第1章-流体高压物性课件.ppt

1、一一 天然气从原油中的分离天然气从原油中的分离 PPb PPb PPb PPb PPb D D 现场接触脱气示意图现场接触脱气示意图:E E 接触脱气的特点接触脱气的特点:a分离出的气量较多，溶解油气比高。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）。较多（含轻质油较多）。c脱气之后的原油比重较大。脱气之后的原油比重较大。Vf地层压力，温度地层压力，温度（Pf,Tf)地面分离条件地面分离条件（Pa,Ta)地层地层地面地面VgVo地层油地层油地面原油地面原油2 2 多级分离多级分离 A A 定义定义:在油气分离过

2、程中将每一级脱出的气体在油气分离过程中将每一级脱出的气体 排除后排除后,液体再进入下一级进行油气分离液体再进入下一级进行油气分离 的脱气方式的脱气方式.B B 脱气过程脱气过程:C C 多级脱气的特点多级脱气的特点:a a系统的组成不断变化系统的组成不断变化b b脱出的气量较单级脱脱出的气量较单级脱 气少，所以测得的油气少，所以测得的油 气比也小。气比也小。c c分出的气量较轻，即分出的气量较轻，即 气体中量质组分（轻气体中量质组分（轻 油）含量少。油）含量少。d d脱气原油比重小，量脱气原油比重小，量 较多，质量亦好。较多，质量亦好。矿场多级脱气流程图矿场多级脱气流程图 液位控制液位控制三级

3、分离三级分离液位控制液位控制压力控制压力控制一级气一级气二级气二级气压力控制压力控制井流井流一级一级分离器分离器二级二级分离器分离器分离器分离器储罐储罐储罐气体储罐气体井流井流二级分离二级分离储罐气体储罐气体储罐储罐一级分离一级分离压力控制压力控制分离器气体分离器气体二二 天然气向原油中的溶解天然气向原油中的溶解1 1 天然气在原油中的溶解度天然气在原油中的溶解度 A A 定义定义:在标准状态下单位体积的地面原油所溶在标准状态下单位体积的地面原油所溶 解的天然气量解的天然气量(标准状况下的体积标准状况下的体积).).用用RsRs 表示表示,单位为米单位为米3 3/米米3 3.B B 计算公式计

4、算公式:RsRs=P P -溶解系数溶解系数:单位压力、单位压力、单位体积的原油中溶单位体积的原油中溶 解气量解气量.单位单位:米米3 3/(/(米米3 3MPa)MPa)2 2 溶解度的影响因素溶解度的影响因素 A A 压力压力:B:B 温度温度:C C 组成组成:D:D 密度密度:3 3 溶解与分离的关系溶解与分离的关系 A A 接触脱气时的溶解曲线和分离曲线相重合接触脱气时的溶解曲线和分离曲线相重合.而而 微分脱气时的溶解曲线和分离曲线不重合微分脱气时的溶解曲线和分离曲线不重合.B B 轻组分的溶解曲线和分离曲线较接近轻组分的溶解曲线和分离曲线较接近.而重组而重组 分的溶解曲线和分离曲线

5、高压时相差较小分的溶解曲线和分离曲线高压时相差较小,低低 压时相差较大压时相差较大.三三 相态方程及其应用相态方程及其应用1 1 相态方程相态方程 表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达式。式。2 2 研究相态方程的目的研究相态方程的目的 A A 预测开发过程中地层压力和温度变化时油藏流预测开发过程中地层压力和温度变化时油藏流 体的相态变化特征体的相态变化特征;B B 预测地层流体流到地面后的气、液数量预测地层流体流到地面后的气、液数量,为油为油 气处理、集输工艺流程设计提供有效依据气处理、集输工艺流程设计提供有效依据;C C 相图计算相图计算.3

6、 3 理想溶液相态方程理想溶液相态方程A A 理想溶液理想溶液:各组分混合时产生互溶，彼此无化学作用，各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。间的分子吸力和斥力都不变。B 拉乌尔定律拉乌尔定律:在理想溶液的蒸汽中，任一组分的液相分压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乘以该纯组分等于该组分在液相中的摩尔分数乘以该纯组分 的蒸汽压的蒸汽压.C 道尔顿分压定律道尔顿分压定律:理想混合气体中，任意组分的分压等于理想混合气体中，任意组分的分压等于 在气相中该组

