油藏物理 第二章

1、油藏物理課程第一篇儲層流體的物化性質(zhì)The Physical & Chemical Properties of Reservoir Fluids1第一節(jié) 天然氣的視分子量和密度1第二節(jié) 天然氣的狀態(tài)方程和對比狀態(tài)原理1第三節(jié) 天然氣的高壓物性1第四節(jié) 濕天然氣和天然氣水合物第二章 天然氣的高壓物理性質(zhì)本章目的：u了解天然氣的化學(xué)組成描述方法u了解天然氣分子量、密度和相對密度的定義u了解天然氣的狀態(tài)方程和對應(yīng)狀態(tài)原理u了解天然氣的壓縮因子、體積系數(shù)、壓縮系數(shù)、粘度的定義、影響因素及確定方法第二章 天然氣的高壓物理性質(zhì)本章重點：u天然氣的狀態(tài)方程和對應(yīng)狀態(tài)原理；u天然氣各高壓物性參數(shù)的定義

2、、影響因素及確定方法本章難點：l壓縮因子的定義、物理意義和確定方法l天然氣粘度的影響因素分析第二章 天然氣的高壓物理性質(zhì)1、天然氣是以溶解狀態(tài)存在于石油中或以游離狀態(tài)存在于油 藏的頂部(氣頂氣)或存在于全部氣藏中(氣田氣)2、天然氣是一種混合氣體，其組分復(fù)雜且經(jīng)常改變3、天然氣和原油之間處于同一相態(tài)平衡體系中，油氣相態(tài)隨 油藏溫度和壓力的變化而改變4、天然氣（地下）的性質(zhì)不完全服從理想氣體的一般規(guī)律第二章 天然氣的高壓物理性質(zhì)天然氣的最大特點是具有極大的壓縮性1. 天然氣的組成 烷烴 非烴氣體：H2S、CO2、CO、N2、H2O蒸汽等少量稀有氣體：氦(He)和氬(Ar) p組成：天然氣低分子飽

3、和烷烴少量非烴氣體組成C1(7098%)、C2(20%時，誤差3%) （2）含H2S和CO2時：ccTT)1 (BBTTPPcccc8 . 1)(15)(12045 . 06 . 19 . 0BBAAccTP ,F按摩爾平均求得的視臨界參數(shù)ciicPyPciicTyT原理：引入一個以H2S和CO2摩爾分?jǐn)?shù)為函數(shù)的校正系數(shù)，先求天然氣視臨界參數(shù)，然后應(yīng)用該校正系數(shù)得到校正后臨界參數(shù)，再求對應(yīng)溫度和對應(yīng)壓力，然后再查圖版得到Z根據(jù)已知天然氣的組成或相對密度求擬臨界溫度、擬臨界壓力 如含有非烴H2S、CO2，對擬臨界溫度和擬臨界壓力進(jìn)行校正根據(jù)給定的溫度、壓力，計算擬對比溫度和擬對比壓力 查圖版,求

4、得壓縮因子查圖版確定壓縮因子的步驟定義：氣體在地層條件下所具有的體積(游離態(tài)氣體）與標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占有的體積的比值scV地面標(biāo)準(zhǔn)條件下體積地面標(biāo)準(zhǔn)條件下體積scscscggTPPZTVVBscscscPnRTVPZnRTVgBg1scggVVB Bg描述了一定量天然氣從地下地面，由于T、P改變引起的體積膨脹的大小天然氣Bg1一、天然氣的地層體積系數(shù)BgscscscnRTVPscscscPnRTV在地層條件下:PZnRTVZnRTPVPPtZPTZTPVVBscscscscg293273地面標(biāo)準(zhǔn)狀況下，Z=12、Bg的確定天然氣體積系數(shù)Bg的計算公式 3. 體積系數(shù)的應(yīng)用計算氣藏的儲量1ggEB例

5、 已知 P16.548MPa, t=138.9 Z0.923 ；氣體在地下的體積Vrec=1.5108m3 。求：氣體的儲量(地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)m3)？44332733.458 103.458 100.923273 138.90.007945/16.548gtBZPmm標(biāo)氣體儲量 Vsc=1.5108/Bg=1.5108/0.007945 =188.80108m3 定義：指在等溫條件下，單位體積天然氣體的體積隨壓力的變化率TgPVVC)(1MPa1物理意義：在T一定時，壓力每改變一個單位時，氣體體積的變化率PnRTV 2PnRTPVp對理想氣體：PPnRTnRTPPVVCTg1)()(12隨壓力增加

