油藏物理笔记.ppt

1、油层物理基础,欧阳传湘 2006年9月,自我介绍,欧阳传湘:湖北江陵 1984年7月 江汉石油学院 学士 1996年7月 石油大学(北京) 硕士 2004年9月 地质大学(武汉) 博士 人生最遗憾的一件事:在校时没考研 财富在于积蓄,知识在于积累书到用时方恨少 社交理念:朋友是一笔巨大的无形财富(珍惜同窗友谊) 人生箴言:人不能有傲气,但不能没有傲骨 联系电话:8060666(H)M),绪 论,什么叫油层物理学? 油层物理学的研究内容. 油层物理学的发展历史. 油层物理学与其它课程的关系. 油层物理学的特点及学习方法. 油层物理学的授课计划. 主要参考书目及课堂要求.

2、,一 什么叫油层物理学?,油层物理学(Petrophysics)就是指研究油气层物理及物理化学现象的学科.,二 油层物理学的研究内容,储层岩石的物理特性 储层流体的高压物性 多相流体的渗流特性,三 油层物理学的发展历史,1949年马斯凯特 1956年卡佳霍夫 上世纪50年代我国由苏联专家首次开设,油层物理发展的鼎盛时期是上 世纪70年代,今后油层物理发展的方向主 要表现为: 综合性: 多学科的相互渗透 规范性: 形成完善的实验体系标准 工程性: 模拟油藏实际条件和开发过程.,四 油层物理学与其它课程的关系,油层物理学,数学,物理学,有机化学,物理化学,表面化学,流体力学,渗流力学,油藏工程,采

3、油工艺原理,油藏数值模拟,现代试井分析,提高原油采收率原理,采油新技术,油井增产措施,五 油层物理学的特点及学习方法,基本概念多 系统性不强,知识点零散 实验内容丰富 学习方法:重视实验,在理解的基础上加强记忆.及时答疑,六 油层物理学的授课计划,第一章 储层岩石的物理特性 10学时 第二章 储层流体的高压物性 14学时 第三章 储层中多相流体的渗流特性 24学时,七 主要参考书目及课堂要求, 洪世铎编 罗蛰谭编 何更生编 张博全编 威廉.麦凯恩编 霍纳波编,课堂要求及考核方式,听课自由: 上课不考勤,但课堂上不准睡觉和讲话,可以申请全课程自学. 作业自愿: 对布置的习题要求独立完成,不准抄袭

4、,不交作业者不追究,对没布置的习题交上来必改 考核方式: 期末闭卷考试(作业三次没交者全看期末考试成绩,全交者期末酌情考虑) 同学们在听课过程中有任何意见和要求请及时通过课代表转达到本人,或在作业本中存放纸条直言课堂教学中存在的问题.,第一章 储层岩石的物理特性The Physical Properties of Reservior Rocks,储层岩石,分散性,压缩性,孔隙性,渗透性,储液性,敏感性,导电性,热学性,声学性,相关性,第一节 岩石的粒度组成和比面,一、岩石的粒度组成 1、定义:构成岩石的各种大小不同的颗 粒含量，用重量百分数表示。 2、分析方法: 常用的砂岩粒度组成分析方法有：

5、 A、筛析法(D0.05mm) B、沉降法(0.0015D0.05mm) C、光学法(D0.0015mm),A 筛析法(D0.05mm),a、将筛子由粗到细 叠放并固定在筛分机上,对已破碎和分解的岩石颗粒进行筛析,记录每个筛子上颗粒的质量. b 、筛孔的大小表示有mm和目两种. c 、相邻两级筛孔孔眼大小的级差为 或 d 、一套筛子共25级,震动筛分机示意图,B 沉降法(D0.05mm),测定原理: 颗粒直径的平均值处理:,颗粒直径,颗粒密度,液体密度,液体运动粘度,颗粒沉降速度,3、粒度组成表示方法: A、表格法 B、图形法,粒度组成 分布曲线,粒度组成累 积分布曲线,4、粒度参数: A、不

