1、储层流体的物理性质储层流体的物理性质 所谓储层流体是指储存于地下的石油、天然气所谓储层流体是指储存于地下的石油、天然气和地层水。其特点是处于地下的高温高压条件下，和地层水。其特点是处于地下的高温高压条件下，特别是其中的石油溶解有大量的气体，从而使处于特别是其中的石油溶解有大量的气体，从而使处于地下的油藏流体的物理性质与其在地面的性质有很地下的油藏流体的物理性质与其在地面的性质有很大的差别。大的差别。第一节第一节 油藏烃类的相态特征油藏烃类的相态特征本节重点：本节重点：1 1、油气藏的分类；、油气藏的分类；2 2、多组分相图的特征；、多组分相图的特征；3 3、反凝析气藏的特点及合理开发方式；、反
2、凝析气藏的特点及合理开发方式；本节难点：本节难点：1 1、多组分相图的特征；、多组分相图的特征；2 2、反凝析现象；、反凝析现象；一、油藏烃类的化学组成和分类一、油藏烃类的化学组成和分类油气藏流体组成及常油气藏流体组成及常P、T相态相态 C1,C4,C5C16,C17CnH2n+2,N2,CO2及及N、S、O化合物化合物 气态气态液态液态固态固态n 石油和天然气的化学组成主要是复杂的碳氢化合物的混合石油和天然气的化学组成主要是复杂的碳氢化合物的混合物，主要是烷烃、环烷烃、芳香烃及烃类与氧、硫、氮的物，主要是烷烃、环烷烃、芳香烃及烃类与氧、硫、氮的化合物。化合物。1 1、油藏流体的化学组成及分类
3、、油藏流体的化学组成及分类按矿藏：按矿藏：气藏气、油藏气、凝析气气藏气、油藏气、凝析气按汽油蒸汽的含量：按汽油蒸汽的含量：湿气：汽油含量大于湿气：汽油含量大于100g/m100g/m3 3 干气：汽油含量小于干气：汽油含量小于100g/m100g/m3 3 按含硫量的多少：按含硫量的多少：酸气：每酸气：每1 1m3天然气中含硫量大于天然气中含硫量大于1g1g净气：每净气：每1 1m3天然气中含硫量小于天然气中含硫量小于1g1g2、天然气的分类、天然气的分类一、油藏烃类的化学组成和分类一、油藏烃类的化学组成和分类1 1）比重（）比重（中国炼油中国炼油）轻质油轻质油 0.963 3 3、石油的分类
4、、石油的分类2）含硫量）含硫量（影响设备）（影响设备）少硫油少硫油 含硫含硫0.5%一、油藏烃类的化学组成和分类一、油藏烃类的化学组成和分类4）含蜡量）含蜡量少蜡油少蜡油 含蜡量含蜡量 1%含蜡油含蜡油 含蜡量含蜡量 1-2%高含蜡油高含蜡油 含蜡量含蜡量 2%3）含胶质、沥青质量（影响开采方法）含胶质、沥青质量（影响开采方法）少胶油少胶油 胶质、沥青质含量胶质、沥青质含量8%胶质油胶质油 胶质、沥青质含量胶质、沥青质含量 8-25%多胶油多胶油 胶质、沥青质含量胶质、沥青质含量 25%5）原油粘度）原油粘度 轻质油轻质油 粘度粘度5-10mpa.s 一般原油一般原油 粘度粘度30-50mpa
5、.s 重质原油重质原油 粘度粘度 50mpa.s一、油藏烃类的化学组成和分类一、油藏烃类的化学组成和分类（6 6）天然沥清矿：）天然沥清矿：11，10000cp 10000cp 4、油气藏分类、油气藏分类（1 1）气藏：以）气藏：以C C1 1为主，占为主，占85%85%以上，以上，C C2 2-C-C4 4较少，地面为气态较少，地面为气态 （2 2）凝析气藏：）凝析气藏：C C1 1-C-C8 8,地下为气态，地面有液态，地下为气态，地面有液态，=0.6-0.7=0.6-0.7（3 3）临界凝析气藏：）临界凝析气藏：T T地地=T=TC C，油气间无明显界限，油气间无明显界限，=0.7-0.