6、，氣體難壓縮二、天然氣的等溫壓縮率Cgp純組分體系實際氣體PZnRTVZnRTPV由氣體壓縮因子狀態(tài)方程PVPZZVPZPZPnRTPVT2)(PZZPPVPZZVVPVVCTg11)(1)(1TPfZ)(代入壓縮系數(shù)定義式又因p單組分實際氣體：在低壓下,Z隨壓力上升而減小, Z/P為負(fù)值,實際氣體壓縮系數(shù)Cg比理想氣體的要大在高壓下,Z隨壓力上升而增大, Z/P為正值,實際氣體壓縮系數(shù)Cg比理想氣體的要小PZ /將Z 和PZPPZZPZ2121帶入Cg根據(jù)（P、T）查相應(yīng)溫度下ZP圖Z；用ZP 圖求取Z 點的斜率 上式不能直接計算多組分天然氣的Cg，需采用對應(yīng)狀態(tài)原理,將壓力變換為視對應(yīng)壓力

7、；p天然氣： PZZPCg11prpcpcprpcprPPPPPPPPP /prpcprpcgPPZZPPC 11)11(1prprpcgPZZPPC天然氣等溫壓縮系數(shù)Cg的計算公式 prprprprPZPPZZPZ2121將Z 和prPZ /帶入Cg計算步驟根據(jù)yi或相對密度計算Ppc和Tpc；計算擬對比參數(shù)Ppr和Tpr；查ZPpr ,Tpr)圖版Z用Z(Ppr ,Tpr)圖版求取Z點的斜率設(shè)兩氣層間的摩擦力為F，接觸面積為Adydv速度梯度，1/s;-單位面積上的內(nèi)摩擦力,N/m粘度，動力粘度粘度定義： dy v v+dv 氣體在平行板間流動 單位面積上內(nèi)摩擦力與速度梯度的比值FdvAd

8、ydv dy或FdvAdyF物理意義：流體抵抗剪切作用能力的一種量度常用單位：mPa.s（國際），cP（工程） cP1smPa11、粘度的定義及單位 三、天然氣的粘度稀氣體區(qū)低壓稠氣體區(qū)高壓2. 影響天然氣粘度的因素 天然氣gf（T，P，組成）天然氣壓縮性大低壓和高壓下，g 的變化規(guī)律不同高、低壓影響判定： 根據(jù)（Tpr、Ppr）天然氣g變化規(guī)律：3/vgnd221低壓下的變化規(guī)律高壓下的變化規(guī)律分子熱運動為主氣體近似于液體與P無關(guān)PTTMM非烴非烴 方法1 niiiniiiimMyMy11當(dāng)已知混合物組成時，查圖版可得在給定T、P下的各組分的粘度，應(yīng)用下式計算氣體混合物粘度3、氣體粘度的計算

9、(自學(xué)) (1)低壓氣體混合物的粘度低壓下： 低壓下氣體的粘度幾乎與壓力無關(guān)。分子作用力小，粘度主要受分子動量交換的影響。 dz u u+du (1)T g (高、低速氣層分子交換數(shù)量增加)(2)M g (分子運動減慢，內(nèi)摩擦力減小)(3)非烴氣體的粘度一般較高2、天然氣粘度的特點 2、天然氣粘度的特點 SHCONduncorrecte22211方法2：查圖版 （2）高壓下氣體粘度計算： 858. 1rr2*11. 1exp439. 1exp108 .10 方法1： crciicPyPciicTyTzRTMWPV3221612173. 0cgcPMTcccTZRMP粘度對比參數(shù)粘度對比參數(shù)法（

10、1）由公式計算1個大氣壓、給定溫度下的氣體粘度 g1；（2）確定氣體的視對應(yīng)壓力、溫度；（3）查圖版,求 / g1；（4）由 g1 / g1,求 求取混合物粘度步驟：（2）高壓下氣體粘度計算： 3、天然氣粘度的特點 低壓下： 低壓下氣體的粘度幾乎與壓力無關(guān)。分子作用力小，粘度主要受分子動量交換的影響(1)T g (高、低速氣層分子交換數(shù)量增加)(2)M g (分子運動減慢，內(nèi)摩擦力減小)(3)非烴氣體的粘度一般較高v31g dz u u+du 具有液體粘度特點 高壓下，作用力為結(jié)合力： P增加，結(jié)合力增加 T增加，運動加快，結(jié)合力破壞 M增加，結(jié)合力增強 高壓下：(1)P g ； (2)T g

