油气性质和基础理论

储运工程系12019/12/23油气集输中国石油大学储建学院储运工程系《油气集输》课程组储运工程系22019/12/23教学内容绪论及油气集输流程油气性质和基础理论『上机：相平衡计算』矿场集输管路『实验：混输管路的流型和压降』气液分离原油处理原油稳定油田开发和开采储运工程系32019/12/23油气性质和基础理论一、油气性质二、气液相平衡储运工程系42019/12/23油气性质和基础理论标准状态国内外计量气体体积采用的状态标准常不相同，常见的有三种:①压力101.325kPa、温度20℃，是我国天然气计量的法定状态；②英美法等西方国家，以1atm、60℉（15℃）为标准状态；③书刊中也常用101.325kPa、温度0℃为标准状态。三种状态之间的转换关系：1m3(20℃)=0.985m3(15℃)=0.932m3(0℃)储运工程系52019/12/23油气性质和基础理论原油原油是一种极其复杂的烃类和非烃类的液态混合物，其中碳和氢的质量分数分别为85%、12%，其余为硫、氮、氧和金属化合物。原油中所含的烃类主要有：①正构及异构烷烃（CnH2n+2）；环烷烃（CnH2n）；芳香烃（CnHn）。原油内C16以上的正构烷烃称为石蜡。原油是一种胶体溶液，常含有胶质、沥青质，还有砂、各种盐类及金属腐蚀产物等。储运工程系62019/12/23油气性质和基础理论原油分类常用的原油分类方法：•按组成分类•按气油比分类•按收缩性分类•按相对密度和粘度分类•按硫含量分类储运工程系72019/12/23油气性质和基础理论按组成分类根据几种烃类在原油中的比例划分原油种类，Sachanen分类法:•石蜡基原油烷烃大于75%•环烷基原油环烷烃大于75%•芳香基原油芳香烃大于50%•沥青基原油沥青质大于50%储运工程系82019/12/23油气性质和基础理论按气油比分类按气油比将油气井井流产物分成:•死油dealoil气油比为零•黑油blackoil气油比小于356m3/m3•挥发性原油volatileoil气油比356～588m3/m3•凝析气condensategas气油比588～8905m3/m3•湿气wetgas气油比大于8905m3/m3•干气drygas不含液体的天然气储运工程系92019/12/23油气性质和基础理论按收缩性分类“收缩”指油藏原油在地面脱气后体积的缩小。用收缩系数来描述原油收缩性的大小。收缩系数是指单位体积油藏原油在地面脱气后的体积数。根据收缩系数的大小划分原油种类:•低收缩原油low-shrinkagecrudeoil收缩系数大于0.5•高收缩原油high-shrinkagecrudeoil收缩系数小于0.5储运工程系102019/12/23油气性质和基础理论按相对密度和粘度分类Dowd等人根据原油相对密度和粘度划分原油种类:•普通原油相对密度小于0.934粘度小于10Pa·s•重质原油相对密度0.934～1.000粘度小于10Pa·s•特重原油相对密度大于1.000•天然沥青粘度大于10Pa·s储运工程系112019/12/23油气性质和基础理论按硫含量分类把硫含量高的原油称为酸性原油sourcrude，但没有统一标准。•一种说法，H2S体积浓度超过3700mg/L•西方管道界，硫含量超过0.5%（质量）储运工程系122019/12/23油气性质和基础理论我国原油分类我国原油的分类是以常压沸点250～275℃和395～425℃两个关键馏分油的密度划分原油类别。首先对关键组分分为三类，见表：储运工程系132019/12/23油气性质和基础理论根据关键组分的类别把原油分为七类：储运工程系142019/12/23油气性质和基础理论溶气原油物性原油和天然气是两种互溶的流体，在一定的压力和温度条件下，天然气会全部和部分溶解在原油中。溶气原油的溶气量、密度、粘度等物性随压力、温度条件而改变。这里主要介绍适用于压力、温度较高的油藏及油气两相流动条件下的溶气原油物性的经验计算方法，称为黑油模型。储运工程系152019/12/23油气性质和基础理论美国石油协会相对密度在描述石油及石油产品时，西方国家常用°API相对密度，数值在0～100，与我国惯用的相对密度的关系：Δo—15℃下原油对同温度水的相对密度水的°API为10；油品愈轻，°API愈大。5.1315.141APIOo储运工程系162019/12/23油气性质和基础理论溶解度常压（工程标准状态）储罐中的原油称为脱气原油stock-tankoil；高于大气压溶有天然气的原油称为溶气原油。单位体积脱气原油在某一压力、温度下能溶解的天然气体积数（折算成标准状态下的体积）称天然气溶解度，或称溶解气油比Rs，m3/m3。天然气溶解度可以通过查溶解度诺谟图和利用Laster相关式或Standing相关式计算获得。储运工程系172019/12/23油气性质和基础理论溶解度诺谟图原油泡点压力气体相对密度温度关联曲线脱气原油相对密度溶解度储运工程系182019/12/23油气性质和基础理论诺谟图是Laster在实验数据的基础上给出来的。可见，天然气在原油中溶解度与压力、温度和油气组成有关：•压力愈高，溶解气油比愈大；•温度愈低，溶解气油比愈大；•油、气相对密度愈接近，原油溶解天然气的能力愈强。储运工程系192019/12/23油气性质和基础理论Laster相关式ooggMyy1103674.2R4SΔo——脱气原油相对密度Mo——脱气原油相对分子质量，由图可查yg——天然气摩尔分数，由公式计算或图查储运工程系202019/12/23油气性质和基础理论0API—MO关系图可见，0API愈大，脱气原油相对分子质量MO愈小。