6、8=0.7-0.8（4 4）油藏：液态烃为主，可带有气顶，油中溶有气，）油藏：液态烃为主，可带有气顶，油中溶有气，=0.8-0.94=0.8-0.94（5 5）重质油藏：）重质油藏：大，大，0.940.94以上以上;高，高，100-10000cp100-10000cp一、油藏烃类的化学组成和分类一、油藏烃类的化学组成和分类二、油藏烃类的相态表示方法二、油藏烃类的相态表示方法1 1、几个物理化学概念、几个物理化学概念 水水 单组分体系单组分体系H2O油油多组分体系多组分体系C3、C7、C20 水水 H2O（1 1）体系）体系 指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体。体系可分为单指一定范围内一种
7、或几种定量物质构成的整体。体系可分为单组分和多组分体系。组分和多组分体系。（2 2）相）相 水水 油油 体系内部物理性体系内部物理性质和化学性质完全均质和化学性质完全均匀的一部分称为匀的一部分称为“相相”。通常有气、液、固三通常有气、液、固三相。相与相之间有明相。相与相之间有明显的界面。显的界面。二、油藏烃类的相态表示方法二、油藏烃类的相态表示方法（3 3）组分）组分 形成体系的各种物质称该体系的组分，可以是单质或化合物。形成体系的各种物质称该体系的组分，可以是单质或化合物。（4 4）饱和蒸汽压力）饱和蒸汽压力 在一个密闭抽空的容器里，部分充有液体，容器温度保持一定，在一个密闭抽空的容器里，部
8、分充有液体，容器温度保持一定，处于气液相平衡时气相所产生的压力称为饱和蒸气压，体现为处于气液相平衡时气相所产生的压力称为饱和蒸气压，体现为气相分子对器壁的压力。气相分子对器壁的压力。二、油藏烃类的相态表示方法二、油藏烃类的相态表示方法 对于一个组成固定的体系，压力、温度和比容都是该体系对于一个组成固定的体系，压力、温度和比容都是该体系组成中相状态的函数。因此，对任一特定体系其状态方程可写组成中相状态的函数。因此，对任一特定体系其状态方程可写成：成：F（P、V、T）=0。将状态方程以图示法表示就是相图，即相图是以图形将状态方程以图示法表示就是相图，即相图是以图形方式表示体系的相状态。方式表示体系
9、的相状态。（5）相图相图二、油藏烃类的相态表示方法二、油藏烃类的相态表示方法相图相图 二、油藏烃类的相态表示方法二、油藏烃类的相态表示方法 （b b）平面相图）平面相图 V VL LT Tp pC C二、油藏烃类的相态表示方法二、油藏烃类的相态表示方法固定一个参变量，固定一个参变量，改变其它两个参数，改变其它两个参数，即可得到即可得到 平面相图。平面相图。（c c）三角相图）三角相图 适用于温度、压力一定，而组成变化的情况。适用于温度、压力一定，而组成变化的情况。CC2C6 C1 C7+23130603060二、油藏烃类的相态表示方法二、油藏烃类的相态表示方法1.1.单组分体系的相态特征单组分
10、体系的相态特征CFG液体液体蒸蒸汽汽A 曲线的终点曲线的终点C C为临界为临界点，该点的温度和压力点，该点的温度和压力分别称为这种物质的临分别称为这种物质的临界温度（界温度（T TC C）和临界压）和临界压力（力（P PC C），），三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征ACT液液气气特点：特点：无两相共存区：缩小为两无两相共存区：缩小为两相共存线，称为饱和蒸汽压相共存线，称为饱和蒸汽压线；线；临界点是两相能够共存的临界点是两相能够共存的最高温度点和最高压力点最高温度点和最高压力点 TTTTc c,p,p 也不会产生液也不会产生液相；相；Tc pc p三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的
11、相态特征a.a.泡点：泡点：在一定温度下，开始从液相中分离出第一在一定温度下，开始从液相中分离出第一批气泡的压力点；或在一定压力下，开始从液相中批气泡的压力点；或在一定压力下，开始从液相中分离出第一批气泡的温度点。泡点连线即为泡点线。分离出第一批气泡的温度点。泡点连线即为泡点线。b.b.露点：露点：在一定温度下，从气相中凝结出第一批液在一定温度下，从气相中凝结出第一批液滴的压力。露点连线即为露点线。滴的压力。露点连线即为露点线。2 2、主要概念、主要概念三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征3.3.单组分相图分析单组分相图分析a.a.饱和蒸汽压线是两相共存的轨迹，即泡点线和露点线的共同饱
