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。
若已知摩尔组成Yi和i 的分子量Mi，其视分子量可表示为M=∑yiMi二、比重1、比重：地下天然气的密度可以定义为地下单位体积的天然气质量。
ρg =mg/vg。
由于地下天然气处于高压下，因此其体积被大大压缩，故其密度就比地面的大得多。
2、相对比重定义：在相同压力温度条件下，天然气密度与干燥空气比重的比值，r=ρg/ρa。
三、天然气的状态方程1、理想气体状态方程根据波义耳—查理定律，理想气体状态方程为：PV=nRT。
所谓理想气：1)气体分子的体积、质量可忽略不计；2气体分子之间无作用力(吸力与排斥力)。
2、范德华方程式对于实际气体来说，除低压条件下，近似服从理想气体状态方程外，一般都与理想气体状态方程发生偏差，特别是在高压下，分子间的距离缩短了，其相互间作用力已经不能忽略。
3、天然气状态方程范德华方程较繁琐，为了工程计算方便引用一个系数z，压缩因子。
PV=znRT z=PV/nRT现在取1mol理想气体和实际气体，在相同P、T下进行比较。
理想气体：z0=Pv0/RT 实际气体：zg=PVg/RT已知z0=1、则：zg=zg/z0因此，压缩因子实际上是实际气体与理想气体的一个偏差系数。
即表示1mol真实气体的体积在相同T、P下与理想气体的体积偏差。
Zg=0.3—1.7。
四、压缩因子的确定1、查表法。
2、比重法。
3、对应状态定律法。
1)对应状态定律：在相同的对应状态下(对应P、T相同)的气体，对理想气体状态方程的偏差相同，应即具有相等的z值。
处于相同的对应状态，即气体具有相等的对应温度(Tr)，对应压力(Pr)和对应体积(Vr)。
Tr=T/Tc Dr=D/Dc。
2)计算步骤a、计算视临界压力和视临界温度。
Tpc=∑yiTci T ci和Pci分别表示气体的临界温度和压力。
Ppc=∑yiPci yi组分i的摩尔数。
b、计算视对应温度Tpr和视对应压力PprTpr=T/ Tpc= T/∑yiTciPpr=P/ Ppc= P/∑yiPcic、根据视对应参数求z值。
按图，据Ppr和Tpr查出z。
五、天然气体积系数和压缩率1、天然气体积系数定义：指气体在地层条件下的体积与在标准状况下所占体积的比值。
Bg=V/V0。
由于V<<v0，则bg<<="" p=""></v0，则bg< 标准条件：P0V0=z0nRT V0= z0nRT/ P0实际条件：P V= znRT V= znRT/ P又z=1，P0=1大气压，Bg=z(273+t)/ P0(273+t0)在实际油气层中，由于温度基本上保持不变，而地层压力不断变化。
因此Bg=Cz/P。
2、天然气的压缩率定义：是指压力每改变一个大气压时，气体体积的变化。
六、天然气的粘度1、定义：天然气体内部磨擦阻力的量度，它不仅对油气的运移和聚积，而且对油气田的开发，都是一个很重要的参数。
2、影响因素天然气的粘度与T、P和气体组成有关。
在低压下，气体粘度与分子平均运动速度、平均自由行程(分子两次碰撞之间所达的平均距离)密度ρ有关。
第二节油藏烃类的相态石油和天然气的化学组成主要是一些复杂的碳氢化合物的混合物。
常T、P下，1－4个碳原子的烃类为气体，即天然气。
5－16个碳原子烃类为液体，16个以上碳原子的烃类为固体，即固态的石碏。
在油层的温度和高压条件下，当气体完全溶于石油时，地层烃类就处于单一的液体状态。
而当地下的气体数量较多或油层压力不够高时，气体不能全部溶解于石油时，烃类体系就处于石油和气体两相状态。
如果气体数量特别多，油量少，油质轻，地层压力很高时，则油可能溶于天然气中，成分单一的气体状态存在，这就是凝析气田。
油层内烃类体系的物理性质，化学性质和化学组成可以是均匀的，也可以是不均匀的。
一个体系中，物理性质、化学组成完全均匀部分叫相。
相与相之间有分界面，通过这个界面，宏观物理和化学性质发生突变。
相态特征由化学组成、T、P三者决定。
烃类化学组成是内因，T、P是条件。
一、石油商品性质1、按原油中硫的含量：硫臭味，不利炼油、燃烧。
SO2污染环境。
少硫原油－原油中硫含量在0.5%以下。
含硫原油－原油中硫含量在0.5%以上。
2、按原油中胶质－沥青质的含量，胶体结构，影响原油流动性。
