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油层物理学 第二章 油气藏流体的物理特性

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油藏及流体物理性质2

油藏及流体物理性质2

N Ah 1 Swc o / Bo
例题
例题2
某油藏含油面积为 14.4k ㎡，油层有效厚度 10m，孔隙度 20%，束缚水饱和度为 30%，原油 地下体积系数1.2(地下体积与地面脱气后体积 比 )，原油密度为 860kg/m ³，计算油藏的原始 含油储量。 So 1 Swc
实质是指油层压力每降低单位值时，单位体积岩石 内孔隙体积的变化量
1.2 储集层岩石的物理性质
三、岩石的渗透率
达西定律
Ap qK L
qL K Ap
例题
P1

P2
A
L
例题1
有一块砂岩岩心，长度为3cm，横截面积2c㎡ 其中只有水通过（百分之百含水）。水的粘度 1mPa〃s，在压差0.2mPa下通过岩心流量为 0.5cm³/s，求砂岩渗透率
二、岩石的压缩系数
pf
岩石骨架颗粒 岩石孔隙
岩石受压缩使孔隙体积减小的数值，用压缩系数 C f 表示
1.2 储集层岩石的物理性质
岩石的压缩系数 岩石受压缩使孔隙体积减小的数值，用压缩系数 C f 表示
dVp 1 Cf V f dp
dVp —油层压力降低 dp 时，孔隙体积的缩小值 V f —岩石表观体积
qL K Ap
1.2 储集层岩石的物理性质
四、岩石中的流体饱和度
油相饱和度 气相饱和度 水相饱和度 油水两相共存 三相共存
So
油相体积
Vo V 100% o 100% VP V f 气相体积
Sg
Sw
Vg VP
100%
Vg
V f
100%
水相体积
Vw V 100% w 100% VP V f

油藏流体的物理性质

油藏流体的物理性质

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）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）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
3.2 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
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
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