12、和蒸汽压线是两相共存的轨迹，即泡点线和露点线的共同轨迹，单组分体系的饱和蒸汽压线、泡点线、露点线三线合一，轨迹，单组分体系的饱和蒸汽压线、泡点线、露点线三线合一，即温度一定时，气相凝结为液相和液相蒸发为气相的压力相等。即温度一定时，气相凝结为液相和液相蒸发为气相的压力相等。b.b.饱和蒸汽压曲线是气液状态的分界线，上部为液相，下部饱和蒸汽压曲线是气液状态的分界线，上部为液相，下部为气相。为气相。c.c.临界点是气液共存的最高温度和最高压力点。临界点是气液共存的最高温度和最高压力点。三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征d.d.饱和蒸汽压反应了液体挥发的难易程度，饱和蒸汽压反应了液体挥发的
13、难易程度，蒸汽压越高，说明越容易挥发。蒸汽压越高，说明越容易挥发。三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征e.e.几种纯物质的饱和蒸汽压曲线和常见的压力、温度范围。几种纯物质的饱和蒸汽压曲线和常见的压力、温度范围。三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征4.4.双组分相图双组分相图C C2 2H H6 6C C7 7H H1616C7C2CTCPC0%20%40%60%80%100%FE三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征C C2 2H H6 6C C7 7H H1616C7C2CTCPC0%40%60%80%100%FE20%(1)双组分相图的构成FCPC为泡点线；ECTC为
14、露点线；泡点线与露点线的交点为系统的临界点C；但C 点已不是两相共存的最高温度和压力，而两相共存的最高温度和最高压力分别为CT、CP点所对应的温度、压力，分别称为临界凝析温度和临界凝析压力。泡点线的上部为液相区；露点线的下部和外部为气相区；泡点线和露点线所包围的区域为两相区；两相区内的细线为等液量线。C C2 2H H6 6C C7 7H H1616C7C2CTCPCFE（2 2）两组分相图的特点）两组分相图的特点三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征a.a.临界点的特征临界点的特征 泡点线和露点线的交点泡点线和露点线的交点为临界点，该点并非两相共为临界点，该点并非两相共存的最高点；存的
15、最高点；临界凝析压力为两相共临界凝析压力为两相共存的最高压力，临界凝析温存的最高压力，临界凝析温度为两相共存的最高温度。度为两相共存的最高温度。重组分增加，临界点右移。重组分增加，临界点右移。三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征临临界界点点的的位位置置取取决决于于组组分分的的性性质质三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征b.b.两相区的特征两相区的特征两种组分的差别越大，两两种组分的差别越大，两相区面积越大。相区面积越大。（2 2）双组分相图的特点）双组分相图的特点（3 3）相图总结）相图总结a.三点三点 临界点临界点C C临界凝析温度临界凝析温度C CT T临界凝析压力临界凝析
16、压力C CP Pb.两线两线泡点线泡点线露点线露点线c.三区三区液相区液相区气相区气相区两相区两相区d.两反常区两反常区等压反常凝析区等压反常凝析区 :炼油中发生炼油中发生等温反常凝析区等温反常凝析区 :油田开发中发生油田开发中发生5 5、多组分相图、多组分相图(1)(1)多组分相图特征多组分相图特征三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征温度，温度，T T压力，压力，P PC CP PC CT TC CA AB B75%75%50%50%25%25%H HD D1 12 23 34 45 56 6液液气气2 2 点点4 4：反凝析气藏。投产后，压力降至上露点线（第二露点线）：反凝析气藏。
17、投产后，压力降至上露点线（第二露点线）开始出现液滴。出现范围开始出现液滴。出现范围T TC C T T T TN N 。点点1 1：油藏（单一液相），未饱和油藏（低饱和油藏），位于泡：油藏（单一液相），未饱和油藏（低饱和油藏），位于泡点线上方，温度低于临界温度。点线上方，温度低于临界温度。点点2 2 ：饱和油藏，：饱和油藏，2 2 点所对应的压力即为油藏的原始饱和压力，点所对应的压力即为油藏的原始饱和压力，点点2 2：有原始气顶的油藏（过饱和油藏：有原始气顶的油藏（过饱和油藏 ）点点3 3：易挥发油藏，温度接近临界温度，泡点线上方。：易挥发油藏，温度接近临界温度，泡点线上方。点点5 5：气藏，
