解为高收缩油藏。8.对于同种原油，甲烷的溶解度大于丙烷的溶解度。9.地层温度愈高，则地层溶解油气比愈小。10.对于同种原油，一次分离的溶解油气比大于多极分离。,11.体系温度愈高，则天然气压缩因子愈小。12.体系压力愈高，则天然气体积系数愈小。13.地层油单相体积系数总是大于1的。14.地层油单相体积系数在饱和压力时是最小的。15.地层油粘度在饱和压力时是最小的。16.原始溶解油气比一定大于目前压力下的溶解油气比。17.对于同种天然气，在地层油中的溶解度一定大于在地层水中的溶解度。18.在低于饱和压力下，随压力下降地层油也将释放出弹性能量。19.地层水矿化度愈大，则地层水压缩系数愈大。20.天然气水化物形成的有利条件是在低温低压下。,选择题：1.石油是_。A.单质物质B.化合物C.混合物D.不能确定2.对于单组分烃，在相同温度下，若C原子数愈少，则其饱和蒸汽压愈_，其挥发性愈_。A.