11、 ； (3)M g 一、天然氣中水蒸氣含量 含水蒸汽的天然氣稱為濕天然氣，天然氣含水量與下列因素有關(guān)： （1）隨溫度增加而增加；隨壓力增加而減少； （2）隨含鹽量增加而減少； （3）相對密度越大，含水量越少。 通常用絕對濕度或相對濕度（水蒸汽飽和度）描述天然氣中含水量的多少。 第四節(jié) 天然氣含水量和天然氣水合物1. 絕對濕度 每1m3的濕天然氣所含水蒸氣的質(zhì)量稱為絕對濕度，其關(guān)系式如下： 若濕天然氣中水蒸氣的分壓達(dá)到飽和正氣壓，則飽和絕對濕度可以寫成： 飽和絕對濕度是指在某一溫度下天然氣中含有的最大的水蒸汽量 TRpVWXWVWTRpXWSWS第四節(jié) 天然氣含水量和天然氣水合物2.相對濕度 在

12、同樣的溫度下，絕對濕度與飽和絕對濕度之比，稱為相對濕度： 絕對干燥的天然氣，Pvw=0，則=0；當(dāng)濕天然氣達(dá)到飽和時，PVW=PSV，=1,對一般天然氣：013.天然氣含水量的確定方法 SWVWSppXXCCXXS0相對密度校正系數(shù)含鹽量校正系數(shù)相對密度0.6時的天然氣含水量第四節(jié) 天然氣含水量和天然氣水合物1、天然氣水合物的概念又稱籠形包絡(luò)物，它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下由水和天然氣組成的類似冰狀的、籠形結(jié)晶化合物，其遇火可燃燒，因而俗稱可燃冰。 密度0.88-0.90甲烷水合物如果形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過99%的天然氣水合

13、物通常稱為甲烷水合物 天然氣水合物在燃燒天然氣水合物的形態(tài)第四節(jié) 天然氣含水量和天然氣水合物 1. 水合物的形成與天然氣水合物資源 2. 天然氣開采過程中防止井筒出現(xiàn)水合物 3. 氣態(tài)天然氣轉(zhuǎn)變?yōu)樗衔飪\nOHMOnHM22第四節(jié) 天然氣含水量和天然氣水合物1919世紀(jì)室內(nèi)發(fā)現(xiàn)世紀(jì)室內(nèi)發(fā)現(xiàn)2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代研究管道堵塞年代研究管道堵塞2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代前蘇聯(lián)首次在年代前蘇聯(lián)首次在地層中發(fā)現(xiàn)了天然氣水合地層中發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物物麥索亞哈氣田麥索亞哈氣田目前，天然氣水合物各方面目前，天然氣水合物各方面的研究正蓬勃展開的研究正蓬勃展開研究發(fā)展歷程研究發(fā)展歷程第四節(jié) 天然氣含水量

14、和天然氣水合物天然氣水合物的資源量： 2.11016m3天然氣剩余可采出量： 1.54 1014m3天然氣水合物中碳總量可能是地球上其他化石燃料中碳總量的兩倍。在中國，據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局的前期調(diào)查，僅西沙海槽已初步預(yù)測的水合物中天然氣資源量估算達(dá)4.1萬億立方米，按成礦條件推測，整個南海的天然氣水合物的資源量相當(dāng)于700億噸石油，是我國常規(guī)油氣資源量的一半。136倍2、天然氣水合物的分布和資源量 第四節(jié) 天然氣含水量和天然氣水合物1 概念掌握天然氣的視分子量、相對密度、臨界參數(shù)、壓縮因子、壓縮系數(shù)、體積系數(shù)、粘度，對應(yīng)狀態(tài)定律。2 掌握影響天然氣粘度的因素：溫度、壓力、組成3 掌握天然氣視臨界參數(shù)的求法4 掌握壓縮因子狀態(tài)方程，了解其他形式的狀態(tài)方程5 掌握壓縮系數(shù)