7、分的摩尔分数乘以总压在气相中该组分的摩尔分数乘以总压.0iiiPxP TiiPyP D 理想溶液相态方程理想溶液相态方程 设设:N-N-烃类系统的总摩尔数烃类系统的总摩尔数 N Ng g-平衡条件下气体的总摩尔数平衡条件下气体的总摩尔数 N NL L-平衡条件下液体的总摩尔数平衡条件下液体的总摩尔数 y yi i-第第i i组分在气相中的摩尔分数组分在气相中的摩尔分数 x xi i-第第i i组分在液相中的摩尔分数组分在液相中的摩尔分数 n ni i烃类系统中第烃类系统中第i i组分的摩尔分数组分的摩尔分数根据烃类系统的物质平衡关系有：根据烃类系统的物质平衡关系有：iLigixNyNnN io

8、iiTixyPPP 当气液达到平衡时当气液达到平衡时,i i组分在气相中的组分在气相中的分压和在液相中的分压应该相等分压和在液相中的分压应该相等,于是有于是有:iLToigixNPPNnN 1NPPNnNx1xn1iLToigin1iin1ii LToigiiNPPNnNx 即即：理想溶液相态方程理想溶液相态方程同理有同理有:1NPPNnNyn1iLToigin1ii 当当N=1N=1时有时有:1NPPNny1NPPNnxn1iLoiTgin1iin1igT0iLin1ii 理想溶液理想溶液相态方程相态方程E 理想溶液相态方程的求解步骤理想溶液相态方程的求解步骤(试凑法试凑法)设定一设定一N

9、NL L(01之间之间)根据给定温度查各根据给定温度查各组分的饱和蒸汽压组分的饱和蒸汽压由相态方程由相态方程计算计算Y Yi i(或或X Xi i)计算计算Yi=1计算计算XiXi计算液相数量计算液相数量N N*N NL L计算气相数量计算气相数量N N*NgNg设系统的总设系统的总摩尔数为摩尔数为N NYesNoF 理想溶液泡点压力、露点压力计算理想溶液泡点压力、露点压力计算 在泡点在泡点:Ng=0 NL=1（1mole）P=Pb 由相态方程有由相态方程有:n1ioibi1nPP泡点泡点方程方程在露点在露点:Ng=1 NL=0（1mole）P=Pd n1id0ii1nPP由相态方程有由相态方

10、程有:露点露点方程方程4 4 实际溶液相态方程实际溶液相态方程A A 理想溶液相态方程式的局限性理想溶液相态方程式的局限性:（1 1）道尔顿分压定律的假设前提为气体应具有由理）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。想气体组成的理想溶液的性质。（2 2）拉乌尔定律是以液体具有理想溶液性质的假设）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，该混合物的性质才接近物理性质十分相似时，该混合物的性质才接近 理想溶液，而油气系统并非如此。理想溶液，而油气系统并非如此。（3 3

11、）从实际观点出发，在临界温度以下，纯化合物）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，凡温度高之内。例如，含有甲烷的混合物，凡温度高 于于-82.5-82.5（甲烷的临界温度）的场合，就不（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。能用前面介绍的相态方程进行计算。B B 实际溶液相态方程式实际溶液相态方

12、程式:在理想溶液中在理想溶液中,气液平衡时有气液平衡时有:ToiiioiiTiPPxyPxPy 在实际溶液中在实际溶液中,因饱和蒸汽压无法确定因饱和蒸汽压无法确定,所所以引入一个新的物理量以引入一个新的物理量-平衡常数平衡常数K KxyKiii 平衡常数平衡常数-指系统中某一组分（如指系统中某一组分（如i i组分）在组分）在 一定的压力和温度的条件下，气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。在数相中和液相中的分配比例。在数 值上，平衡常数等于该组分在气值上，平衡常数等于该组分在气 相和液相中摩尔分数的比值。相和液相中摩尔