油气藏流体性质

油气藏流体性质

油气藏流体性质油气藏是地球上一种特殊的储存形式，其对应储存的是石油和天然气等能源。

而油气藏的流体特性则极为重要，直接决定了储油储气能力以及开采方式等因素。

下面将就油气藏流体性质进行详细探讨。

1. 性质（1）物理性质：油气藏储存的主要是石油和天然气这两种化学物质，在常温下，二者都属于液态和气态物质。

天然气的密度约为空气的1/5，比石油轻，即石油的密度约为水的0.8倍。

而且，石油和天然气的比热容和热传导率都十分低，因此容易受到温度的影响。

此外，石油和天然气都具有极强的不可压缩性，这使得油气藏在地层中能够保持较为稳定的储存状态。

（2）化学性质：石油和天然气都属于有机化合物，具有较强的多态性和化学反应性。

其中，石油主要由碳、氢、氧、硫、氮等元素组成，而天然气则主要由甲烷等气态烷烃组成，具有较高的可燃性。

此外，在地层中，石油和天然气常常受到各种化学反应的影响，如与地层矿物、水等进行反应，从而产生了不同的化学物质。

这些化学反应也会对油气藏的开采和利用造成不同程度的影响。

（3）流动性和渗透性：油气藏的流体特性主要表现为其流动性和渗透性。

在油气藏中，石油和天然气都是通过孔隙、裂隙等细小空间流动和传输的。

但由于油气藏中的孔隙、裂隙等空间结构通常是非均匀的，因此其流动和传输性能也表现出明显的非均质性。

此外，油气藏的流体性态也受到地层温度、压力、降雨等因素影响，进而影响了油气流动的速率和方向。

2. 影响因素（1）地层性质：油气藏的流体性质与其所在的地层性质息息相关。

地层参数如压力、温度、孔隙度和渗透率等都能影响油气藏中流体的行为。

当地层渗透率高、孔隙度大、流通性好时，油气就能钻井开采，同时也由此排放部分流体到地表。

（2）地震活动：地震活动会对油气藏中的流体状态产生影响。

通过地震波向地下传播过程，可以促进油气藏中流体的流动。

但地震波作用也有可能破坏或改变油气藏中的地质结构，从而影响油气藏的储存和开采。

（3）化学反应：油气藏中的流体会通过各种化学反应，产生一些可燃气体和液体，这对油气藏的开采和利用具有很大的影响。

油藏流体的物理性质教学课件PPT

油藏流体的物理性质教学课件PPT

—
—
9.6 11.8 9.5 89
5
21.8
0.15 0.26 6.4 —
—
—
——— —
—
—
— 2.35 — 148
—
—
第二节 油气的相态
相： 某一体系或系统中具有相同成分，相同物理、 化学性质的均匀物质部分。
相态：物质在一定条件（温度和压力）下所处的状态。 油藏烃类一般有气、液、固三种相态
相图
油藏烃类的相态通常用P－T图研究。
亨利定律的物理意义 温度一定，气体在单位体积液体中的溶解量与压力成正比。
适用条件 ①分子结构差异较大的气液体系。 ②单组分气体在液体中的溶解。
40℃时不同气体在相对密度为0.873的石油中的 溶解度(卡佳霍夫,1956)
1—氮气 2—甲烷 3—天然气
2. 影响天然气在原油中溶解的因素
天然气的溶解曲线不是线性的
沥青 含硫 残碳
馏分组成(质量百分数)
%
%
% 初馏点 ＜200℃ ＜300℃
— 0.15 2.5 88
14
28
3.1 0.47 5.5 79.5
9
20
6.6 2.25 8.95 15.8 1.9
11.2
6.27 0.13 4.81 97
4.0
20.5
0.01 0.13 3.7 58
18
35
——— —
液相区 AC线以上 气相区 BC线右下方 气液两相区 ACB线包围的区域 反常凝析区 PCT线包围的阴影部分
油藏 气藏 油气藏 凝析气藏
