第三章 油气烃类相态.ppt

1、,油藏物理课程,油藏物理,第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡,气-水两相的相态变化（PVT筒中）,气-油-水三相的相态变化（PVT筒中）,第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡,凝析气的相态变化（PVT筒中）,第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡,第一节 油气藏烃类的相态特征 第二节 汽-液相平衡 第三节 油气体系中气体的溶解与分离,第三章 油气藏烃类的相态和汽液平衡,原油和天然气都是由多种烃类和非烃类物质组成的混合物，但二者所存在的状态不同,本节的主要内容 一、相态及其表示法 二、单、双组分体系的相态特征 三、多组分系统的相态特征 四、典型的油气藏相图特征,第一节 油气藏烃类的相态特征,相态到底是

2、什么？ 油气藏相态到底怎么样变化？ 油气藏工程中如何应用？,本节内容要解决的三个问题,第一节 油气藏烃类的相态特征,本节目的 u明确烃类体系的相态表示方法 u单、双、多组分烃类体系的相图特征 u明确典型油气藏的相图变化趋势,本节重点 u与相态相关的基本概念的理解 u单、双、多组分烃类体系相图的基本特征及变化规律 u典型油气藏相图的变化趋势 本节难点 u凝析气藏反凝析现象的理解和分析,第一节 油气藏烃类的相态特征,体系 人为划分出来用来研究的对象,(2) 相 指体系中具有相同成分，相同物理、化学性质的均匀物质部分，相与相之间有明显的界面,(3) 组分 指混合物体系中的各个成分,油,C3、C7、C

3、20,10%、20%、70%,1. 基本概念,一、相态及其表示法,(5)相平衡 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,(4) 组成： 体系中所含组分以及各组分在总体系中所占比例用来定量表示体系或某一相中的组分构成情况,油,C3、C7、C20,10%、20%、70%,一、相态及其表示法,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,(6)饱和蒸汽压(vapor pressure),一、相态及其表示法,泡点(bubble point) 开始从液相中分离出第一

4、个气泡的气液共存态 露点(dew point) 开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态 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,一、相态及其表示法,u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 u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 u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,一、相态及其表示法,对于一个组成不变的体系，状态参数压力、温度和比容之间的关系用

5、状态方程表示 F（P, V, T）=0 状态方程是体系相态的数学描述方法 将状态方程用图示法表示就是相态图，简称相图,立体相图：三维相图,平面相图：二维相图,三角相图：三元相图,2. 体系相态的表示方法,3. 相图类型,一、相态及其表示法,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,详尽地表征各参数间的变化关系,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,1) 立体相图,一、相态及其表示法,不同的平面相图用于描述不同的相态参数和相态特征,P-T相图是油气相态研究中最常用的相图,PV关系图,2) 平面相图,PT关系图,一、相态及其表示法,3) 三角相图（三元或拟三元相图

6、） 研究P、T一定，组成变化的体系相态变化,一、相态及其表示法,露点（dew point）：是指温度一定时，开始从气相中凝结出第一批液滴时的压力,泡点(bubble point)：是指温度（或压力）一定时，开始从液相中分离出第一批气泡时的压力,1、单组分体系的相态特征,二、单、双组分体系的相态特征,一个独立组分构成的物系或系统,(1) P-T相图特征, 一线：饱和蒸气压线(由单组分物质的泡点和露点共同构成的轨迹线) 三区:液相区，气相区，两相区 临界点:单组分物质体系的临界点，该体系两相共存的最高压力和最高温度点。,二、单、双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

7、高T、P 气、液相无分界面 气、液性质差别消失,二、单、双组分体系的相态特征,饱和蒸汽压曲线 由不同温度下组分的饱和蒸汽压连成的曲线 l体系的相分界线 l气液两相共存线,二、单、双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 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： 从单相两相共存另一种单相,二、单、双组分体系的相态特征,分子越大，分子间作用力越强，其相同饱和蒸汽压下温度越高,随分子量的增加，曲线向右下方偏移,混相驱提高采收率常用：CO2和丙烷,几种常见物质的饱和蒸气压线,二、单、双组分体系的相态特征,2. 双组分体

