油層物理 第五章(相態(tài))

1、第二篇第二篇 儲油（氣）層中流體物理的性質(zhì)儲油（氣）層中流體物理的性質(zhì) 儲油（氣）層是指儲油（氣）巖石和其中的流體二者而言。而儲油（氣）巖中的流體則是指儲油（氣）巖孔隙中的石油、天然氣和地層水。由于地下壓力和溫度各油（氣）層十分不同，因此在儲油（氣）層中的流體處于不同的相態(tài)，可能為單一的液相（石油），如油藏；可能為單一的氣相（天然氣），如氣藏；也可能處于兩相（石油和天然氣），如帶氣頂?shù)挠筒?；當然也可能在地下為單一的氣相（天然氣），而采到地表后又出現(xiàn)兩相（石油和天然氣），而且液態(tài)的石油含量相當多，這就是一種特殊類型的氣藏叫凝析氣藏。 研究儲油（氣）層中流體相態(tài)、流體物理性質(zhì)和物理化學性質(zhì)，對闡明

2、油氣運移、聚集和分布規(guī)律、對油氣田的勘探評價和儲量計算以及對油氣田的合理開發(fā)和提高石油采收率都有著極其重要的意義。油（氣）層中流體在什么壓力、溫度條件下出現(xiàn)什么相態(tài)，各相態(tài)的物理性質(zhì)和物理化學性質(zhì)如何？這就是本篇所要研究的問題。 石油和天然氣的化學組成主要是一些復雜的碳氫化合物的混合物，即烴類的合物，這些混合物在常溫常壓下:1-4個碳原子的烴類為氣體，即天然氣；5-16個碳原子的烴類為液體，即各種餾分的石油；16個以上碳原子的烴類為固體，即固態(tài)的石蠟。此外還有一些含氮、氧、硫的烴類化合物，為液態(tài)或固態(tài)的瀝青膠質(zhì)物質(zhì)。相的概念 油層內(nèi)烴類體系的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)和化學組成可以是均勻的，也可以是不

3、均勻的。 一個體系中，物理性質(zhì)、化學性質(zhì)和化學組成完全均勻部一個體系中，物理性質(zhì)、化學性質(zhì)和化學組成完全均勻部分我們叫做分我們叫做“相相”。 相與相之間具有分界面，通過這個界面，宏觀的物理相化學性質(zhì)發(fā)生突變。 不同的相其物理性質(zhì)不同，有些化學性質(zhì)和組成也不一樣。同一相的物理、化學性質(zhì)和組成都是均勻的，但組成有時相同，有時則連續(xù)可變。 一個相中可以含多種物質(zhì)，如氣體混合物為一相，溶液為一相。 一種物質(zhì)可以有多個相，如乙烷可以為氣相，也可以為液相。又如更高的烷烴（十六烷以上）除以液相出現(xiàn)外，還可以固相出現(xiàn)。 同一相的物質(zhì)可以成片出現(xiàn)，也可以成孤立的分隔狀態(tài)出現(xiàn)，如體系中氣泡、液滴。 相態(tài)研究中不考

4、慮體系的絕對數(shù)量，如體系中出現(xiàn)一噸液態(tài)物質(zhì)可以定義出現(xiàn)液相，若僅出現(xiàn)一克液相物質(zhì)，同樣也可以定義出現(xiàn)液相。相的特征相的表示方法 一個體系中的相不僅與物質(zhì)組成有關(guān)，而且還決定于壓力和溫度。當一個體系的物質(zhì)組成固定時，則壓力（p）、溫度（T）和體積（V）都是特定體系組成中相的狀態(tài)函數(shù)，因此在特定體系中其狀態(tài)方程式可寫成：0VTpF、表示狀態(tài)方程的圖件就是相圖。常用相圖為：壓力（p）-體積（V）圖，或壓力（p）-溫度（T）圖。1 單組分體系單組分體系單組分的臨界點可定義為兩相能共存的最高溫度點和壓力點。A點-泡點B點-露點C點-臨界點AC-泡點線BC-露點線單組分體系單組分體系P-VP-V圖圖相應的

5、溫度Tc臨界溫度，相應的壓力pc臨界壓力，相應的體積Vc臨界體積。臨界常數(shù)密度組分分子式分子量1ata 的沸點壓力kg/cm2溫度體積dm3/kg對空氣相對密度01atm201atm甲烷CH416.04-161.647.3-82.56.160.5540.71650.6678乙烷C2H630.04-88.649.832.24.931.0381.3561.2634丙烷C3H844.09-42.143.496.84.421.5282.0191.8811異丁烷i-C4H1058.12-11.738.2134.04.272.0072.6682.4858正丁烷n-C4H1058.12-0.1538.715

6、2.04.442.0072.7032.5222異戊烷i-C5H1272.1527.833.9187.84.272.493.2213.0173正戊烷n-C5H1272.1536.134.1197.24.312.493.2213.0173正己烷C6H1486.1738.730.5234.84.272.9953.8603.3798氮N228.02-195.834.6-147.2/0.9681.2501.2320二氧化碳CO244.01-78.575.531.1/1.521.9771.9300硫化氫H2S34.08-60.291.8101.5/1.1781.5391.5000空氣28.966-194.

