1、第二章第二章 天然气的高压物理性质天然气的高压物理性质天然气的高压物性天然气的视分子量和密度天然气的视分子量和密度天然气状态方程和对比状态原理天然气状态方程和对比状态原理天然气的高压物性天然气的高压物性湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物天然气的组成天然气的组成天然气的分子量天然气的分子量天然气的密度和相对密度天然气的密度和相对密度理想气体状态方程理想气体状态方程真实气体状态方程真实气体状态方程对比状态原理对比状态原理天然气的地层体积系数天然气的地层体积系数天然气的等温压缩率天然气的等温压缩率天然气的粘度天然气的粘度天然气中水蒸气含量天然气中水蒸气含量天然气水合物天然气水合物第二章第二
2、章 天然气的高压物理性质天然气的高压物理性质第一节第一节课程导入课程导入天然气是一种混合物质，下面介绍它的分天然气是一种混合物质，下面介绍它的分子量和密度。子量和密度。本节主要内容：本节主要内容：一、天然气的组成一、天然气的组成 1 1、天然气及其分类、天然气及其分类 2 2、天然气的组成的表示法、天然气的组成的表示法二、天然气的分子量二、天然气的分子量三、天然气密度和相对密度三、天然气密度和相对密度第一节第一节一、天然气的组成一、天然气的组成 1 1、天然气及其分类、天然气及其分类 (1)(1)按矿藏特点，按矿藏特点，可分为油藏伴生气和气藏气可分为油藏伴生气和气藏气（非伴生气）。（非伴生气）
3、。(2)(2)按天然气中按天然气中H H2 2S S和和COCO2 2等酸性气体含量，等酸性气体含量，分分为酸性天然气（含有显著为酸性天然气（含有显著H H2 2S S和和COCO2 2等酸性等酸性气体，需要净化处理）和洁气（气体，需要净化处理）和洁气（H H2 2S S和和COCO2 2等酸性气体的含量极少，不需要进行净化等酸性气体的含量极少，不需要进行净化处理）等。处理）等。第一节第一节(3)(3)按天然气的组成，按天然气的组成，可分为干气和湿气或贫可分为干气和湿气或贫气和富气。气和富气。干气（干气（dry gasdry gas）：井口流出物中，：井口流出物中，C C5 5以以上重烃液体含
4、量低于上重烃液体含量低于13.5cm13.5cm3 3/(/(标标)m)m3 3的天然气。的天然气。湿气（湿气（wet gaswet gas）：井口流出物中，：井口流出物中，C C5 5以以上重烃液体含量超过上重烃液体含量超过13.5cm13.5cm3 3/(/(标标)m)m3 3的天然气。的天然气。第一节第一节贫气贫气(Lean gas)(Lean gas)：井口流出物中，：井口流出物中，C C3 3以以上烃类液体含量低于上烃类液体含量低于94cm94cm3 3/(/(标标)m)m3 3的天然气。的天然气。富气富气(Rich gas)(Rich gas)：井口流出物中，：井口流出物中，C C
5、3 3以以上重烃液体含量超过上重烃液体含量超过94cm94cm3 3/(/(标标)m)m3 3的天然气。的天然气。第一节第一节2 2、天然气的组成的表示法、天然气的组成的表示法(1)(1)摩尔组成摩尔组成 (2)(2)体积组成体积组成(3)(3)质量组成质量组成Niiiinny1NiiiiVV1NiiiiwwG1第一节第一节三种组成的换算关系：三种组成的换算关系：(1)(1)天然气的天然气的体积组成等于其摩尔组成体积组成等于其摩尔组成。这是因为在标准状态下这是因为在标准状态下1mo11mo1的气体体积为的气体体积为22.4L22.4L，如果组分，如果组分i i的摩尔数为的摩尔数为n ni i，
6、则其体则其体积为积为22.4 22.4 n ni i，气体总体积为气体总体积为22.4,22.4,由上面由上面两式可得两式可得i i=y yi i。第一节第一节(2)2)将质量组成换算为摩尔组成，可利用将质量组成换算为摩尔组成，可利用下式：下式：式中：式中：M Mi i天然气组分天然气组分i i的分子量。的分子量。NiiiiiiMGMGy1/第一节第一节 例例2-1 2-1 已知天然气的组分和质量组成见下表已知天然气的组分和质量组成见下表第第1 1、2 2列。试将质量组成换算为摩尔组成。列。试将质量组成换算为摩尔组成。解：换算过程及结果见下表：解：换算过程及结果见下表：组分质量分数分子量Mi质
7、量分数/分子量摩尔分数yi甲烷乙烷丙烷丁烷0.710.140.090.0616.030.144.158.10.0440.0050.0020.0010.850.090.040.02总和1.000.0521.00第一节第一节二、天然气的分子量二、天然气的分子量天然气是多组分气体的混合物，不可能天然气是多组分气体的混合物，不可能写出一个分子式，由此算出其分子量。为此，写出一个分子式，由此算出其分子量。为此，人们引入视分子量的概念。人们引入视分子量的概念。第一节第一节天然气视分子量根据组分计算。已知天然天然气视分子量根据组分计算。已知天然气中各组分气中各组分i i的摩尔组成的摩尔组成y yi i和分子
