油层物理第五章(相态).

第二篇储油（气）层中流体物理的性质储油（气）层是指储油（气）岩石和其中的流体二者而言。而储油（气）岩中的流体则是指储油（气）岩孔隙中的石油、天然气和地层水。由于地下压力和温度各油（气）层十分不同，因此在储油（气）层中的流体处于不同的相态，可能为单一的液相（石油），如油藏；可能为单一的气相（天然气），如气藏；也可能处于两相（石油和天然气），如带气顶的油藏；当然也可能在地下为单一的气相（天然气），而采到地表后又出现两相（石油和天然气），而且液态的石油含量相当多，这就是一种特殊类型的气藏叫凝析气藏。研究储油（气）层中流体相态、流体物理性质和物理化学性质，对阐明油气运移、聚集和分布规律、对油气田的勘探评价和储量计算以及对油气田的合理开发和提高石油采收率都有着极其重要的意义。油（气）层中流体在什么压力、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？这就是本篇所要研究的问题。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，即烃类的合物，这些混合物在常温常压下:1-4个碳原子的烃类为气体，即天然气；5-16个碳原子的烃类为液体，即各种馏分的石油；16个以上碳原子的烃类为固体，即固态的石蜡。此外还有一些含氮、氧、硫的烃类化合物，为液态或固态的沥青——胶质物质。相的概念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、化学性质和化学组成完全均匀部分我们叫做“相”。相与相之间具有分界面，通过这个界面，宏观的物理相化学性质发生突变。不同的相其物理性质不同，有些化学性质和组成也不一样。同一相的物理、化学性质和组成都是均匀的，但组成有时相同，有时则连续可变。一个相中可以含多种物质，如气体混合物为一相，溶液为一相。一种物质可以有多个相，如乙烷可以为气相，也可以为液相。又如更高的烷烃（十六烷以上）除以液相出现外，还可以固相出现。同一相的物质可以成片出现，也可以成孤立的分隔状态出现，如体系中气泡、液滴。相态研究中不考虑体系的绝对数量，如体系中出现一吨液态物质可以定义出现液相，若仅出现一克液相物质，同样也可以定义出现液相。相的特征相的表示方法一个体系中的相不仅与物质组成有关，而且还决定于压力和温度。当一个体系的物质组成固定时，则压力（p）、温度（T）和体积（V）都是特定体系组成中相的状态函数，因此在特定体系中其状态方程式可写成：0VTpF、、表示状态方程的图件就是相图。常用相图为：压力（p）-体积（V）图，或压力（p）-温度（T）图。§1单组分体系单组分的临界点可定义为两相能共存的最高温度点和压力点。A点----泡点B点----露点C点----临界点AC----泡点线BC----露点线单组分体系P-V图相应的温度Tc—临界温度，相应的压力pc－临界压力，相应的体积Vc－临界体积。临界常数密度组分分子式分子量1ata的沸点℃压力kg/cm2温度℃体积dm3/kg对空气相对密度0℃1atm20℃1atm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异丁烷i-C4H1058.12-11.738.2134.04.272.0072.6682.4858正丁烷n-C4H1058.12-0.1538.7152.04.442.0072.7032.5222异戊烷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硫化氢H2S34.08-60.291.8101.5/1.1781.5391.5000空气28.966-194.334.8-140.7/11.2931.205水H2O18.02100.0224.6374.1/0.6221.8040.795轻石蜡族碳氢化合物及其它化合物的物理性质（据Amyx.1960）C点----临界点曲线----既是泡点线又是露点线单组分体系相图的另一种形式：P--T图由P-V图可看出，在一定温度下泡点压力与露点压力相同，因此，在压力－温度相图上是一条曲线。这条曲线实际上是饱和蒸汽压曲线。在曲线上的每一点都代表了气液二相共存。C点称为临界点，高于此温度无论施加多大压力都不会有二相出现，如D点，若一定要判断相态的话，则可通过P-V图，D点体积大于临界体积Vc为气态，若小于临界体积Vc为液态。单组分体系的特征：1、临界点即为二相共存的最高温度和最高压力点2、P-V图上二相区的等温线是水平线3、P-T相图是一条饱和蒸汽压曲线单组分体系相图一般采用：P--V图§2双组分体系C点----临界点线1----泡点线线2----露点线c（1）与单组分P-V图相比不同的是：等温线在两相区不是水平线，而是斜线，说明物质泡点和露点压力不相同，这是由于物质不是由一种成分组成；（2）临界点不再是－两相共存的最高温度点和最高压力点。基本特征双组分体系P-V图体系临界点的含义是泡点线与露点线的交点，在该点上液、气界限消失，液相气相的内涵性质相同。所谓内涵性质是指那些与物质数量无关的性质，如密度、粘度、化学电位和表面张力等。这定义同样适用于单组分体系。cC点----临界点P’----临界凝析压力点，两相能共存的最高压力点T’----临界凝析温度点。两相能共存的最高温度点C点----临界点p’----临界凝析压力点，两相能共存的最高压力点T’----临界凝析温度点。