7、334.8-140.7/11.2931.205水H2O18.02100.0224.6374.1/0.6221.8040.795輕石蠟族碳氫化合物及其它化合物的物理性質(zhì) （據(jù)Amyx.1960）C點-臨界點曲線-既是泡點線 又是露點線單組分體系相圖的另一種形式：P-T圖由P-V圖可看出，在一定溫度下泡點壓力與露點壓力相同，因此，在壓力溫度相圖上是一條曲線。這條曲線實際上是飽和蒸汽壓曲線。在曲線上的每一點都代表了氣液二相共存。C點稱為臨界點，高于此溫度無論施加多大壓力都不會有二相出現(xiàn)，如D點，若一定要判斷相態(tài)的話，則可通過P-V圖，D點體積大于臨界體積Vc為氣態(tài)，若小于臨界體積Vc為液態(tài)。單組分體

8、系的特征：1、臨界點即為二相共存的最高溫度和最高壓力點2、P-V圖上二相區(qū)的等溫線是水平線3、P-T相圖是一條飽和蒸汽壓曲線單組分體系相圖一般采用：P-V圖2 雙組分體系雙組分體系C點-臨界點線1-泡點線線2-露點線c（1）與單組分P-V圖相比不同的是：等溫線在兩相區(qū)不是水平線，而是斜線，說明物質(zhì)泡點和露點壓力不相同，這是由于物質(zhì)不是由一種成分組成；（2）臨界點不再是兩相共存的最高溫度點和最高壓力點?；咎卣麟p組分體系P-V圖 體系臨界點的含義是泡點線與露點線的交點，在該點上液、氣界限消失，液相氣相的內(nèi)涵性質(zhì)相同。 所謂內(nèi)涵性質(zhì)是指那些與物質(zhì)數(shù)量無關(guān)的性質(zhì)，如密度、粘度、化學電位和表面張力等。

9、 這定義同樣適用于單組分體系。cC點-臨界點P-臨界凝析壓力點，兩相能共存的最高壓力點T-臨界凝析溫度點。兩相能共存的最高溫度點C點-臨界點p-臨界凝析壓力點，兩相能共存的最高壓力點T-臨界凝析溫度點。兩相能共存的最高溫度點aC-泡點線bC-露點線雙組分體系相圖的另一種形式：P-T圖雙組分體系相圖一般采用：P-T圖（3）在P-T圖上二相區(qū)不再是一條飽和蒸汽壓曲線，而是一個區(qū)域?？煽闯觯海?）在雙組分以上的體系中，相的狀態(tài)函數(shù)除了與溫度、壓力有關(guān)外，還與各組分含量有關(guān)。組分含量變化，相圖是變化的形態(tài)上發(fā)生變化，但線的類型不發(fā)生變化。 乙烷-正庚烷的PTC（成分）關(guān)系圖組成對體系臨界壓力組成對體系

10、臨界壓力和臨界溫度的影響和臨界溫度的影響（5）由任意兩種成分組成的體系的臨界壓力，一般都高于純組分的臨界壓力。當組成相差越大時，其臨界壓力越高，組成越鄰近時，則臨界壓力越低。（6）臨界溫度則比組成中較輕組分的臨界溫度高，而比組成中較重組分的臨界溫度低，因此體系中的臨界溫度是處于兩種純組分的臨界溫度之間。組成對泡點和露點軌跡構(gòu)成的包線形狀及位置的影響（7） 哪種組分百分含量高，則包線靠近哪一部分，而其臨界點C也靠近哪一組分。 如果兩種組分的百分含量相當，那么具有最大面積的包線區(qū)，這時臨界壓力最高，而臨界溫度則處于兩個純組分之間。（8）臨界點的位置三種類型：（1）臨界點C位于臨界凝折壓力（p）和臨