6、均匀系数 B、分选系数 C、标准偏差,越小岩石 分选性越好, =120 越接近1 粒度分布越均匀,S =12.5 分选好 S =2.54.5 分选中等 S 4.5 分选差,5、平均粒度: A、粒度中值d50 B、粒度平均值dm,二、岩石的比面 1、定义:单位体积的岩石内岩石骨架的总表 面积或单位体积岩石内孔隙总内表 面积。 单位：cm2/cm3 m2/m3 mm2/mm3 粗砂岩（10.5mm） 2300cm2/cm3 可以看出:砂岩的比面是很大的，而且它的大小， 对流体在岩石孔隙中的流动具有明显的影响，如 表面现象、吸附、流动阻力等.这也是油田为何采 收率总不是很高的原因所在.,2、比面的三

7、种表示: 三者间的关系:,3、比面的确定方法: (1)、根据粒度组成估算比面 A、设多孔岩石是由等半径的球形颗粒所组 成，则每一粒砂子的表面积为: 每一粒砂子的体积: 如果单位体积岩石中，孔隙总体积为， 则该岩石中颗粒所占体积为: Vs=1- 那么单位体积内岩石的颗粒总数为:,单位体积中岩石颗粒总表面积应为: 式中： d砂粒的直径 s比面 孔隙率 B、如果砂岩颗粒为非等直径，则要进行粒度分 析,设粒度组成分析资料如下: 粒径为d1d1”重量百分数占G1% 粒径为d2d2”重量百分数占G2% 粒径为dndn”重量百分数占Gn%,那么，岩石中每一种粒径颗粒的比面为: 因此，总表面积为:,校正系数

8、C=1.21.4,(2)、流动实验法 实验原理: Sr以岩石颗粒体积为基础的比面，cm2/cm3 岩石的孔隙度 A岩石的横截面积，cm2 L岩石长度，cm Q通过岩心的空气流量，cm3/s 室温下空气的粘度，泊 H岩心两端的压差，厘米水柱,实验装置:,马略特瓶,开 关,量 筒,岩心夹持器,岩 心,U型压力计,漏 斗,(3)、统计法 S以岩石外观体积为基础的比面 岩石的孔隙度 m图片的放大倍数 L针长 C针与周边相交的次数 h针的端点落在孔隙内部的次数 (4)、吸附法 因为吸附量与吸附表面成正比，通过测量某 种气体在通过岩样前后的浓度变化值可以确定出 该岩样的比面。,(5)、泽烈金法 S以岩石外

9、观体积为基础的比面 Q气体通过岩心的流量 M气体分子量 T绝对温度 (6)、根据岩石的其它物性参数计算,岩石渗透率,第二节 岩石的孔隙度,一、孔隙的分类,孔 隙,按成因分,粒间孔隙,按孔隙 大小分,按生成 时间分,按组合 关系分,按连 通性分,杂基内微孔隙,晶体次生晶间孔隙,超毛细管孔隙0.5,毛细管孔隙0.50.0002,微毛细管孔隙0.0002,次生孔隙,原生孔隙,喉道,孔道,连通孔隙,死孔隙,纹理及层理缝,裂缝孔隙,溶蚀孔隙,二、孔隙度的定义 指岩石的孔隙体积与岩石外观体积的比值. 常用百分数表示，记为 三、孔隙度的分类 A 绝对孔隙度 指岩石的总孔隙体积与岩石外观体积的比值.,B 有效

10、孔隙度 指岩石的有效孔隙体积与岩石外观体积的比值. C 流动孔隙度 指岩石中可以流动的孔隙体积与岩石外观体积的比值. 很显然:,四 孔隙度的测量 (1) 岩石外观体积Vf的测定 封蜡法: 饱和煤油法: 水银法:,干岩心重,封蜡岩心 在空中重,封蜡岩心 在水中重,饱和煤油岩 心在空中重,饱和煤油岩 心在煤油中重,(2) 岩石孔隙体积Vp的测定 饱和煤油法: 气体膨胀法:,干岩心 在空中重,饱和煤油岩 心在空中重,Vk Pk,Vp P,气 源,抽 空,(3) 岩石骨架体积Vr的测定 固体比重计法: 氦孔隙计法:,Vk Pk,气 源,抽 空,岩心 Vp Vr,V,岩心室体积,五、影响孔隙度的因素 A