泡点 AC线上的点，也称饱和压力点 露点 BC线上的点 临界点 C点，泡点线与露点线的交点 临界凝析压力点 P点，两相共存的最高压力点 临界凝析温度点 T点，两相共存的最高温度点

2-1油藏流体的物理性质

2-1油藏流体的物理性质
(2)温度的影响：温度↗粘度↘ (3)溶解气的影响： Rs↗粘度↘ (4)压力的影响：P<Pb，P ↗粘度↘ P>Pb，P ↗粘度↗
P=Pb，粘度最小
§2-4 天然气的高压物性
一、天然气的压缩因子 二、天然气的体积系数 三、天然气的压缩系数 四、天然气的粘度
一、天然气的压缩因子
不计分子的体积
（1） 理想气体状态方程：
CnH2n+2 环烷烃：碳链：单键、环状链；分子式：CnH2n 芳香烃：分子中具有苯环结构。 少量其它化合物，如氧、硫、氮等的化合物：沥青、 脂肪酸、环烷酸等。
2. 石油馏分：
汽油（C4～C10）； 煤油（C ～C12）； 柴油（C13～C20）；
11
润滑油（C21～C40）；残渣（C41以上）；
3. 石油的分类
不计分子间作用力 分子间为弹性碰撞
PV理想 nRT
（2） 实际气体状态方程
PV实际＝ZnRT
Z＝ V实际 V理想
Z－压缩因子
压缩因子的物理意义？
二、天然气的体积系数Bg
（Formation volume factor of natural gas）
定义：一定质量天然气在地下的体积与其 在地面标准状况(20℃，0.1MPa)下的体积 之比。 V
u Boi Bo
Pb
P
地面
Vs =1m3
Vs Rs
Vs Rsi
三、地层油等温压缩系数Co： (Isothermal Compressibility of oil)
定义：温度一定，单位体积地层油的体积随 压力的变化率。 1 Vof Co 1 MP a V P
of
一般用某一压力区间的平均压缩系数表示， 如Pi与Pb之间： 1 Vob Vof 1 Bob Boi Co Vof Pb Pi Boi Pi Pb Vof—高压下体积

油层物理第二章

油层物理第二章

© ¹ ¦ ¨ Ñ Á £ 0.1MPa£
液体
F G A
蒸汽
Â È ¨æ © Î ¶ £ ¡ £ Ò Í µ Ñ Á ¡ Î ¶ ¹ Ï Í é Ä ¹ ¦ ª Â È Ø µ ¼
(2)相图分析
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。
五、相图的应用
1.判断油藏的类型； 2.选择合理的开发条件； 3.预测地层油的饱和压力； 4.提出提高原油采收率的方法。
地层油的原始饱和压力Pb
1.定义
未饱和油藏：在油藏温度下，开始出现第一批气泡时的压 力；或在油藏温度下，全部天然气溶解于石油中的最小压力。 饱和油藏：指液、气分界面上的地层压力。
第二节 天然气的物理性质
什么是天然气？从不同的角度出发有不同的定义。 广义而言，天然气是指自然界中所有靠天然条件生成 的气体。如气田气、油田气、煤田气。我们所讲的天 然气是指从地下采出的，常温常压下为气态的烃类和 少量非烃类气体的混合物。
液体
F G A
蒸汽
Â È ¨æ © Î ¶ £ ¡ £ Ò Í µ Ñ Á ¡ Î ¶ ¹ Ï Í é Ä ¹ ¦ ª Â È Ø µ ¼
(1)饱和蒸汽压：在一个密闭容器内，由于液体的
蒸发和蒸汽的凝结，当同一时间内离开液体的分子 数和回到液体的分子数相等，则液体与它的蒸汽处 于平衡状态，此时，液体上面的 蒸汽所产生的压力 称为饱和蒸汽压。
2.相图种类
（1）立体相图 以P、V、T三个变量为坐标作图，即得立体相图。
（2）平面相图
固定一个参变量，改变其它两个参数，即可得到 平面相图。常用P—V图和P—T图。 （3）三角相图 适用于温度、压力一定，而组成变化的情况。