18、等温降压无液体出现。：气藏，等温降压无液体出现。T T T TN N，临界凝析温度右侧。，临界凝析温度右侧。点点6 6：带有反转凝析气顶的油藏。位于反凝析区内。：带有反转凝析气顶的油藏。位于反凝析区内。(2)(2)判断油气藏类型判断油气藏类型等温反凝析区相图等温反凝析区相图6 6、等温反凝析现象、等温反凝析现象随着地层流体的随着地层流体的采出，可视为地采出，可视为地层温度不变（等层温度不变（等温）而压力在不温）而压力在不断降低，故研究断降低，故研究等温反凝析区。等温反凝析区。温度，温度，TC气液两相区气液两相区液液气气CpFAJGp三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征对对AF(T=co
19、nst)AB，单一气相，单一气相BD，凝析量，凝析量(两相两相,反常反常)DE，凝析量，凝析量(两相，蒸发两相，蒸发)EF，单一气相，单一气相反凝析现象：因反凝析现象：因p 而凝析液而凝析液量反而量反而 的现象。的现象。ABDECFTCT（1 1）等温反凝析过程）等温反凝析过程 （2）反凝析现象的本质反凝析现象的本质a.a.等温降压，系统两次经过同一等液量线；等温降压，系统两次经过同一等液量线；三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征b.b.临界点附近，烃类体处于高温、高压下临界点附近，烃类体处于高温、高压下,气多、油少，且气多、油少，且油质轻，气重油质轻，气重,所以液体溶于气中所以液体溶
20、于气中,呈雾状存在；呈雾状存在；c.c.当当p p降低时降低时,气分间距增大气分间距增大,引力不断下降，气体分子对油引力不断下降，气体分子对油分子的引力减弱分子的引力减弱,所以气体分子托不住液体分子，液体分子所以气体分子托不住液体分子，液体分子分离出来，凝析成液滴分离出来，凝析成液滴;d.d.当凝析物（液量）达到一定数量时，随着压力进一步降当凝析物（液量）达到一定数量时，随着压力进一步降低低,凝析物的分子间距增大凝析物的分子间距增大,则出现正常蒸发现象。则出现正常蒸发现象。（2）反凝析现象的本质反凝析现象的本质三、油藏烃类的相态特征三、油藏烃类的相态特征C1含量占含量占70-98%,70-98
21、%,且无液烃析出且无液烃析出的气藏，的气藏，C C2 2-C-C4 4的含量的含量5%,5%,天然气天然气中中C C5 5以上的组分几乎没有。以上的组分几乎没有。b.b.露点线右侧的气相区很大，地层露点线右侧的气相区很大，地层条件点和油气分离器条件点均在露条件点和油气分离器条件点均在露点线外侧，连线不穿过两相区点线外侧，连线不穿过两相区 。p地,T地 p分,T分（1 1）干气气藏）干气气藏 四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图1 1、典型油气藏的相图、典型油气藏的相图p地,T地 p分,T分。（2 2）湿气气藏）湿气气藏 四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图p地,T地 p分,T分（3 3
22、）凝析气藏）凝析气藏特点：特点：地层压力高于露点压力，地层温地层压力高于露点压力，地层温度介于临界温度和临界凝析温度度介于临界温度和临界凝析温度之间。之间。在地层原始条件下，流体以单相在地层原始条件下，流体以单相气体存在。气体存在。压力下降后，凝析出液态烃，在压力下降后，凝析出液态烃，在分离器会有更多烃液析出分离器会有更多烃液析出R Rs s=534-=534-26700,26700,=0.74=0.74 四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图p地,T地 p分,T分（4 4）轻质油藏）轻质油藏特点：特点：地层条件点位于泡点线上方、临界地层条件点位于泡点线上方、临界点的左侧。点的左侧。油藏流体
23、在地层原始条件下以单相油藏流体在地层原始条件下以单相液体存在。液体存在。等液量线比较系稀疏，密集于泡点等液量线比较系稀疏，密集于泡点线。线。R Rs s=360-530=360-530，0.78(0.78(地下地下溶气油溶气油)，原油颜色浅。，原油颜色浅。四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图p分,T分 p地,T地 p分,T分（5 5）重质油藏）重质油藏 四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图稠油资源（摘自第七届重油及沥青砂国际论文集）稠油资源（摘自第七届重油及沥青砂国际论文集）四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图沥青资源分布（摘自第七届重油及沥青砂国际论文集）沥青资源分布（摘自第七届