储运工程系212019/12/23油气性质和基础理论气体摩尔分数计算式891.0869.11lg826.0TpggyP——绝对压力，MPaT——温度，KΔg——天然气相对密度储运工程系222019/12/23油气性质和基础理论泡点压力系数与气体摩尔分数的关系图可见，泡点压力系数愈大，气体摩尔分数愈大。储运工程系232019/12/23油气性质和基础理论Standing相关式205.1167.1001638.077.1exp104.2tpRogSt——温度，℃Chierici等人建议：•原油相对密度大于0.966时用Laster相关式•原油相对密度小于0.966时用Standing相关式储运工程系242019/12/23油气性质和基础理论原油体积系数单位体积脱气原油溶入天然气后具有的体积数称为原油体积系数。天然气溶入原油使得原油的体积增大，所以溶气原油体积系数总是大于1。原油体积系数可以通过查图或利用相关式计算获得。oosgoVVB储运工程系252019/12/23油气性质和基础理论原油体积系数诺谟图溶解度天然气相对密度脱气原油相对密度温度体积系数储运工程系262019/12/23油气性质和基础理论原油体积系数诺谟图相关式4025.262.5000147.0972.05.0175.1tRFFBogSo可见，原油体积系数与温度、油气组成以及天然气在原油中的溶解度有关：•温度愈高，原油体积系数愈大；•油、气相对密度愈接近，原油体积系数愈大；•溶解气油比愈大，原油体积系数愈大。储运工程系272019/12/23油气性质和基础理论溶气原油密度溶气原油的密度称为视密度，或表观密度。脱气原油中溶入天然气后，其密度和相对密度都下降。溶解天然气相对密度（工标）可以通过查图或利用相关式计算获得。oagsSooBR/储运工程系282019/12/23油气性质和基础理论溶解天然气相对密度诺谟图储运工程系292019/12/23油气性质和基础理论溶解天然气相对密度诺谟图相关式可见，溶解天然气的相对密度与溶解度和脱气原油的相对密度有关：溶解度愈小，溶解天然气的相对密度愈大，说明天然气中的重组分更易溶入原油；脱气原油的相对密度愈大，溶解天然气的相对密度愈小，这是因为伴随重质原油开采出的天然气较轻（C1+C2），而伴随轻质原油开采出的天然气较重（C5+）。43818.408779.400393.000379.0ooSgsR储运工程系302019/12/23油气性质和基础理论如果已知溶气原油的组成，可近似按理想溶液计算溶气原油的视密度：iiiiioMxMx如果含有C1、C2、H2S等在常态下不能液化的化合物，则不能直接用这个公式计算，因为无法测定其液体密度，可利用溶气原油视密度图来查得。储运工程系312019/12/23油气性质和基础理论溶气原油视密度图①用公式计算C3+的密度；②计算C2及常态下不能液化的非烃类在C2+中的质量百分数；③计算C1在液相中的质量百分数；④查图确定溶气原油的视密度。储运工程系322019/12/23油气性质和基础理论溶气原油粘度原油溶入天然气后粘度减小。可以通过查图和利用公式计算获得：SSRRBooBAA004045.000455.01057.043.0108.02.0储运工程系332019/12/23油气性质和基础理论溶气原油粘度可见，溶气原油粘度与脱气原油粘度和溶解度有关。脱气原油粘度愈大，溶气原油粘度愈大；溶解度愈小，溶气原油粘度愈大。储运工程系342019/12/23油气性质和基础理论SngsSgngRRRRgnoVRV未溶解天然气密度天然气中溶于原油的都是较重组分，因此未溶解天然气密度减小。gssoVRV储运工程系352019/12/23油气性质和基础理论溶气原油表面张力和界面张力表面张力和界面张力可以用仪器测定，也有很多经验相关式可以用来估算，常用的是修正系数法。上式是脱气原油表面张力与原油相对密度关系曲线的表达式。米牛/101896.908427.05.47/3to储运工程系362019/12/23油气性质和基础理论脱气原油表面张力与原油相对密度的关系曲线可见，脱气原油表面张力与脱气原油相对密度和温度的关系曲线。脱气原油相对密度愈大，脱气原油表面张力愈大；温度愈高，脱气原油表面张力愈小。储运工程系372019/12/23油气性质和基础理论修正系数修正系数可以通过查图得到，也可以用曲线回归的关系式计算。可见，修正系数是压力的单值函数，而且压力愈高，修正系数愈小。018563.010127.0expp储运工程系382019/12/23油气性质和基础理论脱气原油物性在工艺计算中常常需要确定脱气原油的物性，最可靠的方法是实验测定，在缺少实验条件的情况下可以利用一些关系式计算。储运工程系392019/12/23油气性质和基础理论脱气原油的倾点和凝点倾点和凝点是衡量油品流动性的指标，是在规定的试验仪器和试验条件下测定的。倾点是油品在试管中5秒内能流动的最低温度。凝点是油品在倾斜45°角试管内停留1分钟不流动的最高温度。同一原油的倾点比凝固点约高2.5～3℃。西方国家广泛使用倾点，中、俄等国常使用凝点。储运工程系402019/12/23油气性质和基础理论202000132.0828.120tt脱气原油的密度在0～50℃范围内kg/m3kg/(m3·℃)在20～120℃范围内3203203203-20201010975.1513.296086010102.6383.083860780201时，时，tt储运工程系412019/12/23油气性质和基础理论脱气原油的粘度在缺少实验数据条件下，可根据原油相对密度和温度估算原油的动力粘度：mPa·sΔo——15℃原油的相对密度注：温度的单位为ozxozytyx/8625.26926.510328.1110163.1℃储运工程系422019/12/23油气