8、系的相态特征,二、单、双组分体系的相态特征,4) 任一双组分混合物的两相区都位于两纯组分的饱和蒸气压曲线之间,3) 两组分的分配比例 越接近，两相区面 积越大,2) 临界点不再是两相 共存的最高压力和温度点, 而是泡点线和露点线的交汇点,双组分体系的相态特点,1) 相图是一开口的 环形曲线,二、单、双组分体系的相态特征,5)双组分混合物的临界压力一般都高于各组分的临界压力；混合物的临界温度都居于两纯组分的临界温度之间,6)两相区、临界点向占优势的组分的饱和蒸气压曲线迁移,双组分体系的相态特点,二、单、双组分体系的相态特征,甲烷与其它烷烃混合物的临界点轨迹曲线,7) 两组分的分子量差别越大, 临

9、界点轨迹线所包面积越大， 两相区最高压力越高,双组分体系的相态特点,二、单、双组分体系的相态特征,多组分体系烃类相图测定原理图,三、多组分体系的相态特征,相图的形状受到每个组分性质的影响。可以简单的看为由轻质组分和重质组分组成,三、多组分体系的相态特征,四点,地面分离的条件点,临界点：,C点，泡点线与露点线和等液量线的交点,临界凝析压力点：,P点，两相共存最高压力点,临界凝析温度点：,T点，两相共存最高温度点,(1)相图特征,三、多组分体系的相态特征,三线,泡点线：,aC线，液相区与两相区的分界线,露点线：,bC线，气相区与两相区的分界线,等液相线：,虚线，线上的液量的含量相等,四区,液相区,

10、反常区,气相区,两相区,三、多组分体系的相态特征,等温条件下，压力下降，气体凝析为液体；或者等压条件下，温度升高，气体凝析为液体的现象,等压反常凝析区:,随温度变化而变化, 一般不会出现,等温反常凝析区:,随压力变化而变化,反常凝析现象：,(2)相态特征,三、多组分体系的相态特征,反常凝析现象：,B D :反常凝析,Tc 轻烃温度Tc重烃； P轻、重分子动量交换，重分子获得能量蒸发至气相； 压力高时分子间的作用力为排斥力，P,排斥力减小,FEDBA:,D B : 反常蒸发,A B D E F,凝析气藏典型相图,三、多组分体系的相态特征,当压力低于露点压力时，地层中有油凝析出来，这部分油一般不流

11、动。因此，必须保持压力开采（PPb)：（1）循环注气：采出的凝析气分离后气体回注到油藏，可以减缓压力的降低； （2）注相邻气藏的干气,凝析气藏的开发方式：要求保持地层压力开采,反常凝析现象：,三、多组分体系的相态特征,J点：未饱和油藏 I点：饱和油藏，可能有气顶 L点：油气藏（带气顶） A点：凝析气藏 F点：普通气藏,凝析气藏：温度位于临界温度和最大临界凝析温度之间，阴影区的上方,确定油气藏的类型，分析油藏状态和经历的开发过程,5. 相图的应用,第一节 油气藏烃类的相态特性,不同的油气藏，油气的组成不同，导致相态不同,低收缩原油：指采到地面后体积收缩较小的原油（地下溶解的气量？） 高收缩油：指

12、采到地面后体积收缩较大的油,四、典型的油气藏相图特征,(1) 低收缩率原油相图,85%+15%,特征：低收缩率原油含重烃较多，地面出气量较小，一般小于90m3/m3。原油相对密度较高，常大于等于0.876。原油通常呈黑色和深褐色,1. 临界点位于临界凝析压力点的右侧； 2. 液体的等液量线比较密集地靠近露点线,四、典型的油气藏相图特征,(2)高收缩率原油相图,特征：高收缩原油的地面气油比相对较高，一般在90m3/m31500m3/m3。地面原油相对密度一般小于0.87,65%35%,1. 临界点接近于临界凝析压力点，地层温度与临界温度接近； 2. 液体的等液量线比较稀疏，且靠近泡点线地靠近露点

13、线。,四、典型的油气藏相图特征,(3) 湿气相图,定义：指标准状态下1m3井口流出物中，C5以上重烃含量高于13.5cm3的天然气,气相区,两相区,1. 地层温度高于临界凝析温度，但分离器条件位于两相区内； 2. 临界点较高； 3. 地面有液烃析出,四、典型的油气藏相图特征,(4) 干气相图,定义：指标准状态下1 m3井口流出物中，C5以上重烃含量低于0.5cm3的天然气,都在气相区,1. 地层温度和分离器温度均在两相区外; 2. 临界点较低; 3. 底下和地面均无液烃析出,四、典型的油气藏相图特征,(5) 反常凝析气相图,1. 地层温度介于临界温度和临界凝析温度之间； 2. 气藏压力位于包络

