油层物理第六章(天然气物理性质)

1、第六章第六章 天然气的物理性质天然气的物理性质在常温常压下，1-5个碳原子的烃类为气体，即天然气天然气。天然气天然气是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定的压力储集在地层中的是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定的压力储集在地层中的气体。大多数气田的天然气是可燃性气体，主要成分是气态烃类，并含有少气体。大多数气田的天然气是可燃性气体，主要成分是气态烃类，并含有少量的非烃气体。量的非烃气体。天然气的化学组分天然气的化学组分烃类气体烃类气体甲烷（甲烷（CHCH4 4）占绝大部）占绝大部分分乙烷（乙烷（C C2 2H H6 6）丙烷（丙烷（C C3 3H H8 8）丁烷（丁烷（C C4 4H H

2、1010）戊烷（戊烷（C C5 5H H1212）含量不多）含量不多非烃气体（少量）非烃气体（少量）硫化氢（硫化氢（H H2 2S S）硫醇（硫醇（RSHRSH）硫醚（硫醚（RSRRSR）二氧化碳（二氧化碳（COCO2 2）一氧化碳（一氧化碳（COCO）氮气（氮气（N N2 2）水汽（水汽（H H2 2O O）稀有气体（微量）稀有气体（微量）氦（氦（HeHe）氩（氩（ArAr）等。）等。1、天然气的状态方程式2、压缩因子的计算3、天然气体积系数4、天然气压缩系数5、天然气的密度和相对密度6、天然气的粘度7、天然气在石油中的溶解和分离1、天然气的状态方程式1 天然气的状态方程式一、理想气体状态方

3、程式一、理想气体状态方程式所谓所谓理想气体理想气体是假设气体分子本身所占的体积比起整个气是假设气体分子本身所占的体积比起整个气体体积来说是可以忽略不计的，所有气体分子间的碰撞以体体积来说是可以忽略不计的，所有气体分子间的碰撞以及分子与器壁的碰撞是纯弹性的，气体分子之间以及分子及分子与器壁的碰撞是纯弹性的，气体分子之间以及分子和容纳它的器壁之间不存在引力或排斥力。和容纳它的器壁之间不存在引力或排斥力。对于理想气体，它将遵守如下定律：对于理想气体，它将遵守如下定律：波义尔定律：pV1CpV 或 （当T =常数）盖吕萨克定律：TV CTV或 （当P =常数）查理定律：Tp CTp或 （当V =常数）

4、222111TVpTVp由上得到：由上得到：nRTpV KmolLatmnTpVR082054. 027314 .221通用气通用气体常数体常数根据如上定律可推导出如下理想气体状态方程，假定有根据如上定律可推导出如下理想气体状态方程，假定有1mol1mol气体，可写成：气体，可写成：nVpVp2111TT 221TVTVn2pp 221TVTVn211PVpVn由波义尔定律：由波义尔定律：由盖吕萨克定律：由盖吕萨克定律：时的气体体积和在111TpV时的气体体积和在222TpV时的气体体积和在12TpVn如果有如果有333TpV、状态或任何其它状态均可写成上述等式状态或任何其它状态均可写成上述等

5、式因此可用一个通用式表示，即因此可用一个通用式表示，即RTpVRTpV或 若为若为n n摩尔气体，则可写成摩尔气体，则可写成二、范德华方程式二、范德华方程式 对于实际气体来说，除低压条件下近似服从理想气体状态方程式外，一般都与理想气体状态方程式发生偏差，有时甚至发生较大的偏差。 这是因为实际气体的分子间具有作用力。在低压时，分子与分子间距离较大，作用力可以忽略不计；当处于高压时，分子间的距离缩短了，其相互间作用力已经不能忽略。 对于理想气体曾假设分子本身的体积比起总体积来小到可以忽略不计，这在压力很低时，可以近似地认为是这样。然而，实际上当气体密度随压力增高而加大时，分子所占的体积就不能忽略不