两相能共存的最高温度点aC----泡点线bC----露点线双组分体系相图的另一种形式：P--T图双组分体系相图一般采用：P--T图（3）在P-T图上二相区不再是一条饱和蒸汽压曲线，而是一个区域。可看出：（4）在双组分以上的体系中，相的状态函数除了与温度、压力有关外，还与各组分含量有关。组分含量变化，相图是变化的——形态上发生变化，但线的类型不发生变化。乙烷-正庚烷的P－T－C（成分）关系图组成对体系临界压力和临界温度的影响（5）由任意两种成分组成的体系的临界压力，一般都高于纯组分的临界压力。当组成相差越大时，其临界压力越高，组成越邻近时，则临界压力越低。（6）临界温度则比组成中较轻组分的临界温度高，而比组成中较重组分的临界温度低，因此体系中的临界温度是处于两种纯组分的临界温度之间。组成对泡点和露点轨迹构成的包线形状及位置的影响（7）哪种组分百分含量高，则包线靠近哪一部分，而其临界点C也靠近哪一组分。如果两种组分的百分含量相当，那么具有最大面积的包线区，这时临界压力最高，而临界温度则处于两个纯组分之间。（8）临界点的位置三种类型：（1）临界点C位于临界凝折压力（p’）和临界凝析温度（T‘）之间；（2）临界点C位于临界凝析压力（p’）与临界凝析温度（T＇）下侧；（3）临界点C位于临界凝析压力（p’）与临界凝析温度（T＇）上侧。易挥发的组分含量高临界点位于临界凝析压力点的左侧难挥发的组分含量占绝对优势临界点位于临界凝析压力点的右侧§3多组分体系C点----临界点p’----临界凝析压力点T’----临界凝析温度点aC----泡点线bC----露点线虚线----液体体积百分含量线，也叫等容线CBT’DC----等温逆行区CGP’HC----等压逆行区多组分体系的相图类似于双组分体系的相图。临界点定义与双组分体系的一样，为液、气界限消失，或液相气相内涵性质相同。这一点相应的温度为临界温度，相应的压力为临界压力。多组分体系P-T图等压逆行区等温逆行区具逆行现象发生B→D降压为等温逆凝结，D→B升压为等温逆蒸发。逆行现象就是与正常现象相反的现象，反常现象与双组分体系比较，多组分烃类体系的基本特征是：压力下降液态组分增加等温逆行区B→C升温液相增加——为等压逆凝结，C→B降温气相增加——为等压逆蒸发。温度压力等压逆行区液相百分含量逆行现象的分子运动学解释压力下降液态组分增加逆蒸发现象的解释：D→BF点开始为气相，随压力增加到E点，开始有液滴凝结，较重液态烃分子凝结，这是因为分子量大，分子间引力大，因而首先从气态分子凝结成液态分子，随压力增加到D点，几乎所有较重烃分子全部凝结，此时液态烃含量达到最大，由此点再增压，分子间距缩小，导致分子间引力增加，但未达到轻烃分子液化程度，这时可将部分液态烃分子吸引，随压力增加，引力增加，直至将所有液态烃分子全部吸引，体系中凝结的液相也就全部转成气相——这种现象可视为液态重烃分子分散在气态的轻烃分子中形成气溶胶体。压力下降液态组分增加逆凝结现象的解释：B→DA点全部为气相，当压力降到B点，分子间距加大，引力降低，被吸引的液态重烃分子开始析离，产生第一批液滴，当压力进一步降低到D点，气态烃分子间距进一步加大，分子间引力进一步减小，液态烃分子全部析离出来，出现大量液态烃。逆行现象的分子运动学解释J点：代表单相未饱和油藏；I点：代表单相饱和油藏；L点：代表两相饱和油藏，或叫带气顶的油藏；A点：代表单相凝析气藏；D点：代表两相带油环气藏；F点：代表单相干气藏；根据相图和地下的温度、压力，就可以判断地下油气藏类型§4典型油气藏相态图不同类型油气田液态烃相对密度及油气比油气田类型液态烃相对密度原始油气比（S.C.m3/m3）油田重质油田≥0.802178轻质油田0.802-0.739178-1425气田干气田//湿气田＞0.73910686-17810凝析气田0.780-0.7391425-12467§4典型油气藏相态图1.重质油田相图特征：地下P、T条件（A）---处在液相区，为油藏。地面油气分离器P、T条件（S）----处在两相区，采到地面液态石油含量较高。临界点（C）----向重组分（向右）大幅度偏移，远离临界凝析压力点（A’），说明石油中重组分含量多。2.轻质油田相图特征：地下P、T条件（A）---处在液相区，为油藏。地面油气分离器P、T条件（S）----处在两相区，但采到地面液态石油含量较低。临界点（C）----向重组分（向右）小幅度偏移，离临界凝析压力点（A’）较近，说明石油中重组分含量较少。3.凝析气田相图特征：地下P、T条件（A）---处在气相区且在逆行区上方，为凝析气藏。地面油气分离器P、T条件（S）----处在两相区，采到地面能获得较多液态石油。临界点（C）----向轻组分（左）方向小幅度偏移，说明石油中轻组分含量较高。4.湿气气田相图特征：地下P、T条件（A点）---处在气相区，为气藏。地面油气分离器P、T条件（S点）----处在两相区，采到地面有少量液态石油，绝大部分为天然气。临界点（C点）----向轻组分（向左）小幅度偏移，离临界凝析压力点较近，说明天然气中重组分含量多。5.干气气田相图特征：地下P、T条件（A点）---处在气相区，为气藏。地面油气分离器P、T条件（S点）----处在气相区，采到地面全为天然气。临界点（C点）----向轻组分（向左）大幅度偏移，远离临界凝析压力点，说明石油中轻组分含量多。