13、分数的比值。将将K Ki i=Y=Yi i/X/Xi i即即Y Yi i=K Ki i*X Xi i代入代入(取取N=1moleN=1mole)iLigixNyNn1 化简得化简得:1N1k1kny1N1kknxm1igiiim1iim1iLiiim1ii实际溶液相态方程式实际溶液相态方程式.问题是问题是K Ki i如何求取呢如何求取呢?要运用该方程要运用该方程就必须首先确就必须首先确定定KiKi平衡常数平衡常数K Ki i的求取的求取-图版法图版法:单组分单组分:收收敛敛点点收敛压力收敛压力4.2MPa5.6MPa7.0MPa21.0MPa28.5MPa35.0MPa70.0MPa平衡常数的

14、特性平衡常数的特性:a a在低压情况下，每条曲线的斜率几乎都等于在低压情况下，每条曲线的斜率几乎都等于-1-1。b b每一条曲线与每一条曲线与K=1.0K=1.0相交处的压力等于该曲线所代表的组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。分在给定温度下的蒸汽压。c c除了甲烷之外，每一曲线随压力增加平衡常数减小，压力除了甲烷之外，每一曲线随压力增加平衡常数减小，压力 增到某一值时，平衡常数有最小值，然后又随压力增大而增到某一值时，平衡常数有最小值，然后又随压力增大而 增大。增大。d d在较高压力时，每一条曲线都有收敛于平衡常数等于在较高压力时，每一条曲线都有收敛于平衡常数等于1.

15、01.0 的趋势。平衡常数收敛于的趋势。平衡常数收敛于1 1时的压力称之为收敛压力。时的压力称之为收敛压力。e 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 以收敛为以收敛为1.01.0，且收敛压力即为该混合物的临界压力。，且收敛压力即为该混合物的临界压力。f f如果给定的温度是不包括临界温度的任何一个温度，那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统则会出线单相（气相或液相）

16、，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 推到平衡常数为推到平衡常数为1.01.0的某一汇聚点，这时这个点所对应的的某一汇聚点，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。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组成对平衡常数的影响:当当P0.7MPaP0.7MPa时时,两组曲两组曲线几乎重合线几乎重合 当当P7MPaP7MPaP7MPa时，时，两组曲线两组曲线KiKi相差较大相差较大 组成不同表组成不同表现为收敛现为收敛压力不同压力不同5 5 实际溶液相态方程的应用

17、实际溶液相态方程的应用A A 泡点压力和露点压力的计算泡点压力和露点压力的计算(试算法试算法)泡点方程泡点方程:在泡点在泡点 Ng0NL1 (N=1)1KnN1K1Knym1iiim1igiiim1ii m1im1iiiLiiim1ii1KnN1KKnx露点方程露点方程:在露点在露点 Ng1 NL0 (N=1)泡点压力和露点压力计算步骤泡点压力和露点压力计算步骤 设定一设定一P Pb b根据温度和压力查根据温度和压力查K Ki i计算计算 niki=1输出输出P Pb bYesNo设定一设定一P Pd d根据温度和压力查根据温度和压力查K Ki i计算计算 ni/ki=1输出输出P Pd dN

18、oYesLiiiiN)1K(KnX LiiiiN)1K(KnX iiiXKY LiiiiN)1K(KnX iiiXKY LiiiiN)1K(KnX iiiXKY A A、温度等于临界温度时，相图的计算：、温度等于临界温度时，相图的计算：a a根据系统的组成，计算混合物的临界温度，根据系统的组成，计算混合物的临界温度，这样便可以得到临界等温线，如图这样便可以得到临界等温线，如图C CD D线。线。b b根据系统组成，计算临界压力，那么临界状根据系统组成，计算临界压力，那么临界状态点态点C C即可确定。即可确定。c c令计算的临界压力等于该系统的收敛压力令计算的临界压力等于该系统的收敛压力（因为（

19、因为T=T=TcTc，所以收敛压力不必反复试算），所以收敛压力不必反复试算），根据这个收敛压力选出合适的图版，假定不根据这个收敛压力选出合适的图版，假定不同压力（同压力（P PPcPc）试算）试算 ，若，若 =1=1，则所假，则所假定压力即为临界温度下的露点压力，即图中定压力即为临界温度下的露点压力，即图中D D点，试算方法与前面介绍的如何用露点方程点，试算方法与前面介绍的如何用露点方程计算露点压力相同计算露点压力相同。iiKn iiKnB B、温度高于临界温度时相图的计算、温度高于临界温度时相图的计算 当温度高于临界温度之后，泡点线不存在，但是，在一条等温线上却存当温度高于临界温度之后，泡点