11、 颗粒的排列方式 B 颗粒的分选性 分选越好，孔隙度也越大. C 颗粒圆球度 颗粒越园，越大 .,正方形排列 47.6%,菱形排列 25.9%,D 岩石颗粒间胶结物的含量及胶结类型 胶结物含量越高，越小，所以说接触胶结 的孔隙胶结的基底胶结 E 油藏的埋藏深度 多孔介质的孔隙度总是随油层埋芷深度加深 而减小。 六、孔隙度的应用,砂岩储层的分级(按标准),第三节 储层岩石的压缩性,一、岩石的压缩系数Cf 1、岩石颗粒变形示意图: 2、定义:指油层压力每改变一个单位 时，单位体积岩石内孔隙体积 的变化值，单位为：1/MPa。,3、表示方法: 岩石的压缩系数一般为(236)*10-4MPa-1 一般

12、用岩石压缩系数测定仪测定. 4、三种表示方法: 以视体积为基数,以孔隙体积为基数 以岩石骨架体积为基数 5 、三者之间的关系:,二、储层综合弹性压缩系数Ct 1、定义:油层压力每改变一个单位时，单位体 积的岩石中所排出的液量，单位： 1/MPa。 2、表示方法: 综合反映了油藏弹性能量的大小.Ct越 大,表明油藏的弹性能量越充足.,3、Ct与Co和Cw的关系:,尽管Cf很小,但在 油藏中不可忽视,第四节 储层岩石流体饱和度,一、流体饱和度是定义: 单位孔隙体积中某相流体所占的分 数.常用百分数表示. 二、表示方法:,三、几种常见的饱和度 1、原始含水饱和度(束缚水饱和度)Swi 2、原始含油饱

13、和度Soi 3、当前油、气、水饱和度So 、 Sg 、 Sw 4、残余油饱和度Sor 5、剩余油饱和度Sor 四、饱和度的测定方法 1 、油层物理法(干溜、蒸馏、色谱、CT技术) 2 、测井法 3 、经验统计法,干溜法,蒸馏法,五、影响饱和度的因素 1、储层岩石的孔隙结构及表面性质的影响 这是影响油气饱和度的关键因素。一般来说,岩石颗粒较粗，则比面小孔隙、喉道半径大，孔隙连通性好，孔隙内避光滑，那么渗透性好，油气排驱水阻力小，油气饱和度就高，束缚水饱和度就低。 2、油气性质的影响 油气密度不同，油气的饱和度就不同。粘度较高的油,排水动力小,油气不易进入孔隙,残余水含量高,油气饱和度就低，反之亦

14、然。此外，油藏形成时，如油气排驱水动力大(如压力高)，即排驱能量高，排出的水多,油气饱和度就高。,第二章 储层流体的高压物性The Physical Properties of Reservior Fluids,天然气的高压物理性质 地层原油的高压物理性质 地层水的高压物理性质 油藏烃类的相态及气液平衡 油气的溶解与分离 流体高压物性参数的应用,第一节 天然气的高压物性Properties of Natura Gases in high pressure,天然气的定义 天然气的组成和分类 天然气的视分子量和比重 天然气的状态方程式 天然气的体积系数 天然气的压缩系数 天然气的粘度,一 天然气的

15、定义,广义而言:天然气就是指自然界所有靠天然生 成的气体，如气田气、油田气和煤 层气. 狭义而言:天然气就是指从地下采出的一切可 燃气体，是由烃类气体和少量非烃 类气体所组成的混合物,在常温常压 下为气态.,二 天然气的组成和分类,化学成分: 烷烃: 甲烷戊烷(C1C5) 非烃类气体: CO2,N2,H2S,H2O 稀有气体:氦气,氖气 有毒硫化物:硫醇,硫醚等 不同的油气田,其天然气的组成不同. 组成表示: 1 摩尔组成 2 体积组成 3 重量组成,1 摩尔组成 yi ni-天然气中第i组份的摩尔数 2 体积组成yi 3 重量组成gi 4 三种组成之间的关系,天然气的分类,按矿藏分: 气田气