第二章 油藏流体的物理性质

第二章 油藏流体的物理性质

第二章油藏流体的物理性质油藏包括两个部分：油藏岩石和油藏流体。

油藏流体是指油藏岩石孔隙中的石油、天然气和地层水。

油藏流体的特点是处于高温高压下，特别是其中的石油溶解有大量的烃类气体，使其与地面的性质有较大的差别。

由于地下压力温度各油藏十分不同，因此油藏中流体处于不同的相态，可能为单一液相，也可能是单一的气相，可能处于油气两相等。

油藏流体在什么压力、温度条件下出现什么相态，各相态的物理性质和物理化学性质如何？这就是本章所要研究的内容。

第一节天然气的高压物理性质一、天然气的组成及特点1、定义：1）地下采出来的可燃气体统称为天然气。

2）是指在不同地质条件下生成，并以一定压力储集在地层中的气体。

2、组成以石碏族低分子饱和烃气体和少量非烃气体组成的混合物。

其化学组成：甲烷（CH4）占绝大部分，乙烷（C2H6），丙烷（C3H6），丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）含量不多。

此外天然气中还含有少量非烃气体，如硫化氢、CO2、CO、N2、He、Ar等。

3、天然气分类1）按矿藏特点气藏气、油藏凝析气、油藏气。

2）按组成干气：每一标准m3井口流出物中，C5以上烷液体含量＜13.5cm3。

湿气：每一标准m3井口流出物中，C5以上烷液体含量＞13.5cm3。

富气：每一标准m3井口流出物中，C3以上烷液体含量＞94 cm3。

贫气：每一标准m3井口流出物中，C3以上烷液体含量＜94 cm3。

3）按硫含量净气（洁气）：每m3天然气中含硫＜1g。

酸气（酸性天然气）：每m3天然气中含硫＞1g。

4、天然气组成的表示方法重量组成体积组成，摩尔组成。

二、天然气的分子量和比重1、分子量天然气是多组份的混合气体，本身没有一个分子式，因此不能象纯气体那样，由分子式算出其恒定的分子量。

视分子量：把0ºC,760mmHg，体积为22.4ml的天然气所具有的重量定义为天然气的分子量。

天然气的视分子量是根据天然气的组分和每种组分的含量百分数计算出来的，也就是说天然气的组成不同，其视分子量也不同，天然气的组成相同，而各组分的百分数比不同，其视分子量也不同。

油藏物理性质

油藏物理性质

第一节
储层烃类的化学组成
少硫原油 含硫原油 <0.5% >0.5%
3、石油的分类
含硫量
少胶原油
< 8％
8～25％ >25％
胶质沥青质含量
少蜡原油
胶质原油 多胶原油 < 1％ 1～2％
含蜡量
含蜡原油
高含蜡原油 >2％
第二节 油气的相态
相态： 物质在一定条件（一定温度、压力和
比容条件）下所处的状态。
第二章 储层流体的物理性质
油气的化学组成 ●油气的相态 ●天然气的高压物性 ●地层油的高压物性 ●地层水的高压物性
●
第二章 储层流体的物理性质
储层烃类
石油
储层流体 天然气
地层水
烷烃、环烷 烃和芳香烃 一些分子结构相似的 碳氢化合物和少量非 碳氢化合物的混合物
第二章 储层流体的物理性质
储层流体的特点：
F ( p, T , v) 0
油藏烃类一般有气、液、固三种相态。 相态方程
油藏烃类的相态通常用相图研究，最常用的 是 P-T 相图。
第二节 油气的相态
1、天然气的组成
★
石蜡族低分子饱和烷烃（主要）
CH4 C 2H6 70－98％ C 3H8 C4H10 >C5
★
非烃气体（少量）
H 2S CO2 CO N2 H 2O 惰性气体He、Ar
第一节
储层烃类的化学组成
yi ni 1 00%
2、天然气组成的表示方法
摩尔组成 质量组成 体积组成 理想气体
3、 天然气的分类
组分 矿藏 c1 96.00 75.00 27.52 凝析气 c2 2.00 7.00 16.34 c3 0.60 4.50 29.18 3 c4 0.30 富气 ≥100g/m 3.00 22.55 汽油蒸汽含量 c5 0.20 2.00 3.90 3 <100g/m c6 0.10 干气 2.50 0.47 + c7 0.80 6.00 0.04 3 100.00 100.00 100.00 ≥1g/m 酸气 合计 Mg=17.584 Mg =27.472 Mg =38.568 硫含量 γg=0.607 γg=0.948 γg=1.331 3 净气 <1g/m 注：Mg 表示天然气的视分子量,γg 为天然气的相对密度。

