第03章-油气烃类的相态和气液平衡
第二讲 烃类流体相态(相态特征和数学模型)
yiV xi L zi
yi yiV (1 V ) zi Ki
对此方程进行整理
气相组成方程：
zi ki yi 1 k i 1 V
气相物料方程：
（3-11）
y
i 1
n
i
i 1
n
zi ki 1 1 ki 1 V
（3-12）
2、液相物料方程
液相组成方程： x
温度T
多组分体系P-T相图 特点：蒸汽压 曲线分别为两 条曲线，泡点 线 AC 和 露 点 线 BC ， 在 泡 点 线 和露点线之间 的区域形成气、 液两相共存状 态。
Pm
C
液
气
气液两相区
Tm
A
B
温度T
Ⅰ. 单组分体系的临界点表示体系气液两相共存的最高点 ；而对于烃类多组分体系，临界点在相图形态上则表现为 泡点线和露点线的交点。 临界凝析温度（Tm）代替了单组分体系的临界温度而 成了两相共存的最高温度 临界凝析压力（Pm）代替了单组分体系的临界压力而
yi Ki xi
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
f il il p f il 1 xi xi Ki Ki f ig 1 yi yi
Ki
ig p
f ig
（3-18）
逸度、逸度系数的确定 气相逸度：
p RT RT ln( ) dVg RT ln Z g Vg Z yi P ig Vg ,T , Zig Vg fig
两相区 D
F
Pc: 临界温度下气体 液化 所需的最小压 力。 特点：等温相变发生 在恒定压力状态
T<Tc
体积V
多组分体系P-V关系
油层物理1-3第三节油气藏烃类的相态课件
v 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。
v 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。
v 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。
8
8
一、油藏烃类的相态表示方法
(2)相态的表示方法 v相态——相平衡态(phase equilibrium state)； v相态研究——指体系相平衡状态随组成、温度、压力
等状态变量的改变而发生变化的有关研究。
→直观的相态研究和表示方法：相图。 v相图(phase diagram)：表示相平衡态与 Nhomakorabea系组成、温
12
12
一、油藏烃类的相态表示方法
(3)三角相图 (三元或拟三元相图) (triangular/ternary/ pseudo-ternary)
主要用于研究地层条件下注气混相 驱和非混相驱提高原油采收率。
(gas injection注气)
(miscible flooding混相驱) (immiscible flooding非混相驱)
(正常相变) ； 液相：40→30→20→10→0％。 ➢ E→F降压：单一气相
27
27
三、单、双、多组分体系相态特征
结果：气相体系等温降压穿过反凝析区时，体系中液相含量 ↑
u 等温反凝析(isothermal retrograde condensation) 等温反凝析：在温度不变的条件下，随压力降低而从气相中凝析出液体 的现象。
油层物理第3章油气藏烃类的相态和汽液平衡
（3）两组分中只要有一个组分 占绝对优势，相图的两相区域就 变得越窄。
双组分体系的P-V相图
1.3 多组分系统的相态特征
1、多组分烃类相图
相包络线aCpCCTb把两
相区和单相区分开， 气相区
包络线内是两相区，
包络线外所有流体都
（2）可以划分为C1，C2~6，C7+三个组分，其中将C2H6至C6H14之间所 有分子视为一个中间组分C2~6，而将C7Hl6以上的所有成分视为液烃组分 C7+——混相驱
拟组分划分的原则：
（1）是根据成分的含量，含量高的成分可单独列为一个组分，而若干 个微量成分合并为一个组分。
（2）是根据研究的目的和需要划分。
变化过程： 从地下到地面的采出过程中，状态变化也很复杂，例如
原油中溶解的天然气会从原油中分离，而凝析气则会发生由气 态转变为液态的反凝析现象。
油藏开发前烃类混合物究竟处于什么相态？为什么开采 过程中会发生一系列相态的变化呢？烃类的相态变化的规律是 什么?