16、 C180% C2C4不多 C5+甚微 油田气（溶解、气顶）C2含量高 C1变化大2097% 凝析气田气 C5+含量较多， C17594% . 按组成分: 湿气（富气）： C6+100g/m3 贫气： C6+=10100g/m3 干气： C6+10g/m3 按含硫量分: 净气： S1g/m3 酸气： S1g/m3,三 天然气的视分子量和比重,天然气的视分子量 M 0，760毫米汞柱，体积为22.4米3（升）的天然气所具有的重量定义为该种天然气的公斤（克）分子量。 计算公式： 天然气的比重 S 在相同温度和压力下，天然气的重度与空气的重度之比 计算公式： 天然气的比重也可以采用气体比重瓶直接测试

17、。一般为0.50.7，个别情况大于1.0,四 天然气的状态方程式,自然界中的一切变化都遵循三大定律： （1）物质不灭定律（即连续性方程） （2）能量守恒定律（即伯努利方程）(流体力学） （3）状态方程（真实气体状态方程） 所谓状态方程就是描述气体体积、压力和温度的关系式。 在油气田开发中，天然气从地层流向井底，再从井底流到地面，这一系列运动总是伴随着有压力、温度的变化，也就是说天然气的状态从下而上无时不在变化着，所以我们为了确定天然气的体积随油层压力和温度的变化规律，就必须讨论天然气的状态方程。,1 理想气体状态方程式,理想气体状态方程式： 理想气体： （1）气体分子为无体积无质量的质点； （

18、2）气体分子之间无作用力（引力和斥力） 在常温常压下气体的状态可以用上式进行计算，因为在高温低压下（1）气体分子间距大，分子间的作用力可以忽略不计；（2）气体体积较大，气体分子本身的体积可以忽略不计。,2 真实气体状态方程式,（1）从理想气体的假设入手 范德华方程式 : a范德华常数 b范德华常数 除了范德华方程外，还有本尼迪克特韦布鲁宾状态方程、贝蒂布里奇曼状态方程等，这些方程式因参数较多理论计算非常复杂，因此多用于纯理论研究，工程计算一般运用很少。,（）修正法（实验法） 式中Z称为压缩因子，它反映了实际气体与理想气体的一切偏差。既考虑了分子作用力的存在，也考虑了气体分子自身体积引力因素使得

19、真实气体较理想气体易于压缩，而体积因素使得真实气体较理想气体难于压缩，值的大小则是这两个因素影响的综合体现 Z时，气体的引力因素和体积因素相等，但并不表示此 时的真实气体就是理想气体 Z时，气体的引力因素体积因素，真实气体较理想气 体难于压缩 Z时，气体的引力因素体积因素，真实气体较理想气 体易于压缩,的计算,（1）单组分气体（通过实验制成图版）,的计算（续）,（）多组分气体（对应状态原理） 对于多组分体系,是否也可以采用上述的实验法呢? 对应状态原理 如果两种气体处于对应状态,则这两种气体的所有内涵性质相同.(即与某种物质量的多少无关的量,如压缩因子,粘度等) 对应状态 如果两种气体的对比压

20、力和对比温度相同,则这两种气体处于对应状态. 对比压力Pr: Pr=P/Pc Pc-临界压力 对比温度Tr: Tr=T/Tc Tc-临界温度,临界状态 当某种物理的气液界面消失时所对应的温度和压力就称为临界温度和临界压力.此时的物质统称为流体,而气相和液相的性质完全相同. 常见物质的临界参数,天然气视临界参数的计算方法: 1 公式法: 2 查图法:,对应状态原理证明,真实气体状态方程 用图形描述某种气体的P,V,T关系为,很显然在PV坐标体系中,临界点C为一拐点,于是有: 由范德华方程得: 解方程组得: 或,将所得的a、b值代 入范德华方程中得： 两边同除以PcVc并化简得: 由此可见,任何两

21、种气体只要其对比压力和对比温度相等,则其对比体积也相等,这就表明该两种气体处于对应状态.,Z的计算: 从上式可以看出:只要气体的临界压缩因子Zc为一常数,则当两种气体的对比压力和对比温度相等时,它们的压缩因子必相等.,那么究竟Zc为多少呢? 理论上: 实际气体: 从表中可以看出，尽管各种气体的临界参数Tc、Pc相差很大，但Zc相差极小,这说明用对应状态法求真实气体压缩因子完全满足精度要求.,天然气压缩因子的求解步骤,1 根据组成求Pc、Tc 2 由给出的P、T求Tr、Pr 3 根据Tr、Pr 查天然气压 缩因子图版,天然气压缩因子的校正,1 N2的影响(20%时误差3%),天然气压缩因子的校正