8、量和分子量M Mi i后，后，天然气的分子量可由下式求得：天然气的分子量可由下式求得：式中式中：M M天然气分子量；天然气分子量；MiMi组分组分i i的的分子量分子量;y yi i天然气各组分的摩尔天然气各组分的摩尔组成组成。NiiiMyM1)(第一节第一节三、天然气密度和相对密度三、天然气密度和相对密度1 1、天然气密度、天然气密度定义为单位体积天然气的质量，用符号定义为单位体积天然气的质量，用符号g g表表示：示：g g =m/V=m/V 式中：式中：g g 天然气的密度，天然气的密度，g gcmcm3 3或或kgkgm m3 3；m m 天然气的质量，天然气的质量，g g或或kgkg；
9、V V 天然气的体积，天然气的体积，cmcm3 3或或m m3 3。第一节第一节在一定温度和压力下天然气的密度可由气体的状态在一定温度和压力下天然气的密度可由气体的状态方程（详见第二节）求出：方程（详见第二节）求出：式中式中:g g天然气的密度，天然气的密度，kgkgm m3 3P P 天然气所处的压力，天然气所处的压力，MPaMPa；M M天然气的分子量，天然气的分子量，kg/kg/kmolkmol；T T 天然气的绝对温度，天然气的绝对温度，K K；Z Z天然气偏差因子；天然气偏差因子；R R通用气体常数，通用气体常数，R R=0.008314=0.008314 MPamMPam3 3/（
10、kmolKkmolK）。）。ZRTPMg第一节第一节2 2、天然气相对密度、天然气相对密度定义为：在标准状况下（定义为：在标准状况下（293K293K、0.101MPa0.101MPa），天），天然气的密度与干空气密度之比。相对密度是一无因次然气的密度与干空气密度之比。相对密度是一无因次量，常用符号量，常用符号g g表示，即：表示，即：式中：式中：天然气密度；天然气密度；空气密度。空气密度。因为干空气的分子量为因为干空气的分子量为28.962928.9629，故：，故：g gM M2929agg/ga第一节第一节思考题：思考题：1、天然气组成有哪几种表示方法？如何换算？、天然气组成有哪几种表示
11、方法？如何换算？2、确定天然气组成的实际意义是什么？、确定天然气组成的实际意义是什么？3、什么是天然气密度？什么是相对密度？、什么是天然气密度？什么是相对密度？第一节第一节课程导入课程导入天然气是气体，具有压缩性，计算天然气天然气是气体，具有压缩性，计算天然气的体积需要气体状态方程。的体积需要气体状态方程。第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理本节主要内容：本节主要内容：一、理想气体的状态方程一、理想气体的状态方程二、真实气体状态方程二、真实气体状态方程三、对比状态定律三、对比状态定律
12、四、天然气的其它状态方程四、天然气的其它状态方程五、用状态方程关联式计算五、用状态方程关联式计算Z Z因子的方法因子的方法一一、理想气体、理想气体的状态方程的状态方程。理想气体状态方程为：。理想气体状态方程为：PV=PV=nRTnRTPP气体的绝对压力，气体的绝对压力，MPaMPa；V V气体所占体积气体所占体积m m3 3；T T绝对温度，绝对温度，K K；n n气体的摩尔数，气体的摩尔数，kmolkmol；R R通用气体常数；通用气体常数；R R=0.008314 MPam=0.008314 MPam3 3/（kmolKkmolK）。）。第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的
13、状态方程和对比状态原理二、二、真实气体状态方程真实气体状态方程 对真实气体引入一个压缩因子对真实气体引入一个压缩因子Z Z，从而得到真实气体的，从而得到真实气体的状态方程，即：状态方程，即：式中式中其物理意义为：其物理意义为：即：即：天然气是混合物，其压缩因子的求取需要引入对比状天然气是混合物，其压缩因子的求取需要引入对比状态定律态定律ZnRTPV 理想气体实际气体VVZ 第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理图图2-1 2-1 甲烷的压缩因子图版（据甲烷的压缩因子图版（据BrownB