6、计了。 范德华考虑了实际气体的上面二种情况，对理想气体状态方程进行了修正： 表压测定的是分子对器壁碰撞的力，实际内压要大于表压，因为它要消耗一部分能量来克服分子间的作用力，因此必须加一个校正值 该校正值正比于气体摩尔数（n）的平方，反比于体积(V)的平方1、表压与实际内压差的校正(分子作用力的校正) paVnp22a为取决于气体类型的常数这样经修正后的实际气体的状态方程（范德华方程）nRTnbVaVnp)(22式中：a、b取决于气体类型的常数。2、压力增加导致气体分子体积的校正若每mol气体所有单个分子的总体积为b，则n摩尔实际气体的体积应为nb(其中b为与气体类型有关的常数）三、实用气体状态

7、方程式三、实用气体状态方程式 以上介绍的实际气体状态方程式在计算上是十分繁琐的，因此油田上通常是采用一种最简便的校正方式。即在理想气体状态方程式的右侧引入一个乘积因子Z。 这个乘积因子有几个名称，如压缩因子压缩因子、压缩系数压缩系数、偏差因子偏差因子，但常用的是压缩因子常用的是压缩因子。实际气体的状态方程式可写成：ZnRTpV 式中：式中：Z Z压缩因子。压缩因子。RTpVZ00RTpVZ 理想气体理想气体实际气体实际气体000VVRTpVRTpVZZZ已知理想气体已知理想气体Z Z0 0l l，那么实际气体，那么实际气体Z Z为：为：所谓压缩因子实际上是实际气体与理想气体的一个体积所谓压缩因

8、子实际上是实际气体与理想气体的一个体积偏差系数偏差系数。即表示。即表示l lmolmol真实气体的体积，在相同的温度真实气体的体积，在相同的温度压力下与理想气体体积的偏差。压力下与理想气体体积的偏差。理想气体的理想气体的Z Zl l，而实际气体一般，而实际气体一般Z Z 0.30.31.71.7。压缩因子（压缩因子（Z Z）的含义可以用）的含义可以用1 1摩尔理想气体与实际气体在同一温摩尔理想气体与实际气体在同一温度与压力下的比较来说明度与压力下的比较来说明压缩因子的表示方法压缩因子的表示方法常用的压缩因子表示常用的压缩因子表示方法是方法是图示法图示法。可通过实验测出每种气可通过实验测出每种气

9、体在不同温度、压力下体在不同温度、压力下的压缩因子，编绘成图，的压缩因子，编绘成图，供使用者查阅。供使用者查阅。压缩因子的影响因素压缩因子的影响因素烃类气体类型、压力、温度1 1）烃类气体类型）烃类气体类型 类型不同压缩因子不同类型不同压缩因子不同2 2）压力）压力 低温低压时，稍微增加压低温低压时，稍微增加压力，力，Z Z值减小，当压力增加到某值减小，当压力增加到某一值时，一值时，Z Z值减小最大，这是由值减小最大，这是由于实际气体分子具有吸引力，于实际气体分子具有吸引力，造成比理想气体易于压缩的缘造成比理想气体易于压缩的缘故。当压力进一步增加时，则故。当压力进一步增加时，则Z Z值增大，这

10、是由于压力达到一值增大，这是由于压力达到一定范围时，再增加压力，分子定范围时，再增加压力，分子距离更近，产生排斥力因而造距离更近，产生排斥力因而造成实际气体比理想气体更不易成实际气体比理想气体更不易压缩的缘故。压缩的缘故。与温度及压力的关系可从分子与温度及压力的关系可从分子运动学及动力学角度加以理解运动学及动力学角度加以理解3 3）温度）温度 随温度增加，随温度增加，Z Z值趋向值趋向1 1。这是因。这是因为真实气体随温度为真实气体随温度升高，动能加大，升高，动能加大，分子距离也更大，分子距离也更大，这样分子间引力和这样分子间引力和斥力的影响就很微斥力的影响就很微弱，因此实际气体弱，因此实际气

11、体也就接近理想气体。也就接近理想气体。组成对压缩因子有影响组成对压缩因子有影响天然气是复杂的烃类混合物而不是单一成分的烃类，如何解决混合气体的压缩因子？1、天然气的状态方程式2、压缩因子的计算3、天然气体积系数4、天然气压缩系数5、天然气的密度和相对密度6、天然气的粘度7、天然气在石油中的溶解和分离2、压缩因子的计算 范德华于范德华于18731873年提出了的对应状态理论来解决混合气体的年提出了的对应状态理论来解决混合气体的压缩因子问题。压缩因子问题。 因为不同气体虽然在不同温度、压力下的性质（包括压缩因为不同气体虽然在不同温度、压力下的性质（包括压缩因子）不同，因子）不同，但在各自临界点却有