22、,2 CO2的影响 (4%时误差5%) 如果天然气中同时含有CO2和N2时 3 H2S的影响,五 天然气的体积系数Bg,1 定义:气体在地层条件下所具有的体积（游离态气体，如气顶气、气层气）与标准状况下所占有体积的比值.(无单位) 2 计算: 一般情况下Bg1 3 物理意义：反映了单位体积（标况）的天然气地层条件下所占有的体积。,六 天然气的压缩系数Cg,1 定义:压力每改变一个单位(大气压)时，气体体积的变化率.或：压力改变一个单位(大气压)时，单位气体体积的变化量.单位:1/MPa 2 计算: (1) 纯组分体系气体压缩系数的求法,(2) 多组分体系气体压缩系数的求法,求法与前同,对比压

23、缩系数,对比压缩系数Cgr的求法,七 天然气的粘度,1 低压下天然气粘度的求法 (1) 公式计算法 (2) 查图法,2 高压(3MPa)下天然气粘度的求法 (1) 根据天然气的组成求出天然气的比重，并根 据所得比重（查图）求出天然气在一个大气 压情况下的粘度 . (2) 根据天然气的组成求天然气的临界压力和临界温度. (3) 求天然气的对比压力和对比温度. (4) 查图得 (5),习 题,某油田的气组成如下,油层温度为t=32 ,油层压力为8.3MPa. 试求: 1、该天然气的压缩因子. 2、气体体积系数Bg. 3、如气井日产气10000立方米（标准状况），它在地下所占的体积是多少？ 4、该气

24、体的压缩系数Cg. 5、试从物理意义上区别Z、Bg、Cg的不同点. 6、计算上述气体在油层压力为20.0MPa，油层温度为93.3时气体的粘度。,第二节 油气藏烃类的相态特征,油藏烃类的化学组成 油气藏的分类 原油的分类 油藏烃类的相态特征,一 油藏烃类的化学组成,石油与天然气的化学组成 石油与天然气的元素组成 石油中的烃类化合物 石油中的非烃类化合物 原油的分子量、含蜡量 原油中胶质、沥青含量,1 石油与天然气的化学组成,石油与 天然气,烷烃,环烷烃,芳香烃,C1C4 常温常压下为气态, 为天然气,C5C15 常温常压下为液态, 为石油,C16+ 常温常压下为固态, 为石蜡,2 石油与天然气

25、的元素组成,石油与 天然气,C,H,S,N,O,微量元素,钒 镍 铁 钴 镁 钙 铝等,0.003%,1%5% 虽含量很少, 但非常影响原油质量,83%87%,11%14%,3 石油中的烃类化合物,石油,烷烃,环烷烃,芳香烃,石油中普遍存在,其品种也非常多,环状的饱和烃,通常为五碳环的 环戊烷系和六碳环的环己完烷系,石油中带有直链或支链的饱和烃. 通常分为正构烷烃和异构烷烃, 可发生卤化,磺化,氧化及裂化反应,4 石油中的非烃类化合物,石油,含氧化合物,含硫化合物,胶质与沥青,硫化氢,硫醇,硫醚,噻吩等,环烷酸,脂肪酸,苯酚等,含氮化合物,吡咯,吡啶,喹啉,吲哚,咔唑等,高分子杂环硫,氧,氮化

26、合物, 具有较高的表面活性,5 原油的分子量、含蜡量及胶质、沥青含量,分子量,含蜡量,沥青含量,石油中所含石蜡和地蜡的百分比. 石蜡:C16C35，分子量300450,白色或浅黄色固体. 地蜡:C36C55，分子量500730. 以胶体状溶于石油中,P和T下降时,可从石油中析出,甲烷最小,沥青最大, 分子量变化很大,可大到几千,胶质含量,含氧,氮,硫的多环芳香烃化合物,呈半固态溶解于 原由中,易溶于有机溶剂,一般含量为5%20%， 分子量：3001000,非纯烃类化合物，分子量:1000,易溶于笨, 氯仿和二硫化碳,含硫量,石油中所含硫(硫化物或单质硫)的百分数. 对石油管线腐蚀极大,有毒,二

