第一章 油藏流体的物理性质

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
天然气的组成
天然气=低分子饱和烷烃+少量非烃气体组成
70%-90% CH 4占绝大部分， 1. 烷烃 C2-C4含量不等 C5少量
2. 非烃气体：H2S、CO2、CO、N2、H2O蒸汽等 3. 少量稀有气体：氦（He）和氩（Ar）
第一节 油层烃类的相态特征 第二节 油气系统的溶解和分离 第三节 天然气的物理性质 第四节 地层原油的物理性质 第五节 油层水的物理性质
第一节 油层烃类的相态特征 1. 油层烃类的化学组成及分类 1.1 石油的化学组成： 石油=烷烃+环烷烃+芳香烃+少量烃类的氧、硫和氮化合物 常温常压下： C1-C4：气态；C5-C16：液态；C16以上：固态（石蜡）
Z
V实际气体 V理想气体
体容易压缩；当Z值等于1时，则实际气体成为 理想气体。 压缩因子不是一个常数，它随气体组成、 温度和压力而变化。压缩因子须通过室内实验 来测定。
天然气的状态方程
理想气体：一种假想气体，该气体的分子无体积，且气体分子间
无相互作用力。
PV nRT
P：气体所处的压力 V：在奋力P下的气体体积 T：绝对温度（K） n：气体的摩尔数 R：通用气体常数，8.314Pa•m3/(mol•K)
天然气的状态方程
天然气： PV ZnRT
Z：通常称为压缩因子，是给定温度、压力下，实际气体占有的体 积与相同温度和压力下的理想气体所占有的体积之比，即可 表示为： 当Z值大于1时，即实际气体较理想气体难 于压缩；当Z值小于1时，即实际气体较理想气
边伟华
吉林大学地球科学学院
石油深埋在地下岩石孔隙中，是一种不可再生的资源。 油田开发的好坏，很大程度上取决于对油藏的认识程 度。（石油的特点）
我国多数老油田已进入开发的中后期，含水高，但采 出程度很低；新油田逐渐转向特殊油田的开发（稠油、 低渗、缝洞、海上油田）。开采难度越来越大。（目 前开发现状）
油藏：深埋在地下的油气聚集的场所。具单一圈闭、统 一的水动力系统、统一的油水界面。 油田：一个地区地下所有的油藏构成油田。 石油管理局 采油厂 油田 油藏
油藏流体：油藏中的石油、天然气和地层水。处于高温 高压下，石油中溶有大量的天然气，地层水矿化度高。
随油藏的开采，地下流体的相态发生变化，影响最终的 采收率。为合理开发油藏，就必须要高清地下流体的相 态、物性随压力的变化。
目前原油采收率普遍较低；海上油田<18%，陆上油田15-40%。
地下还有大量的石油等待开发，只是就目前技术开发难度较
大。因此，对基础知识、综合技术水平要求越来越高。
石油地质、物理化学 有机化学
油层物理
渗流力学 油藏数值模拟
油藏工程 采油工程
油层物理的主要内容：
油藏流体（油、气、水）的高压物性
高收缩率原油的相图（Clark，1953)
4. 典型油气藏的相态特征
反凝析气藏：在气藏原始条件1点，气藏中为单一气 相，随生产过程气藏压力的降低，气藏中发生反凝析。 这种气藏所含流体是更轻的烃，其中重烃比高收缩原 油还要少。
4. 典型油气藏的相态特征
湿气：其临界温度远低于油藏温度。当油藏压力降低 时，流体始终处于气相。在地面便有一些液体析出； 但产生的液体要比凝析气少，混合物中的重组分也比 凝析气少。
天然气的分类
>C5 气藏气：产自气井，C1>80%，C2-C4不等， 微量 按矿藏 油藏气：（溶解气+气顶气），C1为主，C2以上含量较高 凝析气藏气：C1为主，但C5以上组分含量较高 富气：汽油蒸汽 100g/m3 按油蒸汽含量 3 干气：汽油蒸汽<100g/m 净气：含硫量<1g/m3 按含硫量 3 酸气：含硫量>1g/m
4. 典型油气藏的相态特征
干气气藏：甲烷含量占70%-98%，其不论在地层条件 还是在分离器（点S）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体形成。
反常凝析气相图
典型湿气相图
特点：从低收缩油至干气： 临界点左移，油藏条件相对 于临界点从左向右偏移； 相图面积由大变小 等液量线由在露点线附件密 集向泡点线附件密集。
反凝析现象：凝析气藏等温降压时穿过逆行区
由A到B：气相 由B到D：随压力降低，凝 析出来的液量逐渐增加， 出现反常。 由D到E：随压力降低，体 系中的液量逐渐减小
反凝析现象只发生在相图中靠近临界点附近区域的特定 温度、压力条件下，属于体系接近于临界状态时所出现 的反常现象。
4. 典型油气藏的相态特征
乙烷的P-V相图（Brown，1948）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3）单组分烃P-T相图特点