24、重油及沥青砂国际论文集）四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图2 2、典型油气藏变化规律、典型油气藏变化规律a.a.两相区面积大小不同，区两相区面积大小不同，区内等液量线分布不同；内等液量线分布不同；b.b.包络线上临界点的位置不包络线上临界点的位置不同，随重组分含量增加，临同，随重组分含量增加，临界点由左向右偏移。界点由左向右偏移。c.c.重烃组分增加、密度、粘重烃组分增加、密度、粘度增加，颜色加深。度增加，颜色加深。思考：油气藏开采过程穿过两相区时，地层中流体的相态变化思考：油气藏开采过程穿过两相区时，地层中流体的相态变化 四、典型油气藏的相图四、典型油气藏的相图五、试说明油气藏相图的应
25、用五、试说明油气藏相图的应用1.1.判断油藏的类型；判断油藏的类型；2.2.选择合理的开发条件；选择合理的开发条件；3.3.预测地层油的饱和压力；预测地层油的饱和压力；4.4.提出提高原油采收率的方法。提出提高原油采收率的方法。第二节 天然气的物理性质本节重点：本节重点：1 1、天然气的状态方程、对应状态原理、天然气的状态方程、对应状态原理2 2、天然气的高压物性参数及影响因素、天然气的高压物性参数及影响因素本节难点：本节难点：1 1、对应状态原理、对应状态原理2 2、压缩因子的求解、压缩因子的求解第二节第二节 天然气的物理性质天然气的物理性质 天然气是指从地下采出的，常温常压下为气态的天然气
26、是指从地下采出的，常温常压下为气态的烃类和少量非烃类气体的混合物。烃类和少量非烃类气体的混合物。天然气所包含的烷烃系列从天然气所包含的烷烃系列从CHCH4 4C C5 5H H1212，其中甲烷，其中甲烷含量可高达含量可高达70%70%98%98%，乙烷含量小于，乙烷含量小于10%10%，以及少量，以及少量丙烷、丁烷、戊烷等（一般仅占百分之几），非烃类丙烷、丁烷、戊烷等（一般仅占百分之几），非烃类气体有：气体有：SOSO2 2、N N2 2、H H2 2S S、O O2 2、H H2 2、COCO2 2等。等。一、常温常压下天然气的物理性质一、常温常压下天然气的物理性质1.天然气组成的表示方法
27、天然气组成的表示方法（1 1）摩尔组成）摩尔组成(摩尔分数）摩尔分数）（2 2）体积组成）体积组成n n1 1i ii ii ii iN Ny yNn n1 1i ii ii ii iV VV Vy y符合阿佛加德罗定律的气体摩尔组成与体积组成相等符合阿佛加德罗定律的气体摩尔组成与体积组成相等（3 3）重量组成）重量组成n n1 1i ii ii ii iW WW WG Gn n1 1i ii ii ii iG GG GY YiiMM/（4 4）重量组成可换算为摩尔组成）重量组成可换算为摩尔组成原油的组成如何表示？原油的组成如何表示？一、常温常压下天然气的物理性质一、常温常压下天然气的物理性质
28、2.天然气的分子量、密度和相对密度天然气的分子量、密度和相对密度（1 1）分子量）分子量分子量：在分子量：在0 0 C,0.1MPaC,0.1MPa压力下压力下,体积为体积为22.4L22.4L天然气的重量。天然气的重量。niiiMyM1 天然气的分子量随组成不同而变化，无固定值，人们引天然气的分子量随组成不同而变化，无固定值，人们引入了入了“视分子量视分子量”的概念来解决混合物的分子量问题的概念来解决混合物的分子量问题,亦可亦可称为平均分子量或分子量。称为平均分子量或分子量。一、常温常压下天然气的物理性质一、常温常压下天然气的物理性质公式：公式：（2 2）密度）密度 在相同温度和压力下，天然
29、气的密度与干燥空气密度之比。在相同温度和压力下，天然气的密度与干燥空气密度之比。已知已知 时，求天然气的分子量。时，求天然气的分子量。（3 3）相对密度（比重）相对密度（比重）Vgmag29gM（0.5-0.70.5-0.7，比空气轻），比空气轻）一、常温常压下天然气的物理性质一、常温常压下天然气的物理性质理想气体的状态方程理想气体的状态方程:二、天然气的状态方程和对应状态原理二、天然气的状态方程和对应状态原理1 1.理想气体的状态方程理想气体的状态方程 所谓所谓理想气体是一种假想气体，该气体分子理想气体是一种假想气体，该气体分子无体积且气体分子之间无相互作用力。无体积且气体分子之间无相互作用
30、力。适用条件：分子无体积，且分子间无相互作用力。适用条件：分子无体积，且分子间无相互作用力。PV=nRT2.2.真实气体的状态方程真实气体的状态方程 概况：概况：范德华范德华(van der waals)1873年提出的硬球模型：年提出的硬球模型：2VVabRTp)1(V2VCVBRTp维里维里(virial)1901年提出：年提出：二、天然气的状态方程和对应状态原理二、天然气的状态方程和对应状态原理2.2.真实气体的状态方程真实气体的状态方程 （1）低温、低压下：）低温、低压下：(视为理想气体视为理想气体)PV=nRT（2）高温、高压下：）高温、高压下：（分子间力不可忽略）分子间力不可忽略）