油藏物理 第二章

油藏物理 第二章

i 1
Mi为组分i的摩尔质量
第一节 天然气的视分子量和密度
例：已知质量组成求摩尔组成：
组分 C1 C2 C3 C4 ∑
质量分数wi 0.85 0.1 0.04 0.01 1
ni=wi/Mi 0.85/14 0.1/30 0.04/44 0.01/58 0.065
yi=ni/∑ni 0.932 0.051 0.014 0.003 1.000
素及确定方法 本章难点： 压缩因子的定义、物理意义和确定方法 天然气粘度的影响因素分析
第二章 天然气的高压物理性质
天然气的最大特点是具有极大的压缩性
1、天然气是以溶解状态存在于石油中或以游离状态存在于油 藏的顶部(气顶气)或存在于全部气藏中(气田气)
2、天然气是一种混合气体，其组分复杂且经常改变 3、天然气和原油之间处于同一相态平衡体系中，油气相态随
第二章 天然气的高压物理性质
本章目的： 了解天然气的化学组成描述方法 了解天然气分子量、密度和相对密度的定义 了解天然气的状态方程和对应状态原理 了解天然气的压缩因子、体积系数、压缩系
数、粘度的定义、影响因素及确定方法
第二章 天然气的高压物理性质
本章重点： 天然气的状态方程和对应状态原理； 天然气各高压物性参数的定义、影响因
第二节 天然气的状态方程★和对比状态原理
(2)压缩因子
定义：给定T、P下，实际气体所占体积与同温同压下相同数
量的理想气体所占体积之比
物理意义: 反映了实际气体与理想气体压缩性的差异 ➢ 实际气体分子有体积→实际气体比理想气体难压缩 ➢ 分子间有引力→实际气体比理想气体易压缩；
大小反映了两方面影响的综合效果 ➢ Z＝1，V实＝V理→实气接近理气 ➢ Z＜1，V实＜V理→实气比理气易压缩←引力 ➢ Z＞1，V 实＞V 理→实气比理气难压缩←斥力

第二章 储油气层中流体的物理性质

第二章 储油气层中流体的物理性质

第二章储油气层中流体的物理性质储集岩的孔隙空间中总是储集有流体，包括天然气，石油，以及地层水。

油层流体的特点是处于高温、高压条件下，特别是其中的石油常溶解有大量的烃类气体，从而使处于地下的油层流体的物理性质与其在地面的性质有很大的不同。

而且伴随油藏开采的进程，油层的温度、压力要发生变化，油层流体，特别是石油和天然气的相态也会随之改变，与此同时，油气组成也要改变。

另外，储油（气）层是包括岩石-油-气-水的复杂系统，其中的表面现象和毛细管效应，也与储层岩石和储集层中流体的物理－化学性质密切相关。

所以研究油气水在地下的物理性质，及其随温度、压力的变化特征，对于认识油气的运移、聚集与分布；对于油气勘探的评价和油、气储量的计算；对于油气田的合理开采与开发；以及提高石油采收率等方面都具有极其重要的作用[1][2]。

本章将讨论油－气系统的相态特征；油（气）储集层中的天然气、石油和地层水的物理性质；地层油的高压物性研究方法；以及相态方程等内容。

第一节油层烃类的相态特征石油和天然气是多种烃类和非烃类所组成的混合物。

在实际油田开发过程中，常常可以发现：在同一油气藏构造的不同部位或不同油气藏构造上，其产出物各不相同，有的只产纯气，有的则油气同产。

在油气藏条件下，有的烃是气相，而成为纯气藏；有的是单一液相的纯油藏；也有的油气两相共存，以带气顶的油藏形式出现。

在原油从地下到地面的采出过程中，还伴随着气体从原油中分离和溶解的相态转化等现象。

那么，油藏开采前烃类究竟处于什么相态，为什么会发生一系列相态的变化，其主要原因是什么？用什么方式来描述烃类的相态变化？按照内因是事物变化的根据，外因则是事物变化的条件，可以发现油藏烃类的化学组成是构成相态转化的内因，压力和温度的变化则是产生相态转化的外部条件。

因此，我们从研究油藏烃类的化学组成入手，然后再进一步研究压力温度变化时对相态变化的影响。

一、油层烃类的化学组成及烃类相态表示方法1．油层烃类的化学组成和分类尽管组成石油和天然气的元素主要是碳和氢，但由它们化合而形成的烃类却种类繁多，再加上烃类与氧、硫、氮所形成的各种化合物，从而决定了地层烃类组成和性质的复杂性。