27、 油气藏的分类,油气藏,油藏,气藏,黑油油藏,轻质油油藏,凝析气藏,气藏,重 油 油 藏,一 般 黑 油 油 藏,高 收 缩 油 油 藏,挥 发 油 油 藏,富 凝 析 气 气 藏,贫 凝 析 气 气 藏,湿 气 气 藏,干 气 气 藏,三 原油的分类,原 油,按含 硫量分,低硫原油0.5%,按胶质 沥青含量分,按含 蜡量分,按关键 组分分,按原油 密度分,含硫原油0.52%,高硫原油2%,少胶原油8%,胶质原油8%25%,多胶原油25%,少蜡原油1%,含蜡原油12%,高含蜡原油2%,凝析油 密度0.82,石蜡基原油0.820.89,混合基原油0.890.93,环烷基原油 0.93,轻质原油

28、0.855,中质原油 0.8550.934,重质原油 0.934,四 油气藏烃类的相态特征,相态及其表示方法 单组分体系的相态特征 双组分体系的相态特征 多组分体系的相态特征 相图的应用 几种典型的相图,1 相态及其表示方法,体系:人为划分出来用于研究的对象. 相:体系中某一均质的部分.物质可分别以固、液、气 三种状态存在,称为固相、 液相、气相 组分:组成油藏烃类的每一类分子. 组成:体系中所含组分以及各组分在总体系中所占比例. 体系相态的表示方法: 1 状态方程式:描述物质P、V、T关系的表达式. 2 相图:描述物质P、V、T变化关系的图形.,常用的三种相图,立体相图,平面相图,油藏中常用

29、的相图,三角相图,2 单组分体系的相态特征,两点:临界点C,三相共存点T 三线:饱和蒸汽压线,溶点线,升华线 三区:气相区,液相区,固相区 临界温度:高于该温度，无论施加多大压力，气体不可液化 . 临界压力:高于此压力，无论温度多少，液体和气体不会同时存在. 泡点压力:温度一定，开始从液相中分离出第一批气泡的压力. 露点压力:温度一定，开始从气相凝析出第一批液滴的压力. 泡点线: 露点线: 饱和蒸汽压线: 单组分的饱和蒸汽压线为泡点线和露点线的共同轨迹. 分析1-2 3-4相态变化,几种常见物质的饱和蒸汽压线,3 双组分体系的相态特征,临界凝析压力点,临界点,临界凝析温度点,泡点线,露点线,等

30、液量线,气相区,液相区,两相共存区,双组分体系相态的特点,1 双组分体系的相图不再是一条单调曲线，而是一开口的环形 曲线. 2 双组分体系的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对接点. 3 双组分体系的两相区介于两纯组分的饱和蒸汽压曲线之间, 且临界压力高于各组分的临界压力,但临界温度确界于两组 分的临界温度之间. 4 两组分中哪个组分的含量占优势,露点线或泡点线就靠近哪 一组分的饱和蒸汽压线。 5 两组分的浓度越接近则两相区的面积越大，两组分的组成有 一组分的含量占绝对优势，两相区就越窄长. 6 两组分系统中，组成系统的物质不同其临界点也不同，而且 分子结构越相近的

31、两组分，其临界点轨迹曲线越扁平。如果 两组的挥发性和分子量差别愈大时，临界点轨迹所包围的面 积愈大，临界凝析压力也愈高.,4 多组分体系的相态特征,1、四点 a临界点 b临界凝析压力点 c临界凝析温度点 d地面分离的条件点 2、三线 a泡点线 b露点线 c等液量线 3、四区 a液相区 b气相区 c两相区 d反常区,等温反凝析现象,当体系处于A点时体系为单一气相。当压力降至B点时，由于压力下降，烃分子距离加大，因而分子引力下降，这时被气态轻烃分子吸引的(或分散到轻烃分子中的)液态重烃分子离析出来，因而产生了第一批液滴。而当压力进一步下降到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