12、共同的性质但在各自临界点却有共同的性质，如果以临界状，如果以临界状态作为描述气体状态的态作为描述气体状态的基准点基准点，则在相同的对比压力、对比温，则在相同的对比压力、对比温度下，所有纯烃气体具有相同的压缩因子。度下，所有纯烃气体具有相同的压缩因子。2 压缩因子的计算 一、对应状态理论一、对应状态理论crppp crTTT crVVV 为什么混合气体的实际温度、压力、体积折算到临界状态为什么混合气体的实际温度、压力、体积折算到临界状态才能消除气体性质对才能消除气体性质对PVTPVT的影响呢？的影响呢？ 根据双组分体系临界点定义，液气界限消失，液相、气相的内根据双组分体系临界点定义，液气界限消失

13、，液相、气相的内涵性质相同。所谓内涵性质相同是指那些与物质数量无关的性质如涵性质相同。所谓内涵性质相同是指那些与物质数量无关的性质如密度、压力、温度、粘度、化学电位和表面张力等。密度、压力、温度、粘度、化学电位和表面张力等。 上述临界点的意思是指任何气体处于临界状态时，存在一定的上述临界点的意思是指任何气体处于临界状态时，存在一定的共性，即可把它们视为共性，即可把它们视为同组分同组分( (单组分单组分) )气体去考虑，这样就可以作气体去考虑，这样就可以作出它们的折算温度、折算压力与压缩因子的关系图。出它们的折算温度、折算压力与压缩因子的关系图。 实际上，从右图可看，实际上，从右图可看，不同气体

14、（甲烷、乙烷、不同气体（甲烷、乙烷、丙烷）当它们的折算温度、丙烷）当它们的折算温度、折算压力相同时，就具有折算压力相同时，就具有大致相同的压缩因子。大致相同的压缩因子。这个对应状态理论设想从折算（对比）压力、折算（对比）这个对应状态理论设想从折算（对比）压力、折算（对比）温度和折算（对比）体积上看，任何气体（包括气体混合温度和折算（对比）体积上看，任何气体（包括气体混合物）都具有相同的性质，物）都具有相同的性质， “折算折算”（对比）一词的意义是（对比）一词的意义是每个每个P P、V V、T T变量都用其与临界值之比来表示。假设折算变量都用其与临界值之比来表示。假设折算（对比）压力为（对比）压

15、力为P Pr r，折算（对比）温度为，折算（对比）温度为TrTr，折算（对比），折算（对比）体积体积VrVr。也就是说不同气体当具有相同的折算（对比）压也就是说不同气体当具有相同的折算（对比）压力和折算（对比）温度，则它们的折算（对比）体积亦应力和折算（对比）温度，则它们的折算（对比）体积亦应相同。相同。将折算参数代入范德华方程，如下：将折算参数代入范德华方程，如下：crcrcrcrTRTbVVVVapp)(22nRTnbVaVnp)(22当左式令其处于临界状态当左式令其处于临界状态时，用微分方法可以求得时，用微分方法可以求得a a、b b、R R与临界参数的关系式与临界参数的关系式如下：如下

16、：由此二式可计算由此二式可计算R:R:23ccVpa ,cVb31cccTVpR38将上述三式代入将上述三式代入上述方程式上述方程式crcrcrcrTRTbVVVVapp)(22rrrrTVVp38)31)(3(2得出对比方程：得出对比方程：该方程中不含与气体类型有关的常数项该方程中不含与气体类型有关的常数项a a、b b，因而是一个通用性，因而是一个通用性方程，适用于任何气体，也即不同气体当具有相同的折算压力、方程，适用于任何气体，也即不同气体当具有相同的折算压力、温度时，则折算体积也相同，因此该方程称为温度时，则折算体积也相同，因此该方程称为范德华对比方程范德华对比方程。根据压缩因子的定义