11、界凝析溫度（T）之間；（2）臨界點C位于臨界凝析壓力（p）與臨界凝析溫度（T）下側(cè)；（3）臨界點C位于臨界凝析壓力（p）與臨界凝析溫度（T）上側(cè)。易揮發(fā)的組分含量高臨界點位于臨界凝析壓力點的左側(cè)難揮發(fā)的組分含量占絕對優(yōu)勢臨界點位于臨界凝析壓力點的右側(cè)3 3 多組分體系多組分體系C點-臨界點p-臨界凝析壓力點T-臨界凝析溫度點aC-泡點線bC-露點線虛線-液體體積百分含量線， 也叫等容線CBTDC-等溫逆行區(qū)CGPHC-等壓逆行區(qū)多組分體系的相圖類似于雙組分體系的相圖。臨界點定義與雙組分體系的一樣，為液、氣界限消失，或液相氣相內(nèi)涵性質(zhì)相同。這一點相應的溫度為臨界溫度，相應的壓力為臨界壓力。多組分

12、體系P-T圖等壓逆行區(qū)等溫逆行區(qū)具逆行現(xiàn)象發(fā)生BD降壓為等溫逆凝結(jié)，DB升壓為等溫逆蒸發(fā)。逆行現(xiàn)象就是與正常現(xiàn)象相反的現(xiàn)象，反?，F(xiàn)象與雙組分體系比較，多組分烴類體系的基本特征是：壓力下降液態(tài)組分增加等溫逆行區(qū)BC升溫液相增加為等壓逆凝結(jié)，CB降溫氣相增加為等壓逆蒸發(fā)。8060ABCD溫度壓力等壓逆行區(qū)液相百分含量逆行現(xiàn)象的分子運動學解釋壓力下降液態(tài)組分增加逆蒸發(fā)現(xiàn)象的解釋：DB F點開始為氣相，隨壓力增加到E點，開始有液滴凝結(jié)，較重液態(tài)烴分子凝結(jié)，這是因為分子量大，分子間引力大，因而首先從氣態(tài)分子凝結(jié)成液態(tài)分子，隨壓力增加到D點，幾乎所有較重烴分子全部凝結(jié)，此時液態(tài)烴含量達到最大，由此點再增壓

13、，分子間距縮小，導致分子間引力增加，但未達到輕烴分子液化程度，這時可將部分液態(tài)烴分子吸引，隨壓力增加，引力增加，直至將所有液態(tài)烴分子全部吸引，體系中凝結(jié)的液相也就全部轉(zhuǎn)成氣相這種現(xiàn)象可視為液態(tài)重烴分子分散在氣態(tài)的輕烴分子中形成氣溶膠體。壓力下降液態(tài)組分增加逆凝結(jié)現(xiàn)象的解釋：BD A點全部為氣相，當壓力降到B點，分子間距加大，引力降低，被吸引的液態(tài)重烴分子開始析離，產(chǎn)生第一批液滴，當壓力進一步降低到D點，氣態(tài)烴分子間距進一步加大，分子間引力進一步減小，液態(tài)烴分子全部析離出來，出現(xiàn)大量液態(tài)烴。逆行現(xiàn)象的分子運動學解釋J點：代表單相未飽和油藏；I點：代表單相飽和油藏；L點：代表兩相飽和油藏， 或叫帶

14、氣頂?shù)挠筒?；A點：代表單相凝析氣藏；D點：代表兩相帶油環(huán)氣藏；F點：代表單相干氣藏；根據(jù)相圖和地下的溫度、壓力，就可以判斷地下油氣藏類型4 典型油氣藏相態(tài)圖不同類型油氣田液態(tài)烴相對密度及油氣比不同類型油氣田液態(tài)烴相對密度及油氣比油氣田類型液態(tài)烴相對密度原始油氣比（S.C.m3/m3）油田 重質(zhì)油田0.802178 輕質(zhì)油田0.802-0.739178-1425氣田 干氣田/ 濕氣田0.73910686-17810 凝析氣田0.780-0.7391425-124674 典型油氣藏相態(tài)圖1. 重質(zhì)油田相圖特征：u地下P、T條件（A）-處在液相區(qū)，為油藏。u地面油氣分離器P、T條件（S）-處在兩相區(qū)

15、，采到地面液態(tài)石油含量較高。u臨界點（C）-向重組分（向右）大幅度偏移，遠離臨界凝析壓力點（A），說明石油中重組分含量多。2. 輕質(zhì)油田相圖特征：u地下P、T條件（A）-處在液相區(qū)，為油藏。u地面油氣分離器P、T條件（S）-處在兩相區(qū)，但采到地面液態(tài)石油含量較低。u臨界點（C）-向重組分（向右）小幅度偏移，離臨界凝析壓力點（A）較近，說明石油中重組分含量較少。3. 凝析氣田相圖特征：u地下P、T條件（A）-處在氣相區(qū)且在逆行區(qū)上方，為凝析氣藏。u地面油氣分離器P、T條件（S）-處在兩相區(qū)，采到地面能獲得較多液態(tài)石油。u臨界點（C）-向輕組分（左）方向小幅度偏移，說明石油中輕組分含量較高。4. 濕氣