油藏物理 第二章

1、油藏物理课程第一篇储层流体的物化性质The Physical & Chemical Properties of Reservoir Fluids1第一节 天然气的视分子量和密度1第二节 天然气的状态方程和对比状态原理1第三节 天然气的高压物性1第四节 湿天然气和天然气水合物第二章 天然气的高压物理性质本章目的：u了解天然气的化学组成描述方法u了解天然气分子量、密度和相对密度的定义u了解天然气的状态方程和对应状态原理u了解天然气的压缩因子、体积系数、压缩系数、粘度的定义、影响因素及确定方法第二章 天然气的高压物理性质本章重点：u天然气的状态方程和对应状态原理；u天然气各高压物性参数的定义

2、、影响因素及确定方法本章难点：l压缩因子的定义、物理意义和确定方法l天然气粘度的影响因素分析第二章 天然气的高压物理性质1、天然气是以溶解状态存在于石油中或以游离状态存在于油 藏的顶部(气顶气)或存在于全部气藏中(气田气)2、天然气是一种混合气体，其组分复杂且经常改变3、天然气和原油之间处于同一相态平衡体系中，油气相态随 油藏温度和压力的变化而改变4、天然气（地下）的性质不完全服从理想气体的一般规律第二章 天然气的高压物理性质天然气的最大特点是具有极大的压缩性1. 天然气的组成 烷烃 非烃气体：H2S、CO2、CO、N2、H2O蒸汽等少量稀有气体：氦(He)和氩(Ar) p组成：天然气低分子饱

3、和烷烃少量非烃气体组成C1(7098%)、C2(20%时，误差3%) （2）含H2S和CO2时：ccTT)1 (BBTTPPcccc8 . 1)(15)(12045 . 06 . 19 . 0BBAAccTP ,F按摩尔平均求得的视临界参数ciicPyPciicTyT原理：引入一个以H2S和CO2摩尔分数为函数的校正系数，先求天然气视临界参数，然后应用该校正系数得到校正后临界参数，再求对应温度和对应压力，然后再查图版得到Z根据已知天然气的组成或相对密度求拟临界温度、拟临界压力 如含有非烃H2S、CO2，对拟临界温度和拟临界压力进行校正根据给定的温度、压力，计算拟对比温度和拟对比压力 查图版,求

4、得压缩因子查图版确定压缩因子的步骤定义：气体在地层条件下所具有的体积(游离态气体）与标准状况下所占有的体积的比值scV地面标准条件下体积地面标准条件下体积scscscggTPPZTVVBscscscPnRTVPZnRTVgBg1scggVVB Bg描述了一定量天然气从地下地面，由于T、P改变引起的体积膨胀的大小天然气Bg1一、天然气的地层体积系数BgscscscnRTVPscscscPnRTV在地层条件下:PZnRTVZnRTPVPPtZPTZTPVVBscscscscg293273地面标准状况下，Z=12、Bg的确定天然气体积系数Bg的计算公式 3. 体积系数的应用计算气藏的储量1ggEB例

5、 已知 P16.548MPa, t=138.9 Z0.923 ；气体在地下的体积Vrec=1.5108m3 。求：气体的储量(地面标准状态m3)？44332733.458 103.458 100.923273 138.90.007945/16.548gtBZPmm标气体储量 Vsc=1.5108/Bg=1.5108/0.007945 =188.80108m3 定义：指在等温条件下，单位体积天然气体的体积随压力的变化率TgPVVC)(1MPa1物理意义：在T一定时，压力每改变一个单位时，气体体积的变化率PnRTV 2PnRTPVp对理想气体：PPnRTnRTPPVVCTg1)()(12随压力增加

6、，气体难压缩二、天然气的等温压缩率Cgp纯组分体系实际气体PZnRTVZnRTPV由气体压缩因子状态方程PVPZZVPZPZPnRTPVT2)(PZZPPVPZZVVPVVCTg11)(1)(1TPfZ)(代入压缩系数定义式又因p单组分实际气体：在低压下,Z随压力上升而减小, Z/P为负值,实际气体压缩系数Cg比理想气体的要大在高压下,Z随压力上升而增大, Z/P为正值,实际气体压缩系数Cg比理想气体的要小PZ /将Z 和PZPPZZPZ2121带入Cg根据（P、T）查相应温度下ZP图Z；用ZP 图求取Z 点的斜率 上式不能直接计算多组分天然气的Cg，需采用对应状态原理,将压力变换为视对应压力

7、；p天然气： PZZPCg11prpcpcprpcprPPPPPPPPP /prpcprpcgPPZZPPC 11)11(1prprpcgPZZPPC天然气等温压缩系数Cg的计算公式 prprprprPZPPZZPZ2121将Z 和prPZ /带入Cg计算步骤根据yi或相对密度计算Ppc和Tpc；计算拟对比参数Ppr和Tpr；查ZPpr ,Tpr)图版Z用Z(Ppr ,Tpr)图版求取Z点的斜率设两气层间的摩擦力为F，接触面积为Adydv速度梯度，1/s;-单位面积上的内摩擦力,N/m粘度，动力粘度粘度定义： dy v v+dv 气体在平行板间流动 单位面积上内摩擦力与速度梯度的比值FdvAd