内因是事物变化的根据：油藏烃类的化学组成的复杂 性是相态转化的内因。
由D至E随压力降低体系液相 蒸发是正常现象，而由B到D随 压力降低凝析量增加则为反常 凝析现象(也称为逆行凝析现 象)。
B点称为上露点（又称为第 二露点），E点称为下露点（又 称为第一露点），压力低于E时， 凝析液将全部蒸发为汽相。
同理可得出不同温度下的 最大凝析液量点，将此连接为 CDCTBC区即为反凝析区。
（气相区）
-100
Tc
-50
0
50
温度，C
100
150
图3—3 乙烷的P-T 相图
气液相平衡
概述（Introduction）
化学吸收(chemical absorption)：溶质与溶剂有显著的化学 反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳、 用稀硫酸吸收氨等过程。化学反应能大大提高单位体积 液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再 生较难。
单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收，其余 组分因溶解度甚小其吸收量可忽略不计。
x 1 x
比摩尔分数表示组成的平衡关系
Y*
mX
1 (1 m)X
X —— 溶质在液相中的比摩尔分数； Y * —— 与X 呈平衡的气相中溶质的比摩尔分数。 当 m 趋近 1 或当 X 很小时
Y* mX
3.1.2 相平衡关系在吸收过程中的应用
传质过程的方向
气、液相浓度(y,x)在平
(2) 分离混合气体 吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以 达到分离目的。如从焦炉气或城市煤气中分离苯，从乙 醇催化裂解气中分离丁二烯等。
(3) 气体净化 一类是原料气的净化，即除去混合气体中的 杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾 气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼 废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。
第三章 气体 吸收 Gas Absorption
3.1 概述 3.2 气液相平衡 3.3 分子扩散与单相传质 3.4 对流传质 3.5 吸收塔的计算 3.6 解吸及计算 3.7 其他吸收类型
概述（Introduction）
吸收分离操作：利用混合气体中各组分(component)在液体 中溶解度(solubility)差异，使某些易溶组分进入液相形成溶 液(solution)，不溶或难溶组分仍留在气相(gas phase)，从而 实现混合气体的分离。
油层物理习题(答案)
目录第一篇储层流体的高压物性 (3)第一章天然气的高压物理性质 (3)一、名词解释。
(3)二．判断题。
√×××√√×× (3)三．选择题。
ACACBDB (4)四．问答题。
(4)五．计算题。
(5)第二章油气藏烃类的相态和汽液平衡 (9)一、名词解释。
(9)二．判断题。
√√×√×√√××√ (9)三．选择题。
CDAC (9)四．问答题。
(10)五．计算题。
(11)第三章油气的溶解与分离 (13)一、名词解释。
(13)二．判断题。
√××√√× (13)三．选择题。
AADCBB (13)四．问答题。
(14)五．计算题。
(15)第四章储层流体的高压物性 (19)一、名词解释。
(19)二．判断题。
√×√√√× (19)三．选择题。
CCBBC DDDDCD (19)四．问答题。
(21)五．计算题。
(22)第二篇储层岩石的物理性质 (26)第一章砂岩的物理性质 (26)一、名词解释。
(26)二．判断题。
√√×√××× (27)三．选择题。
BDBACC (27)四．问答题。
(28)五．计算题。
(29)第二章储层岩石的孔隙性 (29)一、名词解释。
(29)二．判断题。
×××√√ (30)三．选择题。
ACAB (30)四．问答题。
(31)五．计算题。
(32)第三章储层岩石的渗透性 (34)一、名词解释。
(34)二．判断题。
×√√××√×√×√ (34)三．选择题。
DBCBCBC (35)四．问答题。
(35)五．计算题。
(36)第四章储层流体饱和度 (38)一、名词解释。
(38)二．判断题。
√×√ (38)12三．选择题。
LNG液化天然气Chapter03气液相平衡