32、弱，因而就把液态重烃分子全部离析出来，这时在体系中就凝析出最多的液态烃而形成凝析油。,5 相态的应用,6 几种典型的油气藏相图,临界点系位于临界凝析 压力点的右侧; 2 液体的等液量线比较密集 地靠近露点线。,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 地靠近露点线。,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。,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。,1 地层温度介于于临界温度和临界凝析温度之间, 2 气藏压力位于包络线外; 3

33、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。,第三节 油气系统的溶解与分离,天然气从原油中的分离 天然气向原油中的溶解 气-液平衡计算,一 天然气从原油中的分离,1 闪蒸分离或一次脱气 A 定义:在油气分离过程中分离出的气体与油始 终保持接触且系统的组成保持不变的脱 气方式. B 脱气过程: C PV关系图:,PPb PPb PPb PPb PPb,D 现场接触脱气示意图: E 接触脱气的特点: a分离出的气量较多，溶解油气比高。 b分离出的气体较重，即气中重质组分含量 较多（含轻质油较多）。 c脱气之后的原油比重较大。,2 多级分离 A 定义:在油气分离过程中

34、将每一级脱出的气体 排除后,液体再进入下一级进行油气分离 的脱气方式. B 脱气过程:,C 多级脱气的特点: a系统的组成不断变化 b脱出的气量较单级脱 气少，所以测得的油 气比也小。 c分出的气量较轻，即 气体中量质组分（轻 油）含量少。 d脱气原油比重小，量 较多，质量亦好。,矿场多级脱气流程图,3 油田开发和生产过程中的脱气过程 A 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. B 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近,而当 当气体在井筒中的气体超越原油出

35、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 为较理想的分离过程.,二 天然气向原油中的溶解,1 天然气在原油中的溶解度 A 定义:在标准状态下单位体积的地面原油所溶 解的天然气量(标准状况下的体积).用Rs 表示,单位为米3/米3. B 计算公式: Rs=P -溶解系数:单位压力、 单位体积的原油中溶 解气量.单位:米3/(米3MPa),2 溶解度的影响因素 A 压力: B 温度: C 组成: D 密度:,3 溶解与分离的关系 A 接触脱气时的溶解曲线和分离曲线相重合.而 微分脱气时的溶解曲线和分离曲线不重合. B 轻组分的

36、溶解曲线和分离曲线较接近.而重组 分的溶解曲线和分离曲线高压时相差较小,低 压时相差较大.,三 相态方程及其应用,1 相态方程 表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达式。 2 研究相态方程的目的 A 预测开发过程中地层压力和温度变化时油藏流 体的相态变化特征; B 预测地层流体流到地面后的气、液数量,为油 气处理、集输工艺流程设计提供有效依据; C 相图计算.,3 理想溶液相态方程 A 理想溶液:各组分混合时产生互溶，彼此无化学作用，各 组分的分子直径不变，相同分子与不同分子之 间的分子吸力和斥力都不变。 B 拉乌尔定律:在理想溶液的蒸汽中，任一组分的液相分压 等于该组分在液相中的摩尔分数

37、乘以该纯组分 的蒸汽压. C 道尔顿分压定律:理想混合气体中，任意组分的分压等于 在气相中该组分的摩尔分数乘以总压 .,D 理想溶液相态方程 设: N-烃类系统的总摩尔数 Ng-平衡条件下气体的总摩尔数 NL-平衡条件下液体的总摩尔数 yi-第i组分在气相中的摩尔分数 xi-第i组分在液相中的摩尔分数 ni烃类系统中第i组分的摩尔分数 根据烃类系统的物质平衡关系有：,当气液达到平衡时,i组分在气相中的分压和在液相中的分压应该相等,于是有:,理想溶液相态方程,同理有:,当N=1时有:,理想溶液 相态方程,E 理想溶液相态方程的求解步骤(试凑法),设定一NL(01之间),根据给定温度查各 组分的饱