西南油层物理教材-第二章 储层流体的物理特性

西南油层物理教材-第二章 储层流体的物理特性

第二章储层流体的物理特性储层流体是指储存于油（气）藏中的石油、天然气和地层水。

由于其处于几千米深的地下，原始状态储层流体处于高压、高温状态。

高压下原油溶解有大量的天然气，从而使处于地下的油气藏流体的物理性质与其在地面的性质有着很大的差别。

在储层流体从储层中渗流至井底、再从井底流至地面的过程中，流体的压力、温度、体积不断发生变化（温度、压力降低），并伴随着原油脱气、体积收缩、原油析蜡、气体体积膨胀等变化；这些变化对石油天然气生产均有一定的影响，研究生产过程中的物性变化是正确确定和优化生产工艺参数的必然要求。

在勘探或开发设计阶段，必须根据流体物性进行油气田科学预测，例如判断油藏类型、油藏有无气顶、气藏气体是否会在地层中凝析等，这些都需要对油气的物理化学特性及相态变化规律有深刻的认识，才能做出正确判断和设计。

油田开发过程中，必须掌握有关地下流体的动、静态物理参数，如石油和天然气的体积系数、溶解系数、压缩系数、粘度等，才能进行油藏工程研究和生产管理。

因此，了解和掌握石油、天然气和地层水的性质及其变化规律，掌握它们的高压物性参数，是科学、高效地进行油气藏开发的必然要求。

第一节油气藏流体的化学组成与性质石油与天然气从化学组成上讲为同一类物质。

现已确定石油中烃类主要是由烷烃、环烷烃和芳香烃这三种饱和烃类构成。

原油中一般未发现非饱和烃类，如烯烃、炔烃。

烷烃又称石蜡族烃，其化学通式为C n H2n+2。

烷烃由于其分子量大小不同，存在的形态也不同。

在常温常压下，C1~C4为气态，它们是构成天然气的主要成分；C5~C15是液态，它们是石油的主要成份；而C16以上的烷烃为固态，即所谓石蜡。

石油中固态烃能以溶解或结晶状态存在于石油中。

因此，石油与天然气在化学结构上说均为烃类，只是分子量不同而已。

§1 石油的化学组成1.1 石油的元素组成对于石油的化学组成的研究，首先从分析其元素组成入手。

石油中主要含碳、氢元素，也含有硫、氮、氧元素以及一些微量元素。

油层物理(第二章

油层物理(第二章

1、基本概念
u饱和蒸汽压(vapor pressure)
p 蒸汽 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，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。
液 体
1、基本概念
u泡点(bubble point)
开始从液相分离出第一个气泡的气液共存态 u泡点压力(bubble point pressure) 在温度一定的情况下，开始从液相中分离出第 一个气泡的压力。 u露点(dew point) 开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态
二、油藏烃类相态表示方法
2、相态的表示方法
(1)物系状态与性质之间的关系 据热力学观点，物系的状态(state)是用物系所 有的性质properties（如组成、温度、压力等）进 行描述的。
物系各性质确定→物系有完全确定的状态
物系状态确定→物系各性质有完全确定的值 →物系的性质又称为“状态函数”(state function)
3、相图的类型
(1)立体相图：三维空间中，描述p、V、T三个状 态变量与相态变化关系的图形。 在油气流体相态研究中，pV-T三维立体相图用于描述 油气藏平面区域上和纵向上 流体相态变化特征的分布规 律，很详尽地表示出各参数 间的变化关系。
3、相图的类型
(2)平面相图 在油气烃类流体相态研 究中，不同的平面相图用 于描述不同的相态参数和 相态特征。
水
H2 O
1、基本概念
u组分(component)
形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系 中所有同类的分子。
油
C3、C7、C20
拟组分(pseudo-component)：
用于工程计算的一种假想组分， 由物系中几种组分合并成。

油层物理第二章(new)

油层物理第二章(new)
（据Brown等，1948）
三、双组分烃的相态特征
双组分混合物的相图 aC：泡点线； bC：露点线； ☆ 等液量线； 液相区、气相区、两相区。
C点：临界点，泡点线和露点线 的交点。
P 点：临界凝析压力点，它是两 相共存的最高压力点； T 点：临界凝析温度点，它是两 相共存的最高温度点。
M ( yi M i )
i 1
n
3.天然气的分类
矿藏分类: 气藏气、油藏气和凝析气藏气。
按井口流出物中C5或C3以上液态烃含量划分:
单组分烃的p—V图
泡点A：少量分子首次从液体中 逸出，形成小气泡的点。
露点B：仅有无限少量液体存留。
对于单组分烃，泡点和露点压力 等于在相应温度下该组分的饱和 蒸汽压。
随着温度的变化可绘出若干条等 温线；且随着温度的升高，两相 共存段减少；露点和泡点最后重 合与C点。
图2-1-6 乙烷的P-V关系图
油层物理学
成都理工大学
能源学院
第二章 储油气层中流体的 物理性质
主要内容
第一节 油层烃类的相态特征
第二节 天然气的物理性质
第三节 地层原油的物理性质 第四节 油层水的物理性质 第五节 油层流体的高压物性研究 第六节 油层烃类的相态方程
储集岩孔隙空间中储集的流体：天然气，石油，以 及地层水。 油层流体的特点：处于高温、高压条件下，石油中 常溶解有大量的烃类气体，地下的油层流体的物理
,
气+液
,
多组分烃体系的P-T图
逆行区：图中的阴影部分，逆 行指的是与正常变化相反。 , 等温逆行区：Tc＜T＜T , 等压逆行区：Pc＜P＜P 相变过程分析： 等温降压，正常相变为蒸发； , 当Tc＜T＜T 等温降压时， A气相—B少量液相—D液量增 加（D为最大值）—E液量减少， 气量增加—F气相 B—D 气—液 等温反凝析 D—B 液—气 等温反蒸发 在等压逆行区则有： 等压反凝析 等压反蒸发