17、：根据压缩因子的定义：rrrccccrcrcrTVpTVpRTTVVppRRTpVZ11cccTVpR38rrrTVpZ83不同的气体若具有相同的折算（对比）参数不同的气体若具有相同的折算（对比）参数p pr r、T Tr r、V Vr r，则称它们处于对应状态。处于对应状态的气体对，则称它们处于对应状态。处于对应状态的气体对于理想气体表现出的偏差是相同的，这一关系称为于理想气体表现出的偏差是相同的，这一关系称为对对应状态定律应状态定律。虽然对应状态理论是虽然对应状态理论是不够完善的，但实践不够完善的，但实践证明可用于化学结构证明可用于化学结构相似的气体（如石蜡相似的气体（如石蜡族烃）族烃）图

18、图6-56-5可以看出，不可以看出，不同类型气体的甲烷、同类型气体的甲烷、乙烷、丙烷，当其折乙烷、丙烷，当其折算压力算压力P Pr r和折算温度和折算温度T Tr r相同时，具有相同相同时，具有相同的压缩因子（即各点的压缩因子（即各点都沿一条曲线分布）。都沿一条曲线分布）。根据对应状态理论，对于单组分气体只要知道其折算压力pr r和折算温度Tr r，就很容易按图版查出其压缩因子Z。二、天然气压缩因子的计算二、天然气压缩因子的计算 1936年，凯依将对应状态理论进行了修正，以便能用于混合气体，对混合气体的P、V、T性质，他引入了一个与单组分气体临界状态相近似的平均（虚拟）临界值（虚拟临界温度和虚

19、拟临界压力）作为混合气体的临界温度和临界压力，再以此来求取折算温度和折算压力。因此，最终获得的是虚拟折算温度和虚拟折算压力。这样就可以作出天然气压缩因子与虚拟折算温度和虚拟折算压力的关系图版。niciipcpyp1niciipcTyT1（2 2）计算相应的虚拟折算参数：）计算相应的虚拟折算参数：niciiprpypp1niciiprTyTT1具体的计算步骤如下：（1 1）求出天然气的虚拟临界常数：）求出天然气的虚拟临界常数：Yi为权重，相当于各组分在混合物中的百分含量或摩尔数（3 3）根据虚拟折算压力）根据虚拟折算压力和虚拟折算温度，查图和虚拟折算温度，查图6-6-7 7的图版即可求出的图版即

20、可求出Z Z值。值。 在应用气体组分资料时，在应用气体组分资料时，由于一般实验室气体分析只由于一般实验室气体分析只作到作到C C7 7（即庚烷），则计算（即庚烷），则计算C C7 7以上组分的虚拟折算常数以上组分的虚拟折算常数时，应用比时，应用比C C7 7高一个成分高一个成分（即辛烷）的临界常数来代（即辛烷）的临界常数来代替替C C7 7以上组分的临界常数。以上组分的临界常数。 当非烃含量很少（当非烃含量很少（N N2 21010，COCO2 22 2）时，用图）时，用图6-76-7所求出的压缩因子，其所求出的压缩因子，其误差小于误差小于3 3。若非烃或重。若非烃或重烃（烃（C C5 5以上

21、）含量较多时，以上）含量较多时，用图用图6-76-7误差较大，则需用误差较大，则需用一些其它图表进行校正。一些其它图表进行校正。 但当缺乏天然气的组分资料时，还可以利用气体相对密度的资料，根据图版查出虚拟临界常数，求出天然气的虚拟折算参数，最后根据虚拟折算参数查图即可求出天然气的Z值。 利用气体相对密度查图所得出的虚拟临界参数，与计算方法相比误差为1.5。天然气相对密度与虚拟临界天然气相对密度与虚拟临界参数图参数图 （据（据BrownBrown等，等，19481948）1、天然气的状态方程式2、压缩因子的计算3、天然气体积系数4、天然气压缩系数5、天然气的密度和相对密度6、天然气的粘度7、天然

22、气在石油中的溶解和分离3、天然气体积系数BgBg天然气体积系数，无因次量；天然气体积系数，无因次量；VgsVgs标准状况下的气体体积（标准状况下的气体体积（m m3 3），标准状），标准状况一般实验室取温度况一般实验室取温度00，压力，压力1atm1atm，而我国矿，而我国矿场取温度场取温度2020，压力，压力1atm1atm；VgVg地层条件下气体体积（地层条件下气体体积（m m3 3）。）。3 3 天然气体积系数天然气体积系数天然气体积系数天然气体积系数(Gas Formation Volume Factor)(Gas Formation Volume Factor)是在标准状况下，1m3