31、PV=ZnRT （引入校正系数（引入校正系数Z）Z：压缩因子（偏差因子、偏差系数：压缩因子（偏差因子、偏差系数）Z=PV/nRT二、天然气的状态方程和对应状态原理二、天然气的状态方程和对应状态原理（3 3）压缩系数）压缩系数Z Z 的物理意义的物理意义Z=V实实/V理理 给定温度和压力下，相同摩尔数的实际气体所给定温度和压力下，相同摩尔数的实际气体所占体积与理想气体所占体积之比，反映了气体压缩占体积与理想气体所占体积之比，反映了气体压缩的难易程度。的难易程度。实际气体较理想气体易于压缩，体积较小；实际气体较理想气体易于压缩，体积较小；Z=1Z 1Z 1实际气体相当于理想气体；实际气体相当于理想
32、气体；实际气体较理想气体难于压缩，体积更大；实际气体较理想气体难于压缩，体积更大；A.单组分气体单组分气体Z=Z(P,T),可按气体所处的可按气体所处的P、T由图版查得。如由图版查得。如教材教材P7981的甲烷、乙烷、丙烷的的甲烷、乙烷、丙烷的Z值图版。值图版。a.a.实验法实验法 B.内插法内插法 已知已知T,P,但但T不在曲线上，可查不在曲线上，可查T1TT2，对应的，对应的Z1，Z2，然后内插求然后内插求Z；b.b.图版法图版法C.多组分气体压缩因子求法多组分气体压缩因子求法 按对应状态原理求。按对应状态原理求。(4)(4)压缩因子压缩因子Z Z的求法的求法二、天然气的状态方程和对应状态
33、原理二、天然气的状态方程和对应状态原理（1）对应状态原理（范德华）对应状态原理（范德华）3.3.对应状态原理对应状态原理对比压力、对比温度相同的两种气体，它们的对比体对比压力、对比温度相同的两种气体，它们的对比体积也近似相同，则称这两种气体处于对应状态。积也近似相同，则称这两种气体处于对应状态。当两当两种气体处于对应状态时，气体的许多内涵（与体积大种气体处于对应状态时，气体的许多内涵（与体积大小无关）性质（如压缩系数、粘度）也近似相同。小无关）性质（如压缩系数、粘度）也近似相同。PCTTPCppPCVV对比温度对比温度对比压力对比压力对比体积对比体积二、天然气的状态方程和对应状态原理二、天然气
34、的状态方程和对应状态原理（2 2）对应状态原理的应用）对应状态原理的应用式中：式中：Pci，Tci分别为组分分别为组分i i的的临界压力临界压力和和临界温度临界温度；Ppc，Tpc 分别为该气体的分别为该气体的视临界压力视临界压力和和视临界视临界温度温度；yi 组分组分i的摩尔分数。的摩尔分数。ciipcciipcTyTpyp定义为：定义为：a.a.视临界参数求解视临界参数求解若已知天然气比重，可直接计算或查表求的视临界参数：若已知天然气比重，可直接计算或查表求的视临界参数：098.0)5.0(1.327.46182)5.0(171pcpcpTb.b.计算天然气的视对比压力和温度计算天然气的视
35、对比压力和温度ciipcprciipcprTyTTTTpypppp具体计算步骤如下：具体计算步骤如下：计算某一天然气的视临界温度、压力；计算某一天然气的视临界温度、压力；计算视对比温度、视对比压力；计算视对比温度、视对比压力；按视对比温度、视对比压力查图版。按视对比温度、视对比压力查图版。由于引入视对应温度、压力，这样就可以把混合气体由于引入视对应温度、压力，这样就可以把混合气体（天然气）视为纯气体对待，故只要作出某一天然气的压（天然气）视为纯气体对待，故只要作出某一天然气的压缩因子缩因子Z Z 图版，即可由此图查出另一些天然气的图版，即可由此图查出另一些天然气的Z Z值。值。c.c.查图求查
36、图求Z Z值值二、天然气的状态方程和对应状态原理二、天然气的状态方程和对应状态原理组分组分摩尔分数摩尔分数临界温度临界温度yiTCi临界压力临界压力yipCiCH40.85190.516245.438.6C2h60.0930627.548.24.3C3H80.04369.614.8421.7n-C4H100.024258.537.50.8合计合计1iy4.45ciiPy8.212ciiTy例：已知天然气的组成，求例：已知天然气的组成，求49和和102MPa下的压缩因子下的压缩因子及及1mol所占体积所占体积？（1）求视临界参数）求视临界参数（2）求对比参数）求对比参数解：解：51.18.212