38、和蒸汽压,由相态方程 计算Yi(或Xi),计算Yi=1,计算Xi,计算液相数量N*NL 计算气相数量N*Ng,设系统的总 摩尔数为N,Yes,No,F 理想溶液泡点压力、露点压力计算,在泡点: Ng=0 NL=1（1mole） P=Pb,由相态方程有:,泡点方程,在露点: Ng=1 NL=0（1mole） P=Pd,由相态方程有:,露点方程,4 实际溶液相态方程 A 理想溶液相态方程式的局限性: （1）道尔顿分压定律的假设前提为气体应具有由理 想气体组成的理想溶液的性质。 （2）拉乌尔定律是以液体具有理想溶液性质的假设 前提的。但是，只有当液体混合各组分的化学 物理性质十分相似时，该混合物的性

39、质才接近 理想溶液，而油气系统并非如此。 （3）从实际观点出发，在临界温度以下，纯化合物 已不存在蒸汽压。高于该温度，蒸汽压无法确 定，因此，这一方程式的应用仅限于温度不超 过混合物挥发性最强组分的临界温度这一范围 之内。例如，含有甲烷的混合物，凡温度高 于-82.5（甲烷的临界温度）的场合，就不 能用前面介绍的相态方程进行计算。,B 实际溶液相态方程式: 在理想溶液中,气液平衡时有:,在实际溶液中,因饱和蒸汽压无法确定,所 以引入一个新的物理量-平衡常数K,平衡常数-指系统中某一组分（如i组分）在 一定的压力和温度的条件下，气 液两相处于平衡时，该组分在气 相中和液相中的分配比例。在数 值上

40、，平衡常数等于该组分在气 相和液相中摩尔分数的比值。,将Ki=Yi/Xi即Yi=Ki*Xi代入(取N=1mole),化简得:,实际溶液相态方程式. 问题是Ki如何求取呢?,要运用该方程就必须首先确定Ki,平衡常数Ki的求取-图版法: 单组分:,收 敛 点,收敛压力 4.2MPa 5.6MPa 7.0MPa 21.0MPa 28.5MPa 35.0MPa 70.0MPa,平衡常数的特性: a在低压情况下，每条曲线的斜率几乎都等于-1。 b每一条曲线与K=1.0相交处的压力等于该曲线所代表的组 分在给定温度下的蒸汽压。 c除了甲烷之外，每一曲线随压力增加平衡常数减小，压力 增到某一值时，平衡常数有

41、最小值，然后又随压力增大而 增大。 d在较高压力时，每一条曲线都有收敛于平衡常数等于1.0 的趋势。平衡常数收敛于1时的压力称之为收敛压力。 e如果给定温度就是混合物的临界温度，每一条曲线确实可 以收敛为1.0，且收敛压力即为该混合物的临界压力。 f如果给定的温度是不包括临界温度的任何一个温度，那 么，当压力变化到某压力时（泡点压力或露点压力），系 统则会出线单相（气相或液相），单相区其平衡常数的定 义不成立了，这时，如果人为地按这些曲线的变化趋势外 推到平衡常数为1.0的某一汇聚点，这时这个点所对应的 压力值是虚拟的收敛压力值，称之为视收敛压力。,组成对平衡常数的影响:,当P0.7MPa 时

42、,两组曲 线几乎重合,当P7MPa时， 两组曲线Ki 相差不大,当P7MPa时， 两组曲线Ki 相差较大,组成不同表 现为收敛 压力不同,5 实际溶液相态方程的应用 A 泡点压力和露点压力的计算(试算法) 泡点方程:在泡点 Ng0NL1 (N=1),露点方程:在露点 Ng1NL0 (N=1),泡点压力和露点压力计算步骤,设定一Pb,根据温度和压力查Ki,计算niki=1,输出Pb,Yes,No,设定一Pd,根据温度和压力查Ki,计算ni/ki=1,输出Pd,No,Yes,B 级次脱气计算(举例说明),级次脱 气条件,平衡 常数,单级脱气计算,多级脱气计算,注意此栏 数据变化,注意此栏 数据变化,单级脱气和多级脱气比较,1mole,1mole,Ng=0.6027,NL=0.3973,Ng1=0.418,NL1=0.582,Ng2=0.156,NL2=0.844,Ng3=0.0514,NL3=0.9486,NL=0.466 Ng=0.534,C 相图的