20、线不存在，但是，在一条等温线上却存在两个露点，即有两个压力条件下所对应的在两个露点，即有两个压力条件下所对应的nini，KiKi满足露点方程满足露点方程.a a任意假定一个温度任意假定一个温度T Th hTcTc。b b对要确定的两个露点设一收敛压力对要确定的两个露点设一收敛压力PcwPcw根据收敛压力选出平衡常数图版根据收敛压力选出平衡常数图版组组d d假设两个压力假设两个压力P P，根据该压力，根据该压力P P和所设温度和所设温度T Th h确定出各组分的平衡常数确定出各组分的平衡常数KiKi，（两组）（两组）e e对高压和低压两种情况，分别试算露点方程，改变所设压力对高压和低压两种情况，

21、分别试算露点方程，改变所设压力P P，（注意，（注意，KiKi也相应改变），直到两上压力（高压、低压）均满足露点方程为止，那也相应改变），直到两上压力（高压、低压）均满足露点方程为止，那 么试算的能满足露点方程的较高压力即为上露点压力么试算的能满足露点方程的较高压力即为上露点压力P Pdhdh上上，较低压力即为，较低压力即为 下露点压力下露点压力P Pdhdh下下。f f用我们前面所讲过的方法来计算两种情况下的收敛压力用我们前面所讲过的方法来计算两种情况下的收敛压力PcwPcw.g g比较前面假设的和由上步计算出来的比较前面假设的和由上步计算出来的PcwPcw，若，若PcwPcw=PcwPcw

22、，那么，这两个，那么，这两个点点 压力就是正确的，否则应假设新的收敛压力压力就是正确的，否则应假设新的收敛压力PcwPcw=PcwPcw，重复上面的计算，重复上面的计算，直到所假设的收敛压力约等于的收敛压力为止。直到所假设的收敛压力约等于的收敛压力为止。h h从上面的计算我们可以看出从上面的计算我们可以看出，当假设不同的温度重复上述步骤时，那么当假设不同的温度重复上述步骤时，那么T T TcTc区就可以绘出了。区就可以绘出了。C C、温度低于临界温度时相图的计算、温度低于临界温度时相图的计算a a任意假定一个温度任意假定一个温度T Th h 20%(20%时误差时误差3%)3%)gNNNZyZ

23、yZa2221aZCZ天然气压缩因子的校正天然气压缩因子的校正2 2 COCO2 2的影响的影响(4%(4%时误差时误差5%)5%)如果天然气中同时含有如果天然气中同时含有COCO2 2和和NN2 2时时3 H3 H2 2S S的影响的影响aCZZ 5550.0TTcc )1(T8.1TP8.1PyyS2HS2Hcccc g2COCOCOZ)1(yZZy22 gNCON2NCOCOaZ)yy1(ZyyZZ22222 五五 天然气的体积系数天然气的体积系数Bg1 1 定义定义:气体在地层条件下所具有的体积（游离态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）与标准状况下所占气体，如

24、气顶气、气层气）与标准状况下所占有体积的比值有体积的比值.(.(无单位无单位)2 2 计算计算:一般情况下一般情况下BgBg1Pb时，溶解度溶解油气比；当P=C Cw w;ii)ii)T50T CwCw;T50T50 ,T,T=CwCw;iii)iii)RsRs=CwCw,Rs,Rs的影响可以校正的影响可以校正；(10.05)wwsCCR纯水压缩系数iv)iv)矿化度矿化度 =RsRs =CwCwogVVm gwpopoispppsigioiBBwwBNNNBm1RNNRNNRBmNB gwpopspppgoooissigioiBBwwBNRNRNBNBNBNBm1NRNRBmNB wpgpsigssiopgssiogigioigoiBwwBRRBRRBNBRRBBBBm1BmBN oitigssiotBBBRRBB gigigtititwpgpsitpBBBmBBBB)WW(BRRBNNoioopBBBNN oiowpopBBBwwBNN giiggtititgpsitpBBBmBBBBRRBNN titgpsitpBBBRRBNN gigigtititsiptpBBBmBBB)RR(BNN