37、49273PCprTTT25.254.42.10pcprppPLpZnRTV2.02.10)49273(0082.01813.0（3）查表求得）查表求得 Z0.813（4）根据天然气的状态方程）根据天然气的状态方程例例2：参看教材：参看教材84页页三、天然气的体积系数和压缩系数三、天然气的体积系数和压缩系数1.1.体积系数体积系数B Bg g定义：气体在油层条件下所占体积与在标准状况定义：气体在油层条件下所占体积与在标准状况 （0 C，0.1MPa）下所占体积之比。）下所占体积之比。地面标准状况下体积：地面标准状况下体积：V Vsc sc=nRTnRTscsc/p pscsc油藏条件下体积：油
38、藏条件下体积：V V=Z=ZnRTnRT/p pBg=V/Vs c所以所以 B Bg g描述了当气体质量不变时，从地下到地面，由描述了当气体质量不变时，从地下到地面，由于压力、温度的改变所引起的体积膨胀大小于压力、温度的改变所引起的体积膨胀大小。pptZpTZTpVVBscscscscg273273三、天然气的体积系数和压缩系数三、天然气的体积系数和压缩系数2.2.压缩系数压缩系数C Cg g 定义：在等温条件下，天然气随压力变化的体积变化率。定义：在等温条件下，天然气随压力变化的体积变化率。TgpVVC1三、天然气的体积系数和压缩系数三、天然气的体积系数和压缩系数2)()(pZnRTpZpn
39、RTpVTTpnRTZV TgpZZpC11ppZnRTpZZpZnRTT1)(1ppZZpVVTT1)(1)(1由由得得方程两边同除以体积得方程两边同除以体积得三、天然气的体积系数和压缩系数三、天然气的体积系数和压缩系数3.压缩系数的计算压缩系数的计算例例2-3)001551.0)(89.01(68111TgpZZpC)/1(1016455大气压大气压）/1(001551.0,89.0pZZ求求20和和6.8MPa下甲烷的压缩系数下甲烷的压缩系数查图得查图得 三、天然气的体积系数和压缩系数三、天然气的体积系数和压缩系数多组分天然气的压缩系数如何求？多组分天然气的压缩系数如何求？见例见例2-4
40、111TprprpcgpZZppC三、天然气的体积系数和压缩系数三、天然气的体积系数和压缩系数四、天然气的粘度四、天然气的粘度F气体内摩擦阻力；气体内摩擦阻力；dv/dx速度梯度；速度梯度；流体粘度，又称动力粘度（绝对粘度）流体粘度，又称动力粘度（绝对粘度）dxdAF1.1.天然气粘度的计算公式天然气粘度的计算公式2.2.天然气粘度的影响因素天然气粘度的影响因素 粘度与温度、压力和气体组成有关，且高压与粘度与温度、压力和气体组成有关，且高压与低压下天然气的粘度变化规律不同。低压下天然气的粘度变化规律不同。（1 1）低压下（接近大气压）低压下（接近大气压）应用分子运动学原理解释：应用分子运动学原
41、理解释：v31四、天然气的粘度四、天然气的粘度随温度增加，粘度增加；随温度增加，粘度增加；压力变化对粘度几乎无影响。压力变化对粘度几乎无影响。1 1）已知天然气组成时，在）已知天然气组成时，在1atm1atm不同温度下的天不同温度下的天然气粘度按下式计算然气粘度按下式计算2/12/11iiiigigMYMY2 2）当非烃类气体含量大时须根据含量大小、）当非烃类气体含量大时须根据含量大小、M M及天及天然气比重查图然气比重查图2-272-27，对天然气在一个大气压下粘度，对天然气在一个大气压下粘度图版进行校正。图版进行校正。低压天然气粘度计算：低压天然气粘度计算：四、天然气的粘度四、天然气的粘度
42、随温度增加，粘度减小；随温度增加，粘度减小；随压力增加，粘度增加随压力增加，粘度增加;类似于液体的粘度。类似于液体的粘度。（2 2）高压下的变化规律）高压下的变化规律原因：原因：高压下气体的粘度取决于分子间作用力。高压下气体的粘度取决于分子间作用力。四、天然气的粘度四、天然气的粘度利用对应状态原理求，计算步骤：利用对应状态原理求，计算步骤：1 1）由比重、）由比重、M M、T T查出天然气的低压下的粘度，或已知组成用查出天然气的低压下的粘度，或已知组成用下式求。下式求。2 2）求天然气视临界参数）求天然气视临界参数PpcPpc，TpcTpc；3 3）求天然气视对比参数）求天然气视对比参数Ppr
43、Ppr，TprTpr；4 4）查图）查图2-282-28得得5 5）求该压力、温度下的气体粘度。）求该压力、温度下的气体粘度。2/12/11iiiigigMYMY12/gg1212/gggg高压下天然气粘度计算：高压下天然气粘度计算：第三节第三节 气体在石油中的溶解和分离气体在石油中的溶解和分离本节重点：本节重点：1 1、天然气的溶解度、天然气的溶解度2 2、一次脱气、多次脱气的特点、一次脱气、多次脱气的特点3 3、相态方程的建立、求解、应用、相态方程的建立、求解、应用本节难点：本节难点：1 1、相态方程的建立、相态方程的建立2 2、平衡常数的求解、平衡常数的求解一、天然气在原油中的溶解一、天