油层物理—储油气层中流体的物理性质

油层物理—储油气层中流体的物理性质
图2-19至2-21分别给出的是甲烷、 乙烷和正丁烷的压缩因子与压力、温度 关系图版。
三、天然气压缩因子的确定
单组分纯烃气体，一定压力、温度下的Z 值可直接查自图2-19，2-20和2-21等图版。
1.对应状态原理
对比压力，对比温度的定义：
• 对比压力：
p pr = pc
• 对比温度：
T Tr = Tc
➢ （4）混合物中哪一组分的含量占优势，泡点与露点 的包络线就靠近哪一组分的蒸汽压线；
➢ （5）两组分的分配比例越接近，泡点线与露点线包 络的面积就越大；两组分中只要有一个组分占绝对优 势，泡点线与露点线包络的面积就变得越狭窄，亦即 两向区变小。
➢ 图2-1-9列举了一些烷烃的蒸汽压力曲线与这 些烃中任意两者的混合物的临界点轨迹。
原始油气比(标准立方米/立方米)
低收缩原油
>0.802
<178
高收缩原油
0.802-0.739
178-1425
逆行凝析气
0.780-0.739
1425-12467
湿气 干气
>0.739
10686-17810 >18000
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
图2-1-11 多组分烃体系的P-T图 （据Amyx, 1960）
aC为泡点线，它是两相区和液相区的分界线； bC为露点线，它是两相区和气相区的分界线；图中 虚线为液体体积百分含量线，称为等密线。aC线以 上为液相区，bC线右下侧为气相区，aCb包络线以 内则是液气两相共存区。图中的阴影部分为逆行区， 逆行的简单含义就是与正常变化相反。等温降压 （或升压）过程出现的逆行现象总是出现在临界温 度和临界凝析温度之间，所以CBT/DC阴影区通常称 为等温逆行区。若是压力介于临界压力和临界凝析 压力之间的等压变化过程经过阴影区，也将发生逆 行现象，所以CGP/HC阴影区通常称为等压逆行区。

油藏工程 -2 --油气藏流体

油藏工程 -2 --油气藏流体

可见，通过体积系数变化曲线或地层原油密度 变化曲线，就可以求出原油的压缩系数。
七、原油压缩系数(续)
若知道原油的压缩系数，则可根据下列公式计算 任意压力下的原油体积系数和密度：
B o B oi [1 c o ( Pi P )]
B o B ob [1 c o ( Pb P )]
思考题
Z 值等于1，大于1，小于1的物理含义？ i) 气体分子有体积，真实气体较理想气体难压缩； ii) 气体分子间引力，真实气体较理想气体易压缩；
Z 的大小反应 i) ii)综合作用效果。
Z >1 真实气体比理想气体难压缩，i)起主要作用；
Z <1 真实气体比理想气体易压缩，ii)起主要作用;
Z =1 真实气体与理想气体接近，i)与ii)平衡；
轻质油
中质油
重质油 超重原油
二、相对密度(续) 西方国家习惯用API相对密度，用符号 API 表示， 单位为 oAPI，
与 API
的换算关系为： o
141.5 o 131.5 API
从上式可以看出：API相对密度的数值越小，表
明原油就越重。
三、饱和压力 饱和压力：指原油饱和气体时的压力
六、热膨胀系数(续) 真实气体状态方程
PV nRZT
Z V nRT p
(1)
(2)
由上式得：
微分得：
nR Z v T P (Z T T ) P
(3)
将上面(2)、(3)代入气体热膨胀系数定义式，即得：
1 1 z g T z T
五、压缩系数(续) 定义：恒温条件下单位压力下的体积变化率。
1 V Cg V P T
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§2.1 油气藏烃类的相态特征 1、石油的组成
★
烷烃 环烷烃 芳香烃
C5～C16
★
含氧化合物：
★
苯酚、脂肪酸 硫醇、硫醚、噻吩 吡咯、吡啶、喹啉、吲哚 胶质、沥青质
含硫化合物：
★
其它化合物
含氮化合物：
Hale Waihona Puke 高分子杂环化合物：§2.1 油气藏烃类的相态特征 石油的分类
少硫原油 含硫量 含硫原油 >0.5% 少胶原油 胶质沥青质含量 胶质原油 多胶原油 < 8％ 8～25％ >25％ <0.5%
三区：液相区、气相区、气液两相区
乙烷（占96.83%摩尔）-正庚烷的P-T图
三线：泡点线、露点线、气液等条件线 三点：临界点、临界凝析压力点、临界凝析温度点
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
戌烷和正庚烷（占总重量的52%）的P-V图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
1.天然气的化学组成 低分子烃：甲烷（CH4）占绝大部分（70%—80%），乙烷（C2H6）、丙 烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5H12）的含量不多。 非烃类气体：硫化氢（H2S）、硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二氧化碳 （CO2）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）及水气（H2O）。
油气藏类型
低收缩原油
液态烃比重
>0.802
原始油气比 （标准米3/米3）
<178
高收缩原油
凝 析 气 湿 干 气 气
0.802—0.739
0.780—0.739 >0.739 /
178—1425
1425—12467 10686—17810 /
§2.2 天然气的高压物性 常温常压下天然气的主要物性参数
相图的应用—油气藏类型判断
方法：在相图中标示地层原始压力 和温度。 J：未饱和油藏；
I：饱和油藏；
L：有气顶的油藏； F：气藏； A：凝析气藏（ Tc＜T＜T ） 油气开采过程，类似等温降压过程。 对于凝析气藏，使液态烃的凝析不 是在地层或井中，而是在地面，控 制压力是十分重要的。
多组分烃体系的P-T图
稀有气体：氦（He）和氩（Ar）等。
§2.2 天然气的高压物性