23、气体在地层温度、压力条件下所占有的体积数，在地下这一数值远小于1。其数学表达式为：gsggVVB 根据气体状态方程式：在实际的油气层中，由于地层温度保持不变，地层压力不断变化，因此Bg可以看作地层压力的函数，在不同的地层压力下，可作出Bg-p的关系曲线，该曲线在储量计算时运用起来极为方便，可直接从曲线上查出来。)273()273(0tptZBg 1、天然气的状态方程式2、压缩因子的计算3、天然气体积系数4、天然气压缩系数5、天然气的密度和相对密度6、天然气的粘度7、天然气在石油中的溶解和分离4、天然气压缩系数气体压缩系数(gas compressibility factor)是指压力每改变一个

24、大气压时，气体体积的变化率。其数学表达式为：4 4 天然气压缩系数天然气压缩系数dpdVVCggg1CgCg天然气压缩系数；天然气压缩系数；VgVg天然气体积（天然气体积（m m3 3）；）；dVg/dpdVg/dp天然气体积随压力变化率。天然气体积随压力变化率。负号说明气体压缩系数与压力变化的方向相反。负号说明气体压缩系数与压力变化的方向相反。TggpVVC)(1对理想气体状态方程 PV=nRT进行求导得：2)(pnRTpVTg由于地层温度几乎不变，即在等温条件下天然气的压缩为等温压缩，故写成：从上式可以看出气体的等温压缩系数与压力成反比，还可估算出系数的数量级。由于天然气是非理想气体，我们

25、从实用气体状态方程式知道：ppnRTnRTppnRTVCg1)()(1(22pZnRTVg2)(pZpZpnRTpVTgTggpVVC)(1pZZpZpZppnRTnRTZpCg112在低压下，压缩因子随压力增加而下降，因此在低压下，压缩因子随压力增加而下降，因此Z Z 对对P P 的偏导数为负值，的偏导数为负值，CgCg比理想气体比理想气体的大；在高压下，的大；在高压下，Z Z 随压力而增加，随压力而增加，Z Z对对p p的偏导数为正值，的偏导数为正值，CgCg比理想气体的要小。比理想气体的要小。理想气体压缩系数1、天然气的状态方程式2、压缩因子的计算3、天然气体积系数4、天然气压缩系数5、

26、天然气的密度和相对密度6、天然气的粘度7、天然气在石油中的溶解和分离5、天然气的密度和相对密度 天然气是多组分的混合气体，本身没有一个分子式，天然气是多组分的混合气体，本身没有一个分子式，因此不能象纯气体那样，由分子式算出其恒定的分子量。因此不能象纯气体那样，由分子式算出其恒定的分子量。天然气的分子量是人们假想的分子量，天然气的分子量是人们假想的分子量，它是把在它是把在00、760mmHg760mmHg、体积为、体积为22.4L22.4L的天然气所具有的的天然气所具有的重量重量定义为该天定义为该天然气的分子量，叫视分子量。然气的分子量，叫视分子量。5 5 天然气的密度和相对密度天然气的密度和相

27、对密度niiigMyM1RTMmZpVgggZRTpMVmgggg)(ggMmn天然气的组分不同，其视分子天然气的组分不同，其视分子量不同。天然气组分相同，而量不同。天然气组分相同，而各组分含量的百分比不同时，各组分含量的百分比不同时，其视分子量也不同。因此，天其视分子量也不同。因此，天然气的视分子量是根据天然气然气的视分子量是根据天然气的组分和每种组分含量的百分的组分和每种组分含量的百分数计算出来的。数计算出来的。一、天然气的密度地下地下气体密度的计算除公气体密度的计算除公式外，也可采用式外，也可采用诺模图诺模图。如果求得天然气的如果求得天然气的视分子量（平均视视分子量（平均视分子量），分子

28、量），1 1、按图、按图6-13 6-13 查得查得视对比（或视折算）视对比（或视折算）温度和压力温度和压力，2 2、从图、从图6-76-7查得查得Z Z，3 3、从图、从图6-146-14查出地查出地下天然气的密度。下天然气的密度。根据油层压力和视分子根据油层压力和视分子量查得视对比压力量查得视对比压力根据油层温度和视分子根据油层温度和视分子量查得视对比温度量查得视对比温度图图6-76-7查得查得压缩因子压缩因子Z Z实例当天然气视分子量为23，地下温度为200 ，压力为2800psi，压缩因子为0.95，则从图中可查得地下天然气密度为0.17g/cm3。g天然气的相对密度，无因次量；天然气