14、rown，19481948）三、三、对比状态定律对比状态定律1 1、对比状态原理及天然气的、对比状态原理及天然气的Z Z 值求法值求法对比压力对比压力P Pr r和对比温度和对比温度T Tr r定义为：定义为：式中式中：P Pr r、T Tr r分别为对比压力和对比温度，无因分别为对比压力和对比温度，无因次次P P、T T气体所处的绝对气体所处的绝对压力压力(MpaMpa)和绝对温度和绝对温度(K)(K)P Pc c、T Tc c为该气体的为该气体的临界压力临界压力(MpaMpa)和临界温度和临界温度(K)(K)crPPP crTTT 第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方
15、程和对比状态原理第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理 目前广泛采用双目前广泛采用双参数压缩系数法参数压缩系数法（即（即Z Z=f f(P Pr r ,T Tr r)）来考虑实际气体的来考虑实际气体的状态变化，双参数状态变化，双参数压缩系数法的理论压缩系数法的理论根据是对比状态原根据是对比状态原理。理。第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理图图2-2 2-2 天然气的压缩因子图版（据天然气的压缩因子图版（据Standing and KatzStanding and Katz，19421942）图图2222是甲烷、是甲烷、乙
16、烷、丙烷气体乙烷、丙烷气体经对比态原理处经对比态原理处理后的天然气压理后的天然气压缩因子图版。缩因子图版。第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理图图2-2 2-2 天然气的压缩因子图版（据天然气的压缩因子图版（据Standing and KatzStanding and Katz，19421942）求天然气压缩因子的步骤：求天然气压缩因子的步骤：(1)(1)由于天然气是混合气体，其临界参数值的由于天然气是混合气体，其临界参数值的求取，需要引入一个求取，需要引入一个“视视”或或“拟拟”（PseudoPseudo）临界参数的概念。）临界参数的概念。第二节第二节
17、天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理加权计算法：加权计算法：天然气视临界参数定义为天然气视临界参数定义为：P Ppcpc,T,Tpcpc分别为天然气的视临界压力（分别为天然气的视临界压力（MPaMPa）和视临界温度（和视临界温度（K K）；）；y yi i组分组分i i的摩尔分数；的摩尔分数；P Pcici，T Tcici分别为组分分别为组分i i的临界压力（的临界压力（MPaMPa）和临界温度（和临界温度（K K）。）。ciipcciipcTyTPyP第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理经验图版法：经验图版法：若已知天然气相对密度
18、，由已知相对密度查出该天然若已知天然气相对密度，由已知相对密度查出该天然气的视临界参数。气的视临界参数。第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理图图2-3 2-3 天然气相对密度与视临界参数关系图（据天然气相对密度与视临界参数关系图（据BrownBrown等，等，19481948）经验公式法：经验公式法：当天然气中非烃含量不太高，如当天然气中非烃含量不太高，如N N2 25%5%时，时，也可根据气体相对密度（也可根据气体相对密度（g g），按下列经验关），按下列经验关系式估算出视临界压力系式估算出视临界压力P Ppcpc和视临界温度和视临界温度T Tpcpc。
19、T Tpcpc171(171(g g0.5)+182 0.5)+182，K K P Ppcpc46.746.732.1(32.1(g g0.5)0.5)0.09869 0.09869，MpaMpa第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理(2)(2)根据气体所具有的根据气体所具有的P P、T T条件，算出条件，算出T Tprpr,、P Pprpr(3)(3)根据得出的根据得出的T Tprpr,、P Pprpr值查图版（图值查图版（图2222）求得）求得Z Z值。值。第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理2 2、非烃校正、非烃校
20、正 上述方法仅限于天然气中非烃组分的体上述方法仅限于天然气中非烃组分的体积含量积含量5%(N5%(N2 22 2，COCO2 21 1)，甲烷体积，甲烷体积含量不小于含量不小于50%50%的情况，否则将产生较大误的情况，否则将产生较大误差（误差大于差（误差大于3 3）。因此若天然气中非烃）。因此若天然气中非烃或重烃（或重烃（C C5 5以上）含量较高时以上）含量较高时(如凝析气藏如凝析气藏气气)，需要采用另外的图版进行校正，或用，需要采用另外的图版进行校正，或用其它的状态方程。其它的状态方程。下面介绍下面介绍3 3种消除非烃误差的方法。种消除非烃误差的方法。第二节第二节 天然气的状态方程和对比