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3.1 Phase Behavior of Natural Gas
液 固 固 液 固 临界点 气
液
临界点 气
汽 汽
由一系列面组成，表示单相或由两相组成的混合相。
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3.1 Phase Behavior of Natural Gas
6、饱和蒸汽压(Vapor Pressure) 在一定T下，液体与在液面上的蒸气呈 平衡状态时，此蒸气所产生的压力。 体现为气相分子对器壁的压力。 7、沸点(Boiling Point) 蒸汽 液体
形状与容器底部相同，难于被压缩，仅在极高压力下 可被压缩。 (3)固相(Solid Phase) 有固定形状而不能被压缩。
可能存在几种液相和固相，但气相只有一种。天然气
处理与加工中通常只需考虑液相和气相。
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3.1 Phase Behavior of Natural Gas
将三维立体相图进行的投影可得到二维平面相图。
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3.1 Phase Behavior of Natural Gas
泡点温度：在p一定的时，开始从液相中出现第一个
油层物理1-3 第三节 油气藏烃类的相态
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任何两组分烃体系相图的特点
①临界点： a.②两相区： 混合物的临界压力都高于各组分的临界压力，混合物的临界温
b.随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右迁移（即向 度介于两纯组分的临界温度之间。 c. 混合物中哪一组分的含量占优势，泡点线或露点线就靠近 d. 两组分性质差别越大，则两相区面积越大。 两组分的分配比例愈接近，两相区的面积愈大；两组分中 重组分饱和蒸汽压方向偏移）。 a.b. 所有混合物的两相区都位于两纯组分的饱和蒸汽压线之间； 哪一组分的饱和蒸汽压线； 只要有一个组分占绝对优势，相图的面积就变得狭窄；
两相区 泡点线与露点线所行区(pC≤p≤pCp) CPCHCP炼油中发生 等温逆行区★ (TC≤T≤TCT)。 CTCDCT油田开发中发生
B
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三、单、双、多组分体系相态特征
(2)相态特征 基本特征
与双组分体系同。
等温反凝析相变特征★ (isothermal retrograde condensation) 设体系原始态为A； 对其等温降压A→F A→B（上露点）降压： 相变：气相→开始出现液相；
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三、单、双、多组分体系相态特征
结果：气相体系等温降压穿过反凝析区时，体系中液相含量↑
等温反凝析(isothermal retrograde condensation) 等温反凝析：在温度不变的条件下，随压力降低而从气相中凝析出液体 的现象。 油气藏开发——等温反凝析——凝析气藏；
研究意义：指导凝析气藏开发，减少凝析油在地层中的损失。
体系中构成某物质各组分所占的比例。 油
C3、C7、C20 10%、20%、70%
定量表示体系或某一相中的组分构成
情况。 相平衡(phase equilibrium)
Chapter 03 气液相平衡
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3.1 Phase Behavior of Natural Gas
三、烃类体系的相图 烃类体系的相态不仅与体系中烃类物质的组成有关， 而且还取决于体系所处的T、p和所占体积。 1、单组分体系 理论及实验的研究同时表明，纯物质的相态存在下述 关系式： f ( p, V, T )＝0 (1)纯组分p-V-T相图
一相中可含有多种组分。
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3.1 Phase Behavior of Natural Gas
2、相态 含一种或多种物质的单一介质，p、T一相态。 利用克拉贝伦方程解释相态转变：
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3.1 Phase Behavior of Natural Gas