29、的相对密度，无因次量；a、g分别为空气、天然气的密度（分别为空气、天然气的密度（Kg/m3或或g/cm3）；）； Ma、Mg分别为空气、天然气的分子量，分别为空气、天然气的分子量，Ma28.97。 天然气的相对密度可以定义为在相同的压力和温度条件下，天然气的密度与空气密度的比值，因此相对密度是一个无因次量。agg97.28gaggMMM二、天然气的相对密度天然气的相对密度可用下列公式求得：ZRTpMVmgggg一般天然气的相对密度在0.50.7之间，个别含重烃或其它非烃时可大于1。对于相对密度大于1的天然气，在气田勘探和开发施工过程中，要特别注意中毒问题，应避免在低洼、空气不流通的地方施工。天

30、然气组分测定目前广泛采用气相色谱仪比重（相对密度）一般由组分、含量计算出分子量和密度后直接代到公式中求取。1、天然气的状态方程式2、压缩因子的计算3、天然气体积系数4、天然气压缩系数5、天然气的密度和相对密度6、天然气的粘度7、天然气在石油中的溶解和分离6、天然气的粘度天然气气体内部摩擦阻力的量度。6 6 天然气的粘度天然气的粘度一、概念粘度是气体与液体的一种性质，它表示物体的一部分对另一部分移动时的阻力气体的粘度是由分子间相互碰撞后交换的动能决定而引起的设面积为设面积为A A、间隔为、间隔为dydy的的两层气体，如果下层流动两层气体，如果下层流动速度为速度为v v ，上层速度为，上层速度为v

31、 v + + dv dv ，那么二个气层之，那么二个气层之间必存在一个反向阻力间必存在一个反向阻力F F，该阻力与二个气层之间的该阻力与二个气层之间的速度梯度成正比。速度梯度成正比。单位面积上的摩擦阻力 dydvAF,则dydvAFg （6-38） 式中：g比例系数，叫动力粘度，也叫绝对粘度（Pas） ； AF单位面积上摩擦阻力，也叫牛顿力（N/m2） ； dydv速度梯度，表示各流动气层之间速度的变化， （1/s） 。 dy面积AFdvv v二、动力粘度单位（微泊）（厘泊）（泊）uPcPPcPP1001sPaP1 . 01秒）（毫帕秒）（帕smPasPasmPasPa10001smPacP1

32、1CGS制厘米-克-秒制SI制米-千克-秒制气体常用液体常用uPP10000001三、动力粘度的影响因素与温度、压力和气体组成有关低压下，低压下，气体的粘度与分子平均运动速度、平均自由行程（分子二次气体的粘度与分子平均运动速度、平均自由行程（分子二次碰撞所走过的平均距离）和密度有关，与气体压力无关。这主要是低碰撞所走过的平均距离）和密度有关，与气体压力无关。这主要是低压时，分子间距大，作用力不明显，温度起主导作用，因此主要与分压时，分子间距大，作用力不明显，温度起主导作用，因此主要与分子热运动特征有关，温度越大，分子运动加快，分子间摩擦力增大，子热运动特征有关，温度越大，分子运动加快，分子间摩

33、擦力增大，粘度增加。因此分子量增大时，运动速度减慢，粘度减小。粘度增加。因此分子量增大时，运动速度减慢，粘度减小。vg31高压下高压下（大于（大于30个大气压时），气体粘度与液体类似，随温度增加个大气压时），气体粘度与液体类似，随温度增加而降低，随分子量增大而加大。这是因为高压下分子密度加大，气而降低，随分子量增大而加大。这是因为高压下分子密度加大，气体分子间的作用力成为主导作用。体分子间的作用力成为主导作用。根据气体分子运动论，气体粘度可表征为1、天然气的状态方程式2、压缩因子的计算3、天然气体积系数4、天然气压缩系数5、天然气的密度和相对密度6、天然气的粘度7、天然气在石油中的溶解和分离7