21、状态原理天然气的状态方程和对比状态原理(1)(1)图版修正法（图版修正法（WichertWichert方法）方法）根据非烃的含量，采用修正曲线图版来修根据非烃的含量，采用修正曲线图版来修正天然气的视临界参数、视对比参数，达到修正天然气的视临界参数、视对比参数，达到修正正Z Z值的目的。值的目的。第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理图图2-4 2-4 拟临界温度的修正系数与非烃浓度的关系拟临界温度的修正系数与非烃浓度的关系pcpcTT)1(nnTTPPpcpcpcpcn n天然气中所含天然气中所含H H2 2S S的摩尔分数的摩尔分数视临界温度的校正值（视临
22、界温度的校正值（K K）第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理(2)(2)经验公式修正法（经验公式修正法（WichertWichert和和AzizAziz方法）方法）该方法与上述方法、步骤相同，只是该方法与上述方法、步骤相同，只是的的确定采用经验公式计算确定采用经验公式计算,省去了查图版的麻烦。省去了查图版的麻烦。式中：式中：视临界温度的校正系数，视临界温度的校正系数，K K；A A天然气中天然气中H H2 2S S和和COCO2 2摩尔分数之和；摩尔分数之和；B B天然气中天然气中H H2 2S S摩尔分数。摩尔分数。8.1)(15)(12045.06.1
23、9.0BBAA第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理思考题：思考题：1、什么是天然气的偏差因子？、什么是天然气的偏差因子？2、确定偏差因子的方法和具体步骤是什么？、确定偏差因子的方法和具体步骤是什么？第二节第二节 天然气的状态方程和对比状态原理天然气的状态方程和对比状态原理课程导入课程导入本节介绍油田常用的描述天然气的高压物性本节介绍油田常用的描述天然气的高压物性参数。参数。第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性本节主要内容：本节主要内容：一、天然气的地层体积系数一、天然气的地层体积系数 二、天然气的等温压缩率二、天然气的等温压缩率三、天然气的粘度三
24、、天然气的粘度 1 1、低压下气体粘度、低压下气体粘度 2 2、高压下气体粘度、高压下气体粘度 3 3、确定气体粘度的方法、确定气体粘度的方法第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性一、天然气的地层体积系数一、天然气的地层体积系数 天然气体积系数天然气体积系数BgBg实质上描述了一定量气体，由油气层实质上描述了一定量气体，由油气层状态变化到地面压力，温度时所引起的体积变化的换算系数。状态变化到地面压力，温度时所引起的体积变化的换算系数。定义为：定义为：即：即：式中：式中：B Bg g天然气体积系数，天然气体积系数，m m3 3/(/(标标)m)m3 3；V Vscsc一定量天然气在标准状
25、况下的体积，一定量天然气在标准状况下的体积，(标标)m)m3 3；VV一定量天然气在油气层条件下的体积，一定量天然气在油气层条件下的体积，m m3 3。scgVVB第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性 在地面标准状况下，通常认为天然气近似在地面标准状况下，通常认为天然气近似理想气体，即压缩因子理想气体，即压缩因子Z Z为为1 1：在油气藏压力为在油气藏压力为P P、温度为、温度为T T 的条件下，则的条件下，则同样数量的天然气所占的体积同样数量的天然气所占的体积V V 可按压缩状态可按压缩状态方程求出：方程求出：scscscPnRTVPZnRTV 第三节第三节 天然气的高压物性天然气
26、的高压物性将上述两式代入定义式可得：将上述两式代入定义式可得：式中：式中：B Bg g 的单位是的单位是m m3 3标标 m m3 3；t t 为油气层温度为油气层温度，PZPtPTZTPVVBscscscscg293273第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性图2 6 某 天 然气气样 P-Bg关系0.000.010.020.030.040.050.06020406080100P，M PaBg，m3/标m31205第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性 在气藏开发过程中，随着气体的不断采在气藏开发过程中，随着气体的不断采出，油气藏压力在不断降低，而油气藏温度出，油气藏压力在不