6、饱和蒸汽压(Vapor Pressure) 在一定T下，液体与在液面上的蒸气呈 平衡状态时，此蒸气所产生的压力。 体现为气相分子对器壁的压力。 7、沸点(Boiling Point) 蒸汽 液体
3、相平衡(Phase Equilibrium) 在p、T一定时： A相分子进入B相的量＝B相分子进入A相的量时的状
4、自由度(Degree of Freedom)
在不改变平衡体系中原有平衡相 数的条件下可独立改变的量(如p、T和 浓度等)的数目。 5、相态种类及其特点 (1)气相(Gas Phase)
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油层物理学
Petrophysics
第三章油气藏烃类的相态和气液平衡第三章油气藏烃类的相态和气液平衡
优点：详细直观
缺点：绘制和应用不方便
p-V 相图
单组分体系的等温相变发生在恒定压力状态；
油气烃类多组分体系的等温相变则伴随着压力的改变。
凝析过程（D—>B ）压力增加，而蒸发过程（减小。
气一、相态及其表示法
p-T 相图
✓p—T 压曲线构成
✓体系的泡点线和露点线相重合
✓在一定温度条件下
（T ≤Tc 转变是在等压下完成的。
-100
-50
050
100
150
温度，C
液相区
蒸汽区。
A
超临界区（气相区）
C Tc
Pc 。
B E
D 。
F 。
乙烷的p -T 相图
一、相态及其表示法
位置 组分1 % 组分2 % 组分3 % M 点 M 点 M 点
0 70 20
100 0 50
0 30 30
露点线
临界点
露点
1、单组分体系
开始从液相中分离出第一批气泡时的压力、温度开始从气相中凝结出第一批液滴时的压力、温度泡点露点临界点
气液两相共存的最高压力、最高温度点
三点液相中分离出气泡时压力、温度点组成的线气相中凝结出液珠时压力、温度点组成的线
泡点线露点线饱和蒸汽压线气液两相共存的压力、温度点组成的线一线液相区气液两相区
气相区AC 线以上AC 线右下方AC 线上的点
三区
一、相态及其表示法
一、相态及其表示法2、双组分体系的相态特征
临界凝析压力点泡点线
地下油气藏是复杂的多组分烃类体系，在压力、温度一定时，它的相态特征取决于系统的组成和每一组分的性质。
因此，对不同油气藏不同烃类体系，其相图也各不相同。
已知油气藏温度及压力时，就可用相图临界点与油气藏原始条件点的相对位置关系来判断油气藏类型。
三、油气藏(多组分体系)的相态特征
未饱和油藏饱和油藏凝析气藏
过饱和油藏
反常凝析区
等液量
aC线，液相区与两相区的分界线bC线，气相区与两相区的分界线虚线，线上的液相含量相等
泡点线
露点线等液量线
CDTBC线包围的阴影部分
aC线以上bC线右下方aCb线包围的区域液相区反常凝析区
气液两相区气相区
bC线上的点
C点，泡点线与露点线的交点P点，两相共存的最高压力点T点，两相共存的最高温度点泡点露点
临界点
临界凝析压力点临界凝析温度点第二露点
气体在等温降压过程中出现的露点
当油藏压力降低至泡点压力之后，有大量气体从油中分离出来；
分离器条件，气油比小于1800m 3/m 3，原油相对密度小于0.78，产出的油呈深色； 等液量线较稀疏。
高收缩油藏)
四、典型油气藏相态特征
临界温度。
当油藏压力从点降至点
于两相区内，因此在分离器内会有一些液烃析出，它是透明色浅的轻质油，相对密度小于
比小于
均
（点
的连线不穿过两相区，故干气不产液烃，理论上讲，气油比为无穷大。
第二节气-液相平衡计算第二节气-液相平衡计算
第二节气-液相平衡计算
2. 平衡常数K的求取—计算法
平衡常数的确定方法有很多。
目前最常用的方法
是利用状态方程根据热力学相平衡理论确定出组分气、
进而确定平衡常数。
第二节气-液相平衡计算
状态瞬时变到某一特定压力、
一次脱气示意图
特点：油气分离过程中,分离出
的气体与油始终保持接触,体系组成
不变。
压力随着压力的升高，天然气的溶解度增大。
油气分离与溶解曲线的差异
已知地层温度为103℃，油井产出物组成（）已分析求得，
用相态方程进行油气分离问题的实例
根据内插法求得泡点压力为23.06MPa。
；多级分离
经过3次N值试算，得到如下结果，每摩尔油井产物中可分离出
0.39725摩尔的地面原油。
(1)一次脱气计算
方法同（1），计算结果如下：方法同（1），计算结果如下：
方法同（1），计算结果如下：
第三级分离后剩余的液体的物质的量为0.4911×0.9483=0.4658mol。
多级分离比接触分离多收获约0.0686 mol的液体(油)。
第三章结束
谢谢大家!。