油层物理1-3 第三节 油气藏烃类的相态

1第三节油气藏烃类的相态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，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；有的是油气两相共存，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。2水单组分体系single-componentH2O多组分体系multi-component水H2OC3、C7、C20油一、油藏烃类的相态表示方法1、基本概念体系(system)指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体，又称物系、系统。体系可分为单组分和多组分体系。3相(phase)体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。不同相之间有明显的相分界面；同一相物质可成片存在，也可以孤立的泡状、滴状等存在；一相中可含有多种组分。水油C3、C7、C20H2O一、油藏烃类的相态表示方法4组分(component)形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系中所有同类的分子。拟组分(pseudo-component)：用于工程计算的一种假想组分，由物系中几种组分合并成。例如，油气相态研究中常用组分：纯组分：C1、C2、C3…；拟组分：轻烃组分C2-6、重烃组分C7+。水H2OC3、C7、C20油一、油藏烃类的相态表示方法5相平衡(phaseequilibrium)p、T一定时，多相体系中任一组分的A相分子进入B相的速度与B相分子进入A相的速度相等时的状态。组成(composition)体系中构成某物质各组分所占的比例。定量表示体系或某一相中的组分构成情况。油C3、C7、C2010%、20%、70%一、油藏烃类的相态表示方法6在一个密闭抽空的容器里，部分充有液体，容器温度保持一定，处于气液相平衡时气相所产生的压力称为饱和蒸气压，体现为气相分子对器壁的压力。饱和蒸汽压(vaporpressure)蒸汽p液体一、油藏烃类的相态表示方法7一、油藏烃类的相态表示方法泡点(bubblepoint)开始从液相分离出第一个气泡的气液共存态。泡点压力(bubblepointpressure)在温度一定的情况下，开始从液相中分离出第一个气泡的压力。露点(dewpoint)开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态。露点压力(dewpointpressure)在温度一定的情况下，开始从气相中凝结出第一滴液滴的压力。临界点(criticalpoint)在临界状态下，共存的气、液相所有内涵性质相等。内涵性质(intensiveproperty)与物质的数量无关的性质，如粘度、密度、压缩性等等。82、相态的表示方法(1)物系状态与性质之间的关系据热力学观点，物系的状态(state)是用物系所有的性质properties（如组成、温度、压力等）进行描述的。物系各性质确定→物系有完全确定的状态物系状态确定→物系各性质有完全确定的值→物系的性质又称为“状态函数”(statefunction)一、油藏烃类的相态表示方法9(2)相态的表示方法相态——相平衡态(phaseequilibriumstate)；相态研究——指体系相平衡状态随组成、温度、压力等状态变量的改变而发生变化的有关研究。→直观的相态研究和表示方法：相图。相图(phasediagram)：表示相平衡态与物系组成、温度和压力等状态变量之间的关系图，又称为相平衡状态图，或状态图(statediagram)。一、油藏烃类的相态表示方法103、相图的类型油气体系的相态不仅与体系中烃类物质的组成有关，而且还取决于油气体系所处的温度、压力和所占体积，可用状态方程表示相态与状态变量的关系：F（p，T，V或组成）＝0→以图解方式表示上述状态变量所描述的相态关系，可得：立体相图：三维相图平面相图：二维相图三角相图：三元相图或拟三元相图一、油藏烃类的相态表示方法11(1)立体相图：三维空间中，描述p、V、T三个状态变量与相态变化关系的图形。在油气流体相态研究中，p-V-T三维立体相图用于描述油气藏平面区域上和纵向上流体相态变化特征的分布规律，很详尽地表示出各参数间的变化关系。一、油藏烃类的相态表示方法12在油气烃类流体相态研究中，不同的平面相图用于描述不同的相态参数和相态特征。p—V、p—T、p—X(2)平面相图(twodimensionphasediagram)p-T相图是油气相态研究中最常用的相图。一、油藏烃类的相态表示方法13(3)三角相图（三元或拟三元相图）（triangular/ternary/pseudo-ternary)主要用于研究地层条件下注气混相驱和非混相驱提高原油采收率。(gasinjection注气)(miscibleflooding混相驱)(immiscibleflooding非混相驱)(enhancedoilrecovery提高原油采收率)一、油藏烃类的相态表示方法141、单组分体系的相态特征(single-component)单组分体系：一个独立组分构成的物系(1)相图特征一点：临界点C（Tc、pc）(criticalpoint)一线：饱和蒸汽压线(vapor-pressurecurve)两区：液相区(liquid)气相区(vapororgas)三、单、双、多组分体系相态特征15(2)相态特征＜静态特征＞临界点C：两相共存的最高T、p；PPc时，随T升高将不会出现液向气转化；TTc时，随P升高将不会出现气向液转化；气、液相无分界面；气、液性质差别消失。1、单组分体系的相态特征16饱和蒸汽压曲线(vapor-pressurecurve)由不同T下组分的饱和蒸汽压连成的曲线。体系的相分界线；气液两相共存线；泡点和露点共同轨迹线。