27、断降低，而油气藏温度可视为常数，此时，可将可视为常数，此时，可将B Bg g仅视为油气藏压力仅视为油气藏压力的函数，即的函数，即B Bg gCZCZP P，（，（C C为系数）。为系数）。第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性二、二、天然气的等温压缩率天然气的等温压缩率 在油气藏工程计算中，特别是考虑油气藏弹性在油气藏工程计算中，特别是考虑油气藏弹性储量大小时，需要计算随着压力的改变，气体体积储量大小时，需要计算随着压力的改变，气体体积的变化率，为此引入了气体等温压缩率的概念。的变化率，为此引入了气体等温压缩率的概念。，其数学表达式为：其数学表达式为：TgPVVC)(1第三节第三节 天
28、然气的高压物性天然气的高压物性单组分气体：单组分气体：多组分气体：多组分气体：PZZPCg11prpcprpcgPZZPPPPZZPC1111)11(1prprpcPZZPP第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性 有时人们将有时人们将CgCg无因次化，即视对比压缩系数无因次化，即视对比压缩系数C Cprpr，它可由已知的视对比参数（它可由已知的视对比参数（P Pprpr，T Tprpr）由图）由图2626查出。查出。图图2-6 2-6 天然气的视对比压缩系数（天然气的视对比压缩系数（C Cprpr ）第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性三、天然气的粘度三、天然气的粘度 气体的
29、粘度取决于气体的粘度取决于气体的组成、压力和温度气体的组成、压力和温度。在。在高压和低压下（高压与低压区的划分见图（高压和低压下（高压与低压区的划分见图（2 27 7），），其变化规律不同。）其变化规律不同。）00.20.40.60.811.21.41.60246810TrPr高压区（稠气体）低压区（稀气体）图图2-7 2-7 计算气体粘度时高压区与低压区的划分计算气体粘度时高压区与低压区的划分第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性1 1、低压下的气体粘度、低压下的气体粘度 (1)(1)气体粘度与压力无关气体粘度与压力无关(2)(2)随温度增加气体粘度随温度增加气体粘度增大增大 (3)
30、(3)烃类气体的粘度随分烃类气体的粘度随分子量的增加而减少子量的增加而减少(4)(4)非烃类气体的粘度较非烃类气体的粘度较大大图图2-8 2-8 常压下单组分烃的绝对粘度常压下单组分烃的绝对粘度第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性2 2、高压下的气体粘度、高压下的气体粘度 气体在高压下的粘度不同于在低压下的气体在高压下的粘度不同于在低压下的粘度，它：粘度，它：(1)(1)随压力的增加而增加随压力的增加而增加(2)(2)随温度的增加而减少随温度的增加而减少(3)(3)随分子量的增加而增加，即具有类似于液随分子量的增加而增加，即具有类似于液体粘度的特性体粘度的特性第三节第三节 天然气的高
31、压物性天然气的高压物性这是因为在高压下，气体分子间的这是因为在高压下，气体分子间的相互作用力成为主导作用，气体层间产相互作用力成为主导作用，气体层间产生单位速度梯度所需的层面剪切应力很生单位速度梯度所需的层面剪切应力很大，因而粘度很大。大，因而粘度很大。第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性3 3、确定天然气粘度的方法、确定天然气粘度的方法 (1)Carr(1)Carr（19541954）粘度图版法）粘度图版法第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性3 3、确定天然气粘度的方法、确定天然气粘度的方法 第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性高压粘度=大气压时粘度*粘度比 （
