第三章 烃类流体相态

第一章 绪论1、 天然气：是指在不同地质条件下生成、运移并以一定压力储集在地下构造中的气体。

2、 我国天燃气工程技术特点：1） 地层和储层特性的特殊性：埋藏深（3000-6000m ）开发开采难度大； 中低渗气藏居多，自然产能低：储集量不富集，中小型气田居多，开发分散性、复杂性 2） 气藏产水危害的严重性 3） 流体性质的高腐蚀性4） 天然气的可爆性和高压危险性第二章 天然气物理化学性质1、天然气组成：烃类气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及以上气体 非烃类气体：氮气、氢气、硫化氢、二氧化碳、水等 惰性气体：氦气、氩气等 3、 天然气组成的表示方法：已知天然气由k 种组分组成，组分i 的摩尔数为n i 体积为v i 质量为m i1） 摩尔分数法：ii kii=1n y n=∑ 2）体积分数法：ii kii=1V y V=∑ 3）质量分数法：ii kii=1m w m=∑4、 天然气按烃类气体分类：1） 按戊烷及以上组分分：干气：1m 3井口流出物中戊烷及以上液态烃含量低于13.5cm 3的天然气。

湿气：1m 3井口流出物中戊烷及以上液态烃含量高于13.5cm 3的天然气。

2） 按丙烷及以上组分分：贫气：1m 3井口流出物中丙烷及以上烃类含量低于100cm 3的天然气。

富气：1m 3井口流出物中丙烷及以上烃类含量高于100cm 3的天然气。

5、 天然气的相对分子量、密度、相对密度、比容：相对分子量：ni i i=1M y M =∑ 密度：g PMRTρ=相对密度：g g a 28.96Mργρ==比容：g 1νρ= 6、 天然气的偏差系数Z ：指相同温度、压力下，真实气体体积与同质量理想气体体积之比。

影响因素：组成、温度、压力 确定方法：1）实验法2）图版法：H 2S 、CO 2校正；凝析气校正 3）计算法7、 临界压力c P 临界温度c T 对比压力：r cP P P =对比温度：r c T T T =拟临界压力：npc ciii=1P P y =∑ 拟临界温度：npcci i i=1TT y =∑拟对比压力：pr pc P P P =拟对比温度：pr pcTT T = 8、 天然气等温压缩系数C g ：g T1V C V P ∂⎛⎫=-⎪∂⎝⎭ 拟对比等温压缩系数：pr g pc C C P =9、天然气体积系数、膨胀系数：体积系数：天然气在地层条件下体积与在地面条件下体积之比。

油层物理学Petrophysics第三章油气藏烃类的相态和气液平衡第三章油气藏烃类的相态和气液平衡优点：详细直观缺点：绘制和应用不方便p-V 相图单组分体系的等温相变发生在恒定压力状态；油气烃类多组分体系的等温相变则伴随着压力的改变。

凝析过程（D—>B ）压力增加，而蒸发过程（减小。

气一、相态及其表示法p-T 相图✓p—T 压曲线构成✓体系的泡点线和露点线相重合✓在一定温度条件下（T ≤Tc 转变是在等压下完成的。

-100-50050100150温度，C液相区蒸汽区。

A超临界区（气相区）C TcPc 。

B ED 。

F 。

乙烷的p -T 相图一、相态及其表示法位置 组分1 % 组分2 % 组分3 % M 点 M 点 M 点0 70 20100 0 500 30 30露点线临界点露点1、单组分体系开始从液相中分离出第一批气泡时的压力、温度开始从气相中凝结出第一批液滴时的压力、温度泡点露点临界点气液两相共存的最高压力、最高温度点三点液相中分离出气泡时压力、温度点组成的线气相中凝结出液珠时压力、温度点组成的线泡点线露点线饱和蒸汽压线气液两相共存的压力、温度点组成的线一线液相区气液两相区气相区AC 线以上AC 线右下方AC 线上的点三区一、相态及其表示法一、相态及其表示法2、双组分体系的相态特征临界凝析压力点泡点线地下油气藏是复杂的多组分烃类体系，在压力、温度一定时，它的相态特征取决于系统的组成和每一组分的性质。