1、单组分体系的相态特征17＜动态特征＞图中任一点代表单组分体系的一个相平衡状态（相态）改变体系T或p，相态改变。如T、p变化穿越了相分界线，则体系的相和相数将发生改变：从一种单相→两相共存→另一种单相。1、单组分体系的相态特征18饱和蒸汽压反应了液体挥发的难易程度，蒸汽压越高，说明越容易挥发。1、单组分体系的相态特征192、双组分体系的相态特征(binarysystem)三、单、双、多组分体系相态特征(1)相图特征三点：临界点C临界凝析压力点Cp(cricondenbar)临界凝析温度点CT(cricondentherm)两线：相包络线等液量线三区：液相区、气相区气液两相区20(2)相态特征＜静态特征＞点的特征临界点C露、泡点线、等液量线交点；非两相共存的最高T、p点。临界凝析压力点Cp：两相共存最高压力点；临界凝析温度点CT：两相共存最高温度点。dew-pointbubble-pointcurve三、单、双、多组分体系相态特征21任何两组分烃体系相图的特点a.混合物的临界压力都高于各组分的临界压力，混合物的临界温度介于两纯组分的临界温度之间。b.随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右迁移（即向重组分饱和蒸汽压方向偏移）。d.两组分性质差别越大，则两相区面积越大。①临界点：②两相区：a.所有混合物的两相区都位于两纯组分的饱和蒸汽压线之间；b.两组分的分配比例愈接近，两相区的面积愈大；两组分中只要有一个组分占绝对优势，相图的面积就变得狭窄；c.混合物中哪一组分的含量占优势，泡点线或露点线就靠近哪一组分的饱和蒸汽压线；22线的特征包络线：泡点线(CF)和露点线(CE)构成的相分界线。等液线：体系中液相含量相等的点的连线。包络线及包络线内为气液两相共存区；其外为单相区。包络线位置特征位于两个纯组分的饱和蒸汽压曲线之间；23位置、形态取决于体系的组成和组分性质。三、单、双、多组分体系相态特征组分比例位置形态大致相同正中间宽，两相区面积最大相差越大位置越靠近含量高的纯组分饱和蒸气压线形态越细长两相区越小组分性质相差越大（如分子大小）包络线内两相区越大24＜动态特征＞T、p变化穿越包络线时体系相平衡状态改变。如体系可能从一种单相→两相共存→另一单相。三、单、双、多组分体系相态特征25(1)相图特征三点：临界点C、临界凝析温度CT、临界凝析压力CP两线：包络线、等液量线；三区：液相区泡点线ACPC左上方；气相区露点线BCTC右下方；两相区泡点线与露点线所包围区域ACPCCTB。两特殊相区：等压逆行区(pC≤p≤pCp)CPCHCP炼油中发生等温逆行区★(TC≤T≤TCT)。CTCDCT油田开发中发生3、油气体系的相态特征★油气体系为典型多组分(multi-component)复杂物系。三、单、双、多组分体系相态特征HDAB26(2)相态特征基本特征与双组分体系同。等温反凝析相变特征★(isothermalretrogradecondensation)设体系原始态为A；对其等温降压A→FA→B（上露点）降压：相变：气相→开始出现液相；三、单、双、多组分体系相态特征27B→D降压：相变：B→B1→B2→B3→D（反常相变）；液相：0→10→20→30→40％。CDCTBC为反凝析区D→E（下露点）降压相变：D→D3→D2→D1→E（正常相变）；液相：40→30→20→10→0％。E→F降压：单一气相三、单、双、多组分体系相态特征28等温反凝析(isothermalretrogradecondensation)等温反凝析：在温度不变的条件下，随压力降低而从气相中凝析出液体的现象。油气藏开发——等温反凝析——凝析气藏；研究意义：指导凝析气藏开发，减少凝析油在地层中的损失。结果：气相体系等温降压穿过反凝析区时，体系中液相含量↑三、单、双、多组分体系相态特征29对AF(T=const)AB，单一气相(无相变)BD，凝析量(两相,反常)DE，液量(两相,蒸发)EF，单一气相(无相变)(condensategasorretrogradegas凝析气)凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)三、单、双、多组分体系相态特征30在凝析气藏开发过程中，当p地pd后，储层中析出凝析油，但凝析油数量较少，SomaxSocc岩石的吸附作用使析出的凝析油粘附在岩石颗粒表面，导致凝析油不能参与流动。当地层压力继续下降时，再蒸发作用很小，仅有很小一部分液烃会再蒸发回到气相，大部分液烃将损失于储层中。→保持地层压力高于上露点压力条件下开采。凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析)三、单、双、多组分体系相态特征采用什么方法开发凝析气田？31(3)油气体系相图的应用判断油气藏类型★确定油藏饱和压力★(saturationpressure)指导油气藏开发指导地面油气分离三、单、双、多组分体系相态特征32①判断油气藏类型点A、B、D、G、H为不同油气体系的原始状态，各油气体系所属的油气藏类型如下：A：油藏(纯油藏、未饱和油藏)(undersaturatedreservoir)B：凝析气藏G：气藏D：带气顶油藏(饱和油藏)H：带油环气藏(带底油的气藏)三、单、双、多组分体系相态特征33②确定油藏饱和压力pb(saturationpressure)饱和压力pb：油层温度下，油中溶解天然气刚好达到饱和时的油层压力。饱和油藏：位于泡点线下方→pb＝油藏pi未饱和油藏：位于泡点线上方→pb＝泡点压力油藏温度注意区别油藏饱和压力pb与油气体系泡点压力p泡的物理意义三、单、双、多组分体系相态特征34按照油气中轻、重烃含量，可将各类油气藏烃类大致分为五种油气体系：从干气→重油，体系中重烃含量增加，液烃的颜色加深，密度、粘度增加；从干气→重油，相图特征表现出规律性变化。drygas四、几种典型的油气藏相图35特点：pi地pb，T地Tc。在原始pi地、T地下，流体以单相液体存在。p地低于pb后，气会从油中分出，形成两相。1、重质油藏（低收缩油藏）油为黑色或深褐