32、4 4）经验公式法（）经验公式法（1 1）剩余粘度法剩余粘度法常用的是剩余粘度法：常用的是剩余粘度法：（261261）式中：式中：高压天然气粘度，高压天然气粘度，mPamPa.s s10102 2；o o低压天然气粘度，低压天然气粘度，mPamPa.s s10102 2；系数；系数；)111.1exp()439.1exp(08.1)(858.10prpr3/22/16/1/pcpcPMT pr/pc天然气视对比密度；PCPpc/(ZRTpc)天然气视临界密度；iiMyM天然气分子量；ciiZyZ压缩系数。第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性3 3、确定天然气粘度的方法、确定天然气粘度
33、的方法 (2)(2)经验公式法经验公式法 思考题：思考题：1、何谓天然气体积系数？、何谓天然气体积系数？2、天然气压缩系数？、天然气压缩系数？第三节第三节 天然气的高压物性天然气的高压物性课程导入课程导入前面介绍的是干天然气（不含水蒸气），本节前面介绍的是干天然气（不含水蒸气），本节介绍含水蒸气的湿天然气。介绍含水蒸气的湿天然气。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 本节主要内容：本节主要内容：一、天然气中水蒸气含量一、天然气中水蒸气含量1 1、绝对湿度、绝对湿度2 2、相对湿度、相对湿度3 3、天然气含水量的确定方法、天然气含水量的确定方法二、天然气水合物二、天然气水合
34、物1 1、什么是水合物、什么是水合物2 2、水合物的形成与天然气水合物资源、水合物的形成与天然气水合物资源3 3、天然气开采过程中，防止井筒出现水合物、天然气开采过程中，防止井筒出现水合物4 4、气态天然气转变为水合物状态储运、气态天然气转变为水合物状态储运 第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 一、天然气的含水量一、天然气的含水量 由于天然气在地下长期与地层水接触，天然气由于天然气在地下长期与地层水接触，天然气或多或少会溶解在水中，同时一部分水蒸汽进入天或多或少会溶解在水中，同时一部分水蒸汽进入天然气中。然气中。1 1、绝对湿度、绝对湿度每每1m1m3 3的湿天然气所含
35、水蒸汽的质量称为绝对湿的湿天然气所含水蒸汽的质量称为绝对湿度，其关系式如下：度，其关系式如下：第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 X X绝对湿度，绝对湿度，kg/mkg/m3 3；W W 水蒸汽的质量，水蒸汽的质量，kgkg；V V湿天然气的体积，湿天然气的体积，m m3 3；P Pswsw水蒸汽的分压，水蒸汽的分压，PaPa；T T湿天然气的绝对温度，湿天然气的绝对温度，K K；R Rw w水蒸汽的气体常数。水蒸汽的气体常数。TRPVWXwvw 第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 2 2、相对湿度、相对湿度 在同样的温度下，绝对湿度与饱和绝对湿
36、度之在同样的温度下，绝对湿度与饱和绝对湿度之比，称为相对湿度比，称为相对湿度：绝对干燥的天然气绝对干燥的天然气 ，则，则 ；当湿天；当湿天然气达到饱和时则然气达到饱和时则 ，对一般湿天然，对一般湿天然气有气有 。swvwsPPXX0vwP0swvwPP10 第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 3 3、天然气含水量的确定方法、天然气含水量的确定方法 在实践中广泛应用实验曲线方法计算天在实践中广泛应用实验曲线方法计算天然气中含水蒸汽量。然气中含水蒸汽量。MckettaMcketta和和WeheWehe于于19581958年根据实测资料研制出计算天然气中含水量年根据实测资料研
37、制出计算天然气中含水量相关图（图相关图（图2 29 9）。该图表示不同温度和压）。该图表示不同温度和压力下天然气的饱和含水蒸汽量图，又称天然力下天然气的饱和含水蒸汽量图，又称天然气的露点图。气的露点图。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 图图2-9 2-9 天然气含水量（据天然气含水量（据Mcketta-WeheMcketta-Wehe，19581958）第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 二、二、天然气水合物天然气水合物 1 1、什么是水合物、什么是水合物 天然气水合物是在一定温度、压力条件下，天然气水合物是在一定温度、压力条件下，水和低分子量