8、ydv dy或FdvAdyF物理意义：流体抵抗剪切作用能力的一种量度常用单位：mPa.s（国际），cP（工程） cP1smPa11、粘度的定义及单位 三、天然气的粘度稀气体区低压稠气体区高压2. 影响天然气粘度的因素 天然气gf（T，P，组成）天然气压缩性大低压和高压下，g 的变化规律不同高、低压影响判定： 根据（Tpr、Ppr）天然气g变化规律：3/vgnd221低压下的变化规律高压下的变化规律分子热运动为主气体近似于液体与P无关PTTMM非烃非烃 方法1 niiiniiiimMyMy11当已知混合物组成时，查图版可得在给定T、P下的各组分的粘度，应用下式计算气体混合物粘度3、气体粘度的计算

9、(自学) (1)低压气体混合物的粘度低压下： 低压下气体的粘度几乎与压力无关。分子作用力小，粘度主要受分子动量交换的影响。 dz u u+du (1)T g (高、低速气层分子交换数量增加)(2)M g (分子运动减慢，内摩擦力减小)(3)非烃气体的粘度一般较高2、天然气粘度的特点 2、天然气粘度的特点 SHCONduncorrecte22211方法2：查图版 （2）高压下气体粘度计算： 858. 1rr2*11. 1exp439. 1exp108 .10 方法1： crciicPyPciicTyTzRTMWPV3221612173. 0cgcPMTcccTZRMP粘度对比参数粘度对比参数法（

10、1）由公式计算1个大气压、给定温度下的气体粘度 g1；（2）确定气体的视对应压力、温度；（3）查图版,求 / g1；（4）由 g1 / g1,求 求取混合物粘度步骤：（2）高压下气体粘度计算： 3、天然气粘度的特点 低压下： 低压下气体的粘度几乎与压力无关。分子作用力小，粘度主要受分子动量交换的影响(1)T g (高、低速气层分子交换数量增加)(2)M g (分子运动减慢，内摩擦力减小)(3)非烃气体的粘度一般较高v31g dz u u+du 具有液体粘度特点 高压下，作用力为结合力： P增加，结合力增加 T增加，运动加快，结合力破坏 M增加，结合力增强 高压下：(1)P g ； (2)T g

11、 ； (3)M g 一、天然气中水蒸气含量 含水蒸汽的天然气称为湿天然气，天然气含水量与下列因素有关： （1）随温度增加而增加；随压力增加而减少； （2）随含盐量增加而减少； （3）相对密度越大，含水量越少。 通常用绝对湿度或相对湿度（水蒸汽饱和度）描述天然气中含水量的多少。 第四节 天然气含水量和天然气水合物1. 绝对湿度 每1m3的湿天然气所含水蒸气的质量称为绝对湿度，其关系式如下： 若湿天然气中水蒸气的分压达到饱和正气压，则饱和绝对湿度可以写成： 饱和绝对湿度是指在某一温度下天然气中含有的最大的水蒸汽量 TRpVWXWVWTRpXWSWS第四节 天然气含水量和天然气水合物2.相对湿度 在

12、同样的温度下，绝对湿度与饱和绝对湿度之比，称为相对湿度： 绝对干燥的天然气，Pvw=0，则=0；当湿天然气达到饱和时，PVW=PSV，=1,对一般天然气：013.天然气含水量的确定方法 SWVWSppXXCCXXS0相对密度校正系数含盐量校正系数相对密度0.6时的天然气含水量第四节 天然气含水量和天然气水合物1、天然气水合物的概念又称笼形包络物，它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类似冰状的、笼形结晶化合物，其遇火可燃烧，因而俗称可燃冰。 密度0.88-0.90甲烷水合物如果形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合

13、物通常称为甲烷水合物 天然气水合物在燃烧天然气水合物的形态第四节 天然气含水量和天然气水合物 1. 水合物的形成与天然气水合物资源 2. 天然气开采过程中防止井筒出现水合物 3. 气态天然气转变为水合物储运nOHMOnHM22第四节 天然气含水量和天然气水合物1919世纪室内发现世纪室内发现2020世纪世纪3030年代研究管道堵塞年代研究管道堵塞2020世纪世纪6060年代前苏联首次在年代前苏联首次在地层中发现了天然气水合地层中发现了天然气水合物物麦索亚哈气田麦索亚哈气田目前，天然气水合物各方面目前，天然气水合物各方面的研究正蓬勃展开的研究正蓬勃展开研究发展历程研究发展历程第四节 天然气含水量

14、和天然气水合物天然气水合物的资源量： 2.11016m3天然气剩余可采出量： 1.54 1014m3天然气水合物中碳总量可能是地球上其他化石燃料中碳总量的两倍。在中国，据中国地质调查局的前期调查，仅西沙海槽已初步预测的水合物中天然气资源量估算达4.1万亿立方米，按成矿条件推测，整个南海的天然气水合物的资源量相当于700亿吨石油，是我国常规油气资源量的一半。136倍2、天然气水合物的分布和资源量 第四节 天然气含水量和天然气水合物1 概念掌握天然气的视分子量、相对密度、临界参数、压缩因子、压缩系数、体积系数、粘度，对应状态定律。2 掌握影响天然气粘度的因素：温度、压力、组成3 掌握天然气视临界参数的求法4 掌握压缩因子状态方程，了解其他形式的状态方程5 掌握压缩系数