饱和蒸汽压线为单一上 升的曲线。 划分为三个区：液相区、 气相区和两相区 C点为临界点，是两相 共存的最高压力和最高 温度点。 随分子量的增加，曲线 向右下方偏移。
单组分烃的相图 (Standing, 1952)
相图应用：根据P和T，判断单组分烃所处的相态
3.2 两组分烃相图
特点： 为一开口的环形曲线 C点为临界点，是泡点 线与露点线的交汇点 泡点压力≠露点压力 CT：临界凝析温度 CP：临界凝析压力 两组分体系中，临界点所对应的温度和压力不是两相共 存的最高温度和最高压力，高于此点的温度和压力时， 两组分的混合物仍可两相共存
3.2 两组分烃相图
油藏岩石的物理性质
饱和多相流体的油藏岩石的物理性质
提高原油采收率的机理
特点：概念多；实验性强；较抽象
课程参考书：
洪世铎 《油层物理基础》 何更生 《油层物理》
罗蛰谭 《油层物理学》
秦积舜 《油层物理学》
第一章 油藏流体的物理性质
油层：能储集油气、并能让油气在其中流动的多孔介质
2. 相态研究的基本概念
体系：一定种类和数量的物质组成的整体。 相：体系中具有相同成分、相同物理化学性质的均匀部 分。如地层油和气为不同的两相。 组分：体系中物质的各个成分，如天然气
组成：体系中物质的各个成分及其相对含量。
P-T相图：表示体系压力、温度与相态的关系图
如果一个体系的 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。因此，对于 任一特定的体系， 其状态方程表示 为：F（p，T，V） =0。
低收缩原油：指在地下溶有的气量小，采到地面后体积收缩 较小的原油
低收缩原油：含重烃较 多，地面气油比较小， 通常小于90m3/m3。原油 的相对密度较高，常 ≥0.876。颜色呈黑色和深 褐色。
低收缩率原油的相图（Clark，1953)
4. 典型油气藏的相态特征 高收缩油：指在地下溶有大量的气体，采到地面后体积收缩 较大的油。 高收缩原油：产出的液体数 量明显减小。地面气油比相 对较高，一般在90m3/m3150m3/m3 。地面原油的相对 密度一般小于0.78。 等液量线分布明显不同，等 液量线密度向泡点线方向移 动，油藏条件靠近临界点。
原油中的胶质、沥青质是高分子的杂环烃的氧、硫和氮 化合物，对原油的颜色、密度、粘度影响较大。
油井中的蜡=石蜡+原油+胶质沥青质+泥砂。含蜡量越高， 结蜡温度越高，凝固点越高。
1.2 石油的分类
国际市场上按含蜡量、含硫量和胶质沥青质含量，将原 油分为不同的类型： 按含硫量（0.5%）：少硫原油和含硫原油 按胶质沥青质含量：少胶原油（<8%）；胶质原油（8%25%）；多胶原油（>25%) 按含蜡量：少蜡原油（<1%）；含蜡原油（1%-2%）；高 含蜡原油（>2%）
临界凝析温度：两组分 体系中限制两相共存的 最高温度，体系温度高 于该温度，无论压力多 大，体系也不能液化。
临界凝析压力：两组分 体系中限制两相共存的 最高压力，体系压力高 于该压力，无论温度如 何变化，体系也不能气 化。
特点：
任一两组分混合物的相图都位 于两纯组分的饱和蒸汽压曲线 之间 两组分的分配比例越接近，两 相区的面积越大；若两组分中 有一个组分占绝对优势，则两 相区面积相应变窄；相图向该 组分的饱和蒸汽压线迁移
典型干气相图
表2 - 1 - 2 不同类型油气的液态烃比重及油气比含量 油气类型 低收缩原油 高收缩原油 逆行凝析气 湿气 干气 液态烃比重 >0.802 0.802-0.739 0.780-0.739 >0.739 原始油气比(标准立方米/立方米) <178 178-1425 1425-12467 10686-17810 >18000
3）单组分烃P-T相图特点
常见流体的饱和蒸汽压曲线
3）单组分烃P-T相图特点
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
3. 单、双和多组分体系的相图
饱和蒸汽压：是指在一个密闭容器内，液体与其蒸汽处于 平衡状态时，液体上面的蒸汽所产生的压力。 该压力是温度的函数，标志了液体挥发的难 易程度。 露点：温度一定，压力增加，开始从气相中凝结出第一批 液滴的压力。 泡点：温度一定，压力降低，开始从液相中分离出第一批 气泡的压力。
3.1 单组分相图
1）单组分相态特点
2）单组分烃P-V相图特点 随温度升高，由气相转化为 液相时，体积变化减小
临界点C： 由气相转化为液相时，体 积没有明显变化。 该点的压力、体积和温度 记为Pc，Vc和Tc 该点汽、液的一切性质 （密度、粘度等）均相同 当t>Tc时，气体不再液化