38、烃或非烃组分所形成的结晶状笼水和低分子量烃或非烃组分所形成的结晶状笼形化合物，其中水分子借助氢键形成主体结晶形化合物，其中水分子借助氢键形成主体结晶网络，晶格中孔穴内充满轻烃或非烃气体分子。网络，晶格中孔穴内充满轻烃或非烃气体分子。依据与水相接触的气体分子的大小与形状，水依据与水相接触的气体分子的大小与形状，水分子形成一定结构的构架，而其孔穴填满的程分子形成一定结构的构架，而其孔穴填满的程度取决于体系的温度和压力。度取决于体系的温度和压力。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 图图2-10 2-10 水合物结构类型水合物结构类型 第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然
39、气和天然气水合物 2 2、石油工业中研究水合物有三个方面的工程、石油工业中研究水合物有三个方面的工程意义：意义：(1)(1)水合物作为一种资源，可能储存在一定条水合物作为一种资源，可能储存在一定条件的地层中，件的地层中，(2)(2)天然气开采过程中，井筒或气嘴后出现的天然气开采过程中，井筒或气嘴后出现的水合物，对天然气流动有重要影响，水合物，对天然气流动有重要影响，(3)(3)在地面上，气态的天然气可转化为水合物在地面上，气态的天然气可转化为水合物状态，从而实现高效的储运。状态，从而实现高效的储运。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 (1)(1)水合物的形成与天然气水合
40、物资源水合物的形成与天然气水合物资源 由于储层内部含有地层水，因而一般认为在地由于储层内部含有地层水，因而一般认为在地层条件下，处于气相的烃类气体混合物实际上是被层条件下，处于气相的烃类气体混合物实际上是被水蒸汽所饱和。但在一定温度、压力下，天然气会水蒸汽所饱和。但在一定温度、压力下，天然气会与水相互作用而形成水合物。水合物为固体结晶物，与水相互作用而形成水合物。水合物为固体结晶物，像雪或冰，密度为像雪或冰，密度为0.880.90g0.880.90gcmcm3 3，一般而言，一般而言，1m1m3 3气体水合物中含有气体水合物中含有0.87m0.87m3 3的水和的水和70240m70240m3
41、 3（标）的气，（标）的气，含气量的多少取决于气体的组成。含气量的多少取决于气体的组成。几种气体形成水合物的条件见图几种气体形成水合物的条件见图211211。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 形成形成不形不形成成图图2-11 2-11 纯组分气体水合物形成的条件纯组分气体水合物形成的条件 第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 (2)(2)天然气开采过程中，防止井筒出现水合物天然气开采过程中，防止井筒出现水合物 在天然气从地层向地面流动过程中，压力在天然气从地层向地面流动过程中，压力和温度都会降低，特别当气体通过油嘴或针形和温度都会降低，特别当气体
42、通过油嘴或针形阀时，因节流而降压，气体发生膨胀，温度大阀时，因节流而降压，气体发生膨胀，温度大大降低，为天然气中所含水蒸汽形成水合物创大降低，为天然气中所含水蒸汽形成水合物创造了条件。一旦水合物形成，就会堵塞管线，造了条件。一旦水合物形成，就会堵塞管线，使气流受阻或中断使气流受阻或中断(停产停产)，影响正常生产。，影响正常生产。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 天然气中含有水分是形成水合物的天然气中含有水分是形成水合物的内在因素。因此，脱去天然气中的水分内在因素。因此，脱去天然气中的水分是杜绝水合物形成的根本途径。此外，是杜绝水合物形成的根本途径。此外，如提高节流前后
43、天然气的温度或在节流如提高节流前后天然气的温度或在节流阀前注入抑制剂等都能有效地阻止管线阀前注入抑制剂等都能有效地阻止管线中水合物的形成。中水合物的形成。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 (3)(3)气态天然气转变为水合物状态储运气态天然气转变为水合物状态储运 天然气一般使用管道输运，但不便使用天然气一般使用管道输运，但不便使用管道输运时，需要高压容器运输，这一方面管道输运时，需要高压容器运输，这一方面储运效率低，另一方面高压也不安全。如果储运效率低，另一方面高压也不安全。如果将天然气转化为水合物运输，则可以实现高将天然气转化为水合物运输，则可以实现高效、安全储运，目前这一技术尚在研究中。效、安全储运，目前这一技术尚在研究中。第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物 思考题思考题1 1、什么是天然气水合物？、什么是天然气水合物？2 2、水合物形成的条件是什么？、水合物形成的条件是什么？第四节第四节 湿天然气和天然气水合物湿天然气和天然气水合物