因此，对不同油气藏不同烃类体系，其相图也各不相同。

已知油气藏温度及压力时，就可用相图临界点与油气藏原始条件点的相对位置关系来判断油气藏类型。

三、油气藏(多组分体系)的相态特征未饱和油藏饱和油藏凝析气藏过饱和油藏反常凝析区等液量aC线，液相区与两相区的分界线bC线，气相区与两相区的分界线虚线，线上的液相含量相等泡点线露点线等液量线CDTBC线包围的阴影部分aC线以上bC线右下方aCb线包围的区域液相区反常凝析区气液两相区气相区bC线上的点C点，泡点线与露点线的交点P点，两相共存的最高压力点T点，两相共存的最高温度点泡点露点临界点临界凝析压力点临界凝析温度点第二露点气体在等温降压过程中出现的露点当油藏压力降低至泡点压力之后，有大量气体从油中分离出来；分离器条件，气油比小于1800m 3/m 3，原油相对密度小于0.78，产出的油呈深色； 等液量线较稀疏。

第三章储层流体的物理特性所谓储层流体，这里指的是储存于地下的石油、天然气和地层水。

其特点是处于地下的高压、高温下，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气藏流体的物理性质与其在地面的性质有着很大的差别。

例如，当储层流体从储层流至井底，再从井底流至地面的过程中，流体压力、温度都会不断降低，此时会引起一系列的变化—原油脱气、体积收缩、原油析蜡；气体体积膨胀、气体凝析出油；油田水析盐—即离析和相态转化过程，而这一系列变化过程对于油藏动态分析、油井管理、提高采收率等都有重要的影响。

又如，进行油田开发设计和数值模拟时，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；在进行油气田科学预测方面，如在开采初期及开采过程中，油田有无气顶、气体是否会在地层中凝析等，都需要对油气的物理化学特性及相态变化有深刻的认识，才能作出判断。

因此可以毫不夸张地说，不了解石油、天然气和水的性质及其问的相互关系，不掌握它们的高压物性参数，那么，科学地进行油田开发、采油及油气藏数值模拟等便无从讲起。

第一节油气藏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同一高度打井时，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，还伴随有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人手，然后再进一步研究压力温度变化时对相态变化的影响。

采气工程烃类流体相态引言烃类流体在采气工程中具有重要的地位。

了解烃类流体在不同条件下的相态行为对于优化采气工程过程以及提高产量具有重要的意义。

本文将对烃类流体的相态行为在采气工程中的应用进行探讨，并介绍一些常见的烃类流体相态模型。

烃类流体的相态行为烃类流体在采气工程中的相态行为主要受到温度和压力的影响。

根据温度和压力的变化，烃类流体可以存在以下几种相态：气态、液态和固态。

气态相态当温度较高，压力较低时，烃类流体通常处于气态相态。

在气态下，烃类分子之间的距离较大，分子之间作用力相对较弱。

烃类流体在气态下具有较低的密度和较高的可压缩性。

液态相态当温度适中，压力适合时，烃类流体会转变为液态相态。

在液态下，烃类分子之间的距离较近，相互作用力较强。

烃类流体在液态下具有较高的密度和较低的可压缩性。

固态相态当温度较低，压力较高时，烃类流体可以转变为固态相态。

在固态下，烃类分子之间的距离更近，相互作用力更强。

烃类流体在固态下具有较高的密度和几乎无可压缩性。

烃类流体相态模型为了描述烃类流体在不同条件下的相态行为，研究人员提出了一些相态模型。

以下是几种常见的烃类流体相态模型：理想气体模型理想气体模型是烃类流体相态研究中最简单的模型之一。

在理想气体模型中，假设烃类分子之间没有相互作用力，分子之间是完全独立的。

根据理想气体模型，烃类流体在气态下服从理想气体方程。

引力模型引力模型是一种更为复杂的烃类流体相态模型。

在引力模型中，考虑了烃类分子之间的引力作用。

引力模型可以更准确地预测烃类流体的气液相变行为，并对烃类流体的密度变化给予了更准确的描述。

状态方程模型状态方程模型是一类基于实验数据的数学公式，用于描述烃类流体在不同条件下的相态行为。

常见的状态方程包括van der Waals方程、Peng-Robinson方程等。

这些方程可以通过调整一些参数来适应不同的烃类流体。

烃类流体相态在采气工程中的应用烃类流体的相态行为对于采气工程的研究和设计具有重要的影响。

第三章烃类流体相态提示烃类流体相态研究是油气田开发的重要理论基础之一，凝析气田开发、注气提高石油采收率、油气分离和矿场加工等领域都离不开它，也是本书中的难点和重点，它涉及到物理化学和工程热力学的基础知识。