少胶原油－原油中胶质－沥青质含量在8%以下。
胶质原油－原油中胶质－沥青质含量在8－25%之间。
多胶原油－原油中胶质－沥青质含量在＞25%。
3、含蜡量：蜡量影响原油凝固点，蜡量越高其凝固点亦越高，对采油和原油输送带来不少麻烦。
少蜡原油－原油中蜡＜1%。
含蜡原油－原油中蜡1－2%。
高含蜡原油－原油中蜡＞2%。
二、油藏烃类的相态特征1、单组分体系由一种组分组成的体系，例如乙烷气体。
如图AC曲线称为饱和蒸气压线，曲线上方为液相，下方为汽相，它反映的乙烷由液相转变为气相的压力－温度条件。
饱和蒸气压曲线上每点都代表液气两相共存。
泡点：温度一定，开始从液相中分离出来第一批气压力。
露点：温度一定，开始从气相中凝结出第一批液滴压力。
曲线端点C称为临界点。
处于该点的T、P称为临界温度和临界压力。
2、双组分体系相图为两组份各点50%的中央的曲线部分，两侧为单组分相图。
实线部为泡点线，虚线部分为露点线。
临界点C是泡点线与露点线碰头的地方。
1）、混合物的临界压力都高于各该线组份临界压力，混合物的温度都居两组份的临界温度之间。
2）、混合物中哪一组份的含量占优势，露点线就靠近哪一组分的蒸气压线。
3）。
两组分的分配比例越接近，相图C+g面积就越大，反之则小。
3、多组份体系1）相图特征APCTB线内是两相压，AC为泡点线，它是两相区与液相的分界线；BC为露点线，它是两相区和气相区的作出分界线。
T为两相共存的最高温度，通常称之为临界凝析温度；P点是两相共存的最高压力，通常称之为临界凝析压力。
2）油气藏类型1点代表一特定多组份烃类的原始压力和温度，在此条件下，该烃类系统是单相液态，即原油。
1点代表是一个饱和油藏。
2点代表一个有气顶的油藏，原油被气体所饱和。
3点代表的是气藏。
4点在C点及ADCTB线之外，处于气态为一气藏，压力下降到d2时，进入两相区，气相中有液相析出，称反凝析，反凝析气藏，C 与T之间，第二露点d2。
第三节油气系统的溶解和分离一、天然气在原油中的溶解度1、概念单相分气体在液体中溶解服从亨利定律：Rs=apa这溶解系数，为一常数，对于不易互溶的气－液系统是合适的。
对于多组份结构相近的烃类气体，则有较大的偏差，不是一个常数。
2、影响因素1）压力。
T不变时，随P升高而升高，天然气在原油中的溶解度是无限的，受P和天然气量限制。
2）、T、P不变时，随T升高而减少。
3）、天然气的成分。
甲烷在原油中溶解度远比乙烷和丙烷小。
单组分烃的分子量越大，在原油中溶解度越大。
4）原油的性质。
相同T、P下，同一种天然气在轻质油中溶解度大于其在重质原油中的溶解度。
在任何温度和压力下，油气组成越接近，烃类气体在原油中的溶解度就越大。
二、相态方程要想从数量上表明系统中油气的变化就必须寻求出表征T、P、油气组成与溶解度的关系表达式，这种表达式就是相态方程。
相态方程实质上是给出了一个组成已知的烃类系统，在不同P、T 下液相数量Nl和各组分在液相中的浓度Xi的变化情况。
也可算出yi 和Ng。
收敛压力：对于双组份体系就是给定T、P等于临界温度、压力时，所有组分的大值等于1。
三、油气分离在采油中，经常遇到的是天然气从石油中分离的总量，即脱气问题。
当油层中的压力降低到饱和压力时，溶解气将从原油中分离。
压力降低，分离气量增加，温度升高，分离气量也增加。
另外，分离方式还与脱气方式有关。
油气分离方式有两种基本类型：接触分离，微分分离。
1、接触分离（一次脱气）油气分离过程中分离出的气体与油始终保持接触，系统的组成不变。
一次将油层压力降至某一压力，测量分离的气量。
在整个降压过程中，分离的气体不排出容器，而是在指定压力下才分离出来。
在引出气体之前，气体与原油长时间接触，建立热力平衡，油气系统总的组成不变。
一次脱气分离出的气量较多，而且分出的气体较重，含轻质油较多。
为了减小轻质油的损耗，获得更多的地面原油，则采用多级脱气。
多级脱气：在脱气过程中，将每级脱出的气体排出后，液相再进行下一次脱气。
2、微分分离（微分脱气或差异脱气）在分离过程中，随着气体的分出，不断地将气体放掉，亦即脱气是在系统组成不断变化条件下进行的。
不难看出，微分脱气与多级脱气有其共性，即两者都是将气相放掉，系统组成随之改变的脱气过程，不相同地方，微分脱气级数远远大于多级脱气的级数，而每一级分出的气量又很小。