34、、天然气在石油中的溶解和分离R Rs s= =CpCp R Rs s气体在单位液体的溶解度气体在单位液体的溶解度（s sc cmm3 3/m/m3 3）p p溶解时的绝对压力（溶解时的绝对压力（ataata）C C溶解系数，表示温度一定时，溶解系数，表示温度一定时，每增加一个大气压溶解在单位体积液每增加一个大气压溶解在单位体积液体中的气体量（体中的气体量（m m3 3/m/m3 3ataata）7 7 天然气在石油中的溶解和分离天然气在石油中的溶解和分离天然气在石油中的溶解能力，可用溶解系数来表示。天然气在石油中的溶解能力，可用溶解系数来表示。当压力增加当压力增加一个大气压时，溶解在单位体积石

35、油中的气量称为溶解系数一个大气压时，溶解在单位体积石油中的气量称为溶解系数，其，其单位是单位是m m3 3/m/m3 3ataata。一、天然气在石油中的溶解按照亨利定律，单组分气体在按照亨利定律，单组分气体在液体中的溶解度（液体中的溶解度（R Rs s）与溶解）与溶解时绝对压力成正比：时绝对压力成正比：亨利定律是一个直线定律，亨利定律是一个直线定律，C C是一个常数，这对于不易互溶的气是一个常数，这对于不易互溶的气- -液系统是合液系统是合适的。对于多组分结构相近的烃类气体在原油中的溶解则有较大的偏差，适的。对于多组分结构相近的烃类气体在原油中的溶解则有较大的偏差，C C不是一个常数，也就是

36、说气体溶解度并不符合亨利定律。不是一个常数，也就是说气体溶解度并不符合亨利定律。实验表明，天然气在石油中的溶解度为一条凹向压力轴的曲线实验表明，天然气在石油中的溶解度为一条凹向压力轴的曲线 。它随着压。它随着压力增大而增大，最后保持不变。力增大而增大，最后保持不变。这是因为天然气在石油中的溶解度不仅决定这是因为天然气在石油中的溶解度不仅决定于压力，而且取决于天然气和石油的组成，其次还受油层温度的影响。于压力，而且取决于天然气和石油的组成，其次还受油层温度的影响。低压时，有较多的低压时，有较多的重烃组分和易溶的重烃组分和易溶的非烃组分急剧溶解，非烃组分急剧溶解，曲线较陡，压力增曲线较陡，压力增加

37、后，一些难溶的加后，一些难溶的甲烷也溶于油中，甲烷也溶于油中，曲线平缓。曲线平缓。1、天然气组成对溶解度的影响：化学组成相近的天然气的单一烃，分子量增加，溶解度急剧增加。如30C时甲烷溶解度为1，乙烷大4倍，丙烷则大20倍2、地层温度对溶解度的影响：温度升高，溶解度下降溶解度影响因素讨论甲烷乙烷丙烷3 3、原油相对密度、原油相对密度天然气在相对密度小的轻质油中天然气在相对密度小的轻质油中的溶解度大于在相对密度大的重的溶解度大于在相对密度大的重质油中溶解度质油中溶解度重质油重质油轻质油轻质油4 4、原油饱和压力对溶解度的、原油饱和压力对溶解度的影响：影响：随原油饱和压力增加，溶解量增加随原油饱和

38、压力增加，溶解量增加 在采油中，经常遇到的是天然气从石油中分离的问题，在采油中，经常遇到的是天然气从石油中分离的问题，即脱气问题。当油层中的压力降低到饱和压力时，溶解气即脱气问题。当油层中的压力降低到饱和压力时，溶解气将从原油中分离出来。天然气在石油中的溶解和分离，是将从原油中分离出来。天然气在石油中的溶解和分离，是一对矛盾的两个方一面，是相反的两个过程。一对矛盾的两个方一面，是相反的两个过程。1 1、油气组成对溶解度有影响，对分离同样存在影响。、油气组成对溶解度有影响，对分离同样存在影响。一一般愈易溶解于石油中的气体组分，它从石油中分离出来也般愈易溶解于石油中的气体组分，它从石油中分离出来也就愈困难；反之，较难溶于石油中的氮气、甲烷等组分，就愈困难；反之，较难溶于石油中的氮气、甲烷等组分，就易从石油中分离出来。因此溶解在重质油中的天然气易就易从石油中分离出来。因此溶解在重质油中的天然气易分离，而溶解在轻质油中的天然气不易分离。分离，而溶解在轻质油中的