14、线外 3. 原始状态下烃类体系为单相气体； 4. 地面分离器条件下可获得25%左右的液体,四、典型的油气藏相图特征,低,高,相图对比,规律：1)临界点从右向左转移；2)相图面积逐渐变小，油的两相区较开阔，气的两相区较狭窄；3)相对于临界点，油藏条件从左向右偏移；4)等液量线由在露点线附近密集转变为在泡点线附近密集。,湿,干,四、典型的油气藏相图特征,小结,1、掌握油气的组成； 2、了解单、双的PT相图，掌握多组分烃类的P-T相图特征及其构成； 3、概念 油气藏、相、组成、泡点、露点、临界点，临界凝析压力、临界凝析温度、反常凝析现象、干气、湿气 4 了解不同油气藏类型的相态特征,原油和天然气都是

15、由多种烃类和非烃类物质组成的混合物，但二者所存在的状态不同,本节的主要内容 一、相态及其表示法 二、单、双组分体系的相态特征 三、多组分系统的相态特征 四、典型的油气藏相图特征,第二节 油气藏烃类的相态特征,天然气从原油中的分离 天然气向原油中的溶解 相态方程的建立 相态方程的应用,本节内容,第二节 油气体系中气体的分离与溶解,油田开发是一个近似的等温过程 相态变化的本质是天然气在原油中的溶解和分离,第二节 油气体系中气体的分离与溶解,本节重点： 气体的溶解 油气分离的过程与分类 相态方程的建立、求解和应用 平衡常数的获取方法,掌握气体的溶解和油气分离的物理过程 熟练掌握溶解和分离与油藏烃类的

16、相态变化的关系以及相态方程建立的基本原理 掌握平衡常数的概念和计算方法 了解收敛压力的物理意义 学会利用相态方程计算饱和压力、露点压力和气液平衡计算,本节难点： 相态方程在多级分离中的应用 收敛压力的理解、平衡常数的计算,教学目的：,油气分离方式：接触分离、多级分离、微分分离,在油气分离过程中分离出的气体与油始终接触且系统的组成保持不变的脱气方式,1. 接触分离(闪蒸脱气),一般保持在油藏温度条件下,一、天然气从原油中的分离,特点： 一次性连续降压，一次性脱气； 体系总组成不变，油气两相始终保持接触,结果： 脱出气量多，油量少，测出的气油比(GORVgVo)高，气体比重大（含C2-C5多） 一

17、次脱气的P-V 关系图为两相交的直线段，交点为气液开始分离的初始点，即体系的泡点压力(P 泡) 体系饱和压力PbP 泡 (实验测体系Pb 的依据),一、天然气从原油中的分离,在脱气过程中将每一次脱出的气体排走后，液相再进入下一级进行油气分离的脱气方式,2. 多级脱气,开始压力为Pb，温度一般是地面分离器的温度。目的是确定不同分离器条件（P,T）及分离级数对分出油气量的影响,特点： 分次降压，分次脱气； 每次脱气类似于一次独立的闪蒸分离 脱气过程中体系组成发生变化,结果： 脱出气量比一次脱气少，油量比一次脱气多，测出的气油比小，气体比重小,一、天然气从原油中的分离,一、天然气从原油中的分离,3.

18、 微分脱气 分离级数无限多的多级脱气,压力低于泡点压力时，油藏中的油气分离过程接近于微分脱气,特点： 气油分离在瞬间完成，气油两相接触极短 系统组成不断变化,一、天然气从原油中的分离,地层中：油层中的脱气介于接触脱气和微分分离之间， 因为气从油中脱出后存在流速差异形成微分分离，而气体在孔隙中又始终与原油接触形成接触脱气,井筒中：当井筒中气相与液相的流速相差不大时油井中的脱气过程与接触脱气接近，而当气体在井筒中的气体超越原油出现“滑脱”现象时，井筒中的脱气方式又介于接触脱气和微分分离之间,C. 地面储运过程中：地面储运过程中的脱气过程 为较理想的多级脱气,4. 油田开发过程中的脱气过程,一、天然气从原油中的分离,1. 天然气在原油中的溶解度,亨利定律：温度一定，单组分气体在单位体积液体中的溶解量与压力成正比,Rs压力为P时，单位体积液体中溶解的气量，标m3/m3；P压力，MPa；溶解系数，标m3/(m3Mpa)的物理意义是当温度一定时单位