天然气组成的表示方法:
摩尔组成:
yi Ni


i 1
n
100 %
Ni

体积组成:
yi
Vi
V
i 1
n
100 %
i
Gi
Wi

质量组成:
W
i 1
n
100 %
i
§2.2 天然气的高压物性
§2.1 油气藏烃类的相态特征
凝析气藏相图
相图特征： A、 Tc＜T＜T′， B、在气藏原始条件，气藏中为单 一气相； C、随生产过程气藏压力的降低， 气藏中会发生凝析； D、地面分离器条件可得一定数量 的液相（凝析油）。 这种气藏所含流体是更轻的烃，重 烃含量低。
图2-1-15 逆行凝析气的相图
图2-1-17 干气相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
湿气气藏相图
相图特征： A、临界点偏右，相图狭窄；
B、临界温度远低于气藏温度；
C、当气藏压力降低时，流体始终处于气 相。但在分离器条件下则是处于系统 的两相区内，可获得少量液相； D、其产生的液量要比凝析气少，混合物 中的重组分也比凝析气少。
图2-1-16 湿气相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
解决的主要问题：油藏开采前烃类究竟处于什么相
态？为什么会发生一系列相态的变化？其主要原因 是什么？用什么方式来描述烃类的相态变化？ 主要影响因素：油层中油气系统所处的相状态，主 要取决于油气数量上的比例和油气组成性质及其所
处的压力温度条件。
油层烃类的化学组成是相态转化的内因，压力和温 度则是产生转化的外部条件。
多组分烃体系的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
多组分烃体系相图 （P-T图）
逆行区：图中的阴影部分，逆行指的 是与正常变化相反。 , 等温逆行区：Tc＜T＜T , 等压逆行区：Pc＜P＜P 相变过程分析： 等温降压，正常相变为蒸发； , 当Tc＜T＜T 等温降压时， A气相—B少量液相—D液量增加（D为最大 值）—E液量减少，气量增加—F气相 B—D 气—液 等温反凝析 D—B 液—气 等温反蒸发 在等压逆行区则有： 等压反凝析 等压反蒸发
,
§2.1 油气藏烃类的相态特征 几种典型的油气藏相图
干气气藏相图
干气：是指每标准立方米井口流出物中C5 以上 重烃含量低于13.5厘米 3 的天然气。干气富 含甲烷（70%—98%）和乙烷，重烃含量极少； 相图特征： 临界点偏左，相图狭窄。 气藏特点： 不论在地下条件还是在分离器条件下，它都 处于该混合物的两相区之外，即在地下和地 面都没有液相生成。
乙烷（占96.83%摩尔）-正庚烷的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
多组分烃体系相图 （P-T图） C点：临界点； p 点：临界凝析压力点； T 点：临界凝析温度点。
, ,
aC：泡点线；
bC：露点线； 虚线：等体积线。 液相区、气相区，
液气两相区，逆行区。
三点：临界点、临界凝析压力点、临界凝析温度点。 三线:泡点线、露点线、等体积线。 四区：液相区、气相区，液气两相区，液气逆行区。
重质原油相图
相图特征： A 临界点偏右， B 液体等容线集中且靠近露点线， C 压力降低到泡点压力以下时，形成的 气相数量不多；地面分离器条件液相比例 高。 原油特点： 含重烃较多，生产时地面气油比较小， 原油比重较高。
图2-1-13 低收缩原油的相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
不同类型油气藏的液态烃比重及油气比
§2.1 油气藏烃类的相态特征
轻质原油相图
相图特征： A、临界点接近P 点； B、液体等容线较稀疏且靠近泡点；
,
C、压力降低到泡点压力以下时，有较
多的气相生成；地面分离器条件液 相比例不高。 原油特点： 含轻烃较多，生产时地面气油比较高， 原油比重较小。
图2-1-14 高收缩原油的相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
少蜡原油
含蜡量 含蜡原油 高含蜡原油
< 1％
1～2％ >2％
§2.1 油气藏烃类的相态特征 油气藏烃类的相态表示方法
相（Phase）：体系中物理和化学性质均匀的部分；
相与相之间有明显的界面，如油水、气水界面。
一个相中可以为一种物质， 也可有多种物质。如氮气、空气、天 然气。一种物质可以有多个相，水可为气、液、固相。 讨论相时与绝对数量无关。
组分（Component）：体系中有几种物质就称有几种组分。或独 立变化成分的最小数目。
如天然气中有甲、乙、丙烷等，空气中有多种物质。
§2.1 油气藏烃类的相态特征
组成（Composition）：指组成某物质的组分及各组分所占的比 例数。 由物质的组成可以定量表示体系中或某相中的构成情况。
一个体系中相不仅与物质的组成有关，还取决于温度、压力。 当一个体系的物质组成一定时，则压力、温度都是特定体系中 相的状态函数。这样，在特定体系中其状态方程为：
多组分烃体系的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
多组分烃体系相图 （P-T图）
逆行现象的物理解释
F点烃类为气相，压力提高，分子间距离逐渐减小，分子引 力逐渐增大，至E点时，体系中重烃由于引力增大开始凝析为 液相； 由E点至D点，随着压力不断提高，体系中分子量较大的烃类 由于分子间距离不断减小，使分子间引力增大而凝析为液相， 体系中液相体积不断增加达到最大值。此时，分子量较小的 烃类随着压力增大分子间引力也随着增大，但仍然为气相； 由D点至B点，压力不断增大，气相的烃类分子间引力也不断 增加，但未能成为液相。但此时这部分气相烃类分子间引力 增大，将已经凝析为液相的一部分烃类又吸引成为气相，致 使体系中液相体积逐渐减少；
乙烷-正庚烷具不同的重量组成时的P-T图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
影响相图的因素（不同组分）： （1）任一两组分组成的相图，Ｐ′都 高于纯组分的Pc,组成的分子量相差越 大， Pc越高； （2）Tc比组成中轻烃组分的Tc高，比 重烃的Tc低；相图的Tc介于两纯组分 之间； （3）双组分分子量相差越大，构成的 相图其包络线范围最宽； （4）双组分临界点C轨迹随组分性质 的差异的增加而有规律的变化。
图2-1-9 烷烃的双组分临界点轨迹曲线图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图）
双组分烃相图的特点：
① Pc、Tc、Ｐ′、Ｔ′值大小取 决与体系中组成； ② 双组分混合物的Ｔ′介于两纯 组分的Tc之间； ③ 双组分混合物中，若某一种组分 的含量占据优势时，则C点就会邻近 该组分的饱和蒸气压曲线；
图2-1-2 单组分烃的相图
§2.1 油气藏烃类的相态特征
单组分烃相图 （P-V图）
图2-1-6 乙烷的P-V关系图 （据Brown等，1948）
§2.1 油气藏烃类的相态特征
双组分烃相图 （P-T图） 双组分烃相图(包络线图)： aC：泡点线； bC：露点线； 等液量线； 液相区、气相区、两相区。 C点：临界点，泡点线和露点线的交点。 Ｐ′点：临界凝析压力点，它是两相共 存的最高压力点； Ｔ′点：临界凝析温度点，它是两相共 存的最高温度点。
第二章 油气藏流体的物理特性
第二章 油气藏流体的物理特性
储集岩孔隙空间中储集的流体：天然气，石油， 以及地层水。 油层流体的特点：处于高温、高压条件下，石 油中常溶解有大量的烃类气体，地下的油层流体 的物理性质与其在地面的性质有很大的不同。 油藏开采过程中，油层的温度、压力要发生变化， 油层流体，特别是石油和天然气的相态会随之改变。 重要性：对于认识油气的运移、聚集与分布；对于 油气勘探的评价和油、气储量的计算；对于油气田的合 理开采与开发；以及提高石油采收率等方面都有及其重 要的作用。