凝析气田开发的本质特征就是存在着反凝析现象，凝析油气（烃类）体系组成、相态在开发过程中随时随地发生变化，这一复杂渗流、流动现象靠烃类流体相态研究来揭示它。

相态研究要从定性和定量、实验、理论和应用等多方面加以研究。

研究的重点是：1）不失时机地取得有代表性的凝析油气样品和确定室内实验分析的内容。

2）以实验为依据，选用合适的状态方程进行烃类体系相平衡计算。

3）甲烷和C+n重馏分组成对相平衡计算影响很大，为提高计算速度和效果，要进行C+n 特征化处理，这是烃类体系相平衡计算中一个特殊问题，要对C+n重馏分进行劈分，整个烃类体系组合成恰当数量的拟组分，做得好，就能省时、省力，而且效果还好。

4)油气相态研究有待于深化、发展，要了解其发展趋势。

5）注意烃类体系相态研究在其他方面的应用，如：油气藏类型的判断，提高天然气矿场加工有用组分回收率和注气提高石油采收率等。

第一节油气体系的基本相态特征根据《油层物理》课程已掌握的知识，我们知道石油和天然气都是由多种烃类物质和少数非烃类物质所组成的混合物。

油气田开发与开采的实践表明，除了纯气藏之外，凝析气藏和油藏的开发、开采及地面工艺过程都会经历油气之间烃组分的相互溶解和分离、物态转换等相态变化现象。

因此，油气藏烃类体系开采前在地下处于什么相态，开采过程中会发生怎样的相态变化，哪些因素影响相态变化，用什么方法定性和定量描述相态变化规律，这是我们所关心的问题。

我们首先讨论烃类体系基本相态特征的表述。

一、有关的物理化学概念1.体系体系是指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体。

体系可分为单组分体系和多组分体系。

单组分体系是指与周围物质相分隔而由单一种纯物质所组成的体系，而多组分体系则是由与周围其它物质分隔而由多种不同的纯物质所组成的体系。

第一章 油气藏流体的化学组成与性质储层流体：储存于油〔气〕藏中的石油、天然气和地层水。

石油中的烃类及相态石油主要由烷烃、环烷烃和芳香烃三种饱和烃类构成，原油中一般未发现非饱和烃类。

烷烃又称石蜡族烃，化学通式C n H 2n+2，在常温常压〔20℃，0.1MPa 〕下，C 1~C 4为气态，它们是天然气的主要成分；C 5~C 16是液态，它们是石油的主要成分；C 17以上的烷烃为固态，即所谓石蜡。

烷烃：带有直链或支链，但没有任何环结构的饱和烃。

石油的化学组成石油中主要含碳、氢元素，也含有硫、氮、氧元素以及一些微量元素，一般碳、氢元素含量为95%~99%，硫、氮、氧总含量不超过1%~5%。

石油中的化合物可分为烃类化合物和非烃类化合物；烃类化合物主要为烷烃、环烷烃、芳香烃；非烃类化合物主要为各种含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物以及兼含有硫、氮、氧的胶质和沥青质。

含蜡量：指在常温常压条件下原油中所含石蜡和地蜡的百分比。

胶质：指原油中分子量较大〔约300~1000〕，含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物，通常呈半固态分散状溶解于原油中。

胶质含量：原油中所含胶质的质量分数。

沥青质含量：原油中所含沥青质的质量分数。

含硫量：原油中所含硫〔硫化物或硫单质〕的百分数。

原油的物理性质及影响因素包括颜色、密度与相对密度、凝固点、粘度、闪点、荧光性、旋光性、导电率等。

原油颜色的不同，主要与原油中轻、重组分及胶质和沥青质含量有关，胶质、沥青质含量高那么原油密度颜色变深。

凝固点与原油中的含蜡量、沥青胶质含量及轻质油含量等有关，轻质组分含量高，那么凝固点低；重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，那么凝固点高。

原油的密度：单位体积原油的质量。

原油的相对密度：原油的密度〔ρo 〕与某一温度和压力下的水的密度〔ρw 〕之比。

我国和前联国家指1atm 、20℃时原油密度与1atm 、4℃纯水的密度之比， 欧美国家那么以1atm 、60℉〔15.6℃〕时的原油与纯水的密度之比，γo欧美国家还使用API 度凝固点：原油冷却过程中由流动态到失去流动性的临界温度点。