44、然气在原油中的溶解（2）享利定律：温度一定时，单组分气体在液体中的溶解度与压力成正比。即Rs=p一定温度和压力下，单位体积液体中溶解的气量，(标)米3/米3。表示液体中溶解气量的多少。：溶解系数，温度一定时，每增加单位压力时，单位体积液体中溶解的气量，表示液体溶解气体的能力（1 1）溶解度）溶解度R Rs s：Rs p1.1.单组分在石油中的溶解规律单组分在石油中的溶解规律 单组分气体分子中碳数越多，溶解度越高。单组分气体分子中碳数越多，溶解度越高。（3 3）单组分在石油中的溶解特点）单组分在石油中的溶解特点单组分在石油中的溶解符合亨利定律。单组分在石油中的溶解符合亨利定律。天然气在原油中的溶
45、解与单组分的溶解规律是否一致？天然气在原油中的溶解与单组分的溶解规律是否一致？一、天然气在原油中的溶解一、天然气在原油中的溶解2.天然气在原油中的溶解天然气向原油中溶解不符合亨利定律溶解曲线如图，OA段为曲线，P，但较大，重烃分子依次溶解。AB段为直线，P，不变，=常数，主要为单组分CH4分子溶解。溶解系数的求法，isiiPR 一、天然气在原油中的溶解一、天然气在原油中的溶解3 3、天然气的溶解规律、天然气的溶解规律(1)(1)油越轻，气越重，溶解度越大；油越轻，气越重，溶解度越大；(2)(2)温度越低，溶解度越大；温度越低，溶解度越大；(3)(3)压力越高，溶解度越大。压力越高，溶解度越大。
46、二、天然气从原油中的分离二、天然气从原油中的分离1.油气分离方式（脱气方式）（1 1）一次脱气（接触脱气、闪蒸脱气）的定义）一次脱气（接触脱气、闪蒸脱气）的定义 在油气分离过程中，一次或分几次将系统在油气分离过程中，一次或分几次将系统的压力降低到指定的脱气压力，但在油气分离的压力降低到指定的脱气压力，但在油气分离过程中分离出来的气体始终与油保持接触，系过程中分离出来的气体始终与油保持接触，系统的组成不变。统的组成不变。（2 2）一次脱气特点）一次脱气特点 a.a.在油气分离的过程中，分离出的气体与油在油气分离的过程中，分离出的气体与油始终保持接触，体系组成不变；始终保持接触，体系组成不变；b.
47、b.分离出的气多，剩余油少，即测出的分离出的气多，剩余油少，即测出的R RS S较高；较高；c.c.分出的气体较重，含轻质油较多，脱气油分出的气体较重，含轻质油较多，脱气油的比重较大。的比重较大。二、天然气从原油中的分离二、天然气从原油中的分离（3）多次脱气（微分脱气）多次脱气（微分脱气）定义：指脱气过程中逐级降压，并将每次脱出的气体及时排走后，液相再进行下一次脱气，系统组成逐级变化。特点：特点：a.a.脱气是在不断降压、不断排气，系统组成脱气是在不断降压、不断排气，系统组成 不断变化的条件下进行的；不断变化的条件下进行的；b.b.分离出的气少，剩余油多，即测出的分离出的气少，剩余油多，即测出
48、的RSRS较低；较低；c.c.分出的气体较轻，脱气油的比重较小。分出的气体较轻，脱气油的比重较小。二、天然气从原油中的分离二、天然气从原油中的分离（4）一次脱气和多次脱气的比较二、天然气从原油中的分离二、天然气从原油中的分离 在很多情况下，人们更关心采出油量的多少。在很多情况下，人们更关心采出油量的多少。因此，为了回收更多的原油，减少轻烃的损失，矿因此，为了回收更多的原油，减少轻烃的损失，矿场上尽量采用多次脱气方式。场上尽量采用多次脱气方式。2.2.油田开发和生产过程中的脱气油田开发和生产过程中的脱气矿场通常采用二级脱气矿场通常采用二级脱气1.相态方程的建立相态方程的建立 建立条件是油气烃类体
49、系在一定的压力、温度下处于热动力平衡状态。建立条件是油气烃类体系在一定的压力、温度下处于热动力平衡状态。设油气系统中液相和气相混合物的总量为设油气系统中液相和气相混合物的总量为1mol，在压力为，在压力为P、温度、温度为为T时两相达到热力学平衡。时两相达到热力学平衡。令液相中物质的摩尔分数为令液相中物质的摩尔分数为NL，气相中物质的摩尔分气相中物质的摩尔分数为数为Ng；则 NL+Ng=1 （1）如果油气系统是由n个组分组成，设任一组分i在气相中的摩尔浓度为yi，在液相中的摩尔浓度为xi，在整个系统中的摩尔浓度为ni，那么 ni=xiNL+yiNg （2）NLNg三、相态方程（闪蒸方程）三、相态
50、方程（闪蒸方程）将（1）、（2）两式联立可解得：)3()1(LiLiNxNxi ii ii ix xy yn n令 Ki=yi/xi （4）Ki即为任一压力、温度下，组分i在气、液相中的分配比例，常称为平衡常数或分配常数。将（4）代入（3），可得出i组分在液相中的浓度为：)5()1(LiiiNKKni ix x同理，可得到i组分在气相中的浓度为：)6()1(1giiiNKKni iy y 在平衡条件下，烃类体系在气、液两相中摩尔分数浓度之和必然等于1。则有：1111miimiiyx即)(N)K(KnmiLiii7111m m1 1i ii ix x)(N)K(Knmigiiimi811111i
