油藏工程第二章油气藏流体N课件

1、油藏工程第二章油气藏流体N油藏工程第二章油气藏流体N第一节 天然气性质 以烃类物质为主、并含有少量其它非烃类物质的气体，称作天然气。一、组成天然气烃类非烃类C1(主)C2- C6C7+(微)N2CO2H2SHe特征组分：甲烷2第一节 天然气性质 以烃类物质为主、并含有少量其它非 实验测定： 经验关系式 图版确定：StandingKatz图版二、偏差因子 一定数量的天然气，在相同压力温度下，实际体积和理想体积之比。（度量真实气体与理想气体性质的偏差）注意各参数单位3 实验测定：二、偏差因子 一定数量的天然气，在 拟对比压力： 拟对比温度：二、偏差因子(续)4 拟对比压力： 拟对比温度：二、偏差因

2、子(续)6二、偏差因子(续)5二、偏差因子(续)7二、偏差因子(续) 如果没有测量气体的组成，而测量了气体的相对密度，则还可以通过下图中的曲线，查出气体的拟临界压力(Ppc)和拟临界温度(Tpc)。6二、偏差因子(续) 如果没有测量气体的组成，而测量了气Z 值等于1，大于1，小于1的物理含义？i) 气体分子有体积，真实气体较理想气体难压缩；ii) 气体分子间引力，真实气体较理想气体易压缩； Z 的大小反应 i) ii)综合作用效果。 Z 1 真实气体比理想气体难压缩，i)起主要作用； Z 1 真实气体比理想气体易压缩，ii)起主要作用; Z =1 真实气体与理想气体接近，i)与ii)平衡；思考

3、题7Z 值等于1，大于1，小于1的物理含义？i) 气体分子有体积 天然气的相对密度可以实验仪器测量，但更常用的方法是计算得到。三、相对密度 在地面标准条件下，天然气密度与空气密度的比值，定义为天然气的相对密度，并用符号 表示。8 天然气的相对密度可以实验仪器测量，但更常用的方法是计三、相对密度(续)9三、相对密度(续)11三、相对密度(续) 天然气的相对密度一般都小于1，只有少数溶解气样品的比重可能大于1。气体的相对密度越小，气体的分子量就越小，气体中的甲烷含量就越多。10三、相对密度(续) 天然气的相对密度一般都小于1，只有地下体积：地面体积：体积系数：四、体积系数定义：等质量的天然气在地层

4、条件下的体积与其在标准条件下的体积之比，并用符号 表示。11地下体积：地面体积：体积系数：四、体积系数定义：等质量的天然 从上式可以看出：天然气的体积系数随压力的升高而降低，随温度的升高而升高。 天然气的体积系数通常很小，使用不方便，因此，有时候采用膨胀系数来代替体积系数。膨胀系数为体积系数的倒数。膨胀系数：四、体积系数(续)12 从上式可以看出：天然气的体积系数随压力的升高定义：恒温条件下单位压力下的体积变化率。代入气体状态方程，得：五、压缩系数(续)可以看出：天然气的压缩系数与压力和偏差因子有关。13定义：恒温条件下单位压力下的体积变化率。代入气体状态方程，得真实气体状态方程 将上面(2)

5、、(3)代入气体压缩系数定义式，即得：五、压缩系数(续)由上式得： 微分得： 14真实气体状态方程 将上面(2)、(3)代入气体压缩系数定义式对于理想气体，Z=1，因此，理想气体的压缩系数为：低压情形下，压缩系数一般在Mpa-1五、压缩系数(续)15对于理想气体，Z=1，因此，理想气体的压缩系数为：低压情形下六、热膨胀系数定义：恒压条件下单位温度下的体积变化率。代入气体状态方程，得：可以看出：天然气的热膨胀系数与气体的温度成反比。地层温度一般在20200oC之间，因此热膨胀系数在oC-1之间变化。16六、热膨胀系数定义：恒压条件下单位温度下的体积变化率。代入气六、热膨胀系数(续)真实气体状态方

6、程 将上面(2)、(3)代入气体热膨胀系数定义式，即得：由上式得： 微分得： 17六、热膨胀系数(续)真实气体状态方程 将上面(2)、(3)代 天然气的粘度一般很低，为101103 mPas，矿场一般不进行测量，而是采用 A.L.Lee和M.H.Gonzalez的经验公式计算。七、粘度其中：mPa.s18 天然气的粘度一般很低，为101103 mPa第二节 原油性质 以烃类物质为主、并含有少量其它非烃类物质的液体，称作原油。一、组成特征组分：重烃含量(C7+)原油烃类(主)非烃类(主)C1C2-C6C7+(主)胶质+沥青质石蜡硫杂质轻质组分中间组分重质组分决定原油的性质19第二节 原油性质 以

7、烃类物质为主、并含有少量其它非烃二、相对密度0.95 重质油1 超重原油原油的相对密度常通过实验测量得到。 在地面标准条件下，脱气原油密度与水密度的比值，定义为原油的相对密度，并用符号 表示。根据相对密度分类20二、相对密度0.85 轻质油原二、相对密度(续) 从上式可以看出：API相对密度的数值越小，表明原油就越重。 西方国家习惯用API相对密度，用符号 表示，单位为 oAPI， 与 的换算关系为：21二、相对密度(续) 从上式可以看出：API相对密度的数饱和压力：指原油饱和气体时的压力 。(a)三、饱和压力(b)(c)(d)22饱和压力：指原油饱和气体时的压力 。(a)三、饱泡点压力：指原

8、油开始脱出气体时的压力。三、饱和压力(续) 饱和压力与泡点压力概念上不同，但数值相等，因此矿场上一般不加区别，统一用符号Pb表示。泡点压力是原油的一个重要特征参数，也往往是决定以何种方式开采原油的一个重要依据。 饱和压力的测量一般在高温高压的PVT筒中进行。23泡点压力：指原油开始脱出气体时的压力。三、饱和压力(续) 四、体积系数 原油的(单相)体积系数定义为某个压力下的地下原油体积与地面脱气原油的体积的比值。Rm3/Sm3 Dimensionless/DlessBoi 原始地层条件下的原油体积系数；Bob 饱和压力时的原油体积系数。24四、体积系数 原油的(单相)体积系数定义为某个压力下的四

9、、体积系数(续) 当地层压力低于饱和压力后，由于原油脱气，地层中将出现油、气两相。引进油气两相体积系数来描述地层中油气两相总体积与地面脱气油体积的关系。 油气两相体积系数：当油层压力低于饱和压力时，地层中原油和析出气体的总体积与其在地面脱气后的原油体积之比，用符号Bt表示。两相体积系数25四、体积系数(续) 当地层压力低于饱和压力后，由于原油四、体积系数(续)原始地层条件下原油中溶解气的体积（地面体积）：压力降为 时原油中溶解气的体积（地面体积）：自由气的地面体积：自由气的地下体积：26四、体积系数(续)原始地层条件下原油中溶解气的体积（地面体积四、体积系数(续) 用Vo和Vos分别表示地下原

10、油的体积和其在地面脱气后的体积，根据上述油气两相体积系数的定义，则有：27四、体积系数(续) 用Vo和Vos分别表示地下原油的体BtPbBobPPsc四、体积系数(续)Bt随压力变化的曲线见下图中红色线。28BtPbBobPPsc四、体积系数(续)Bt随压力变化的曲线四、体积系数(续)(1)当地层压力大于或等于饱和压力(即PPb)时，Rs=Rsi，使(Rsi-Rs)=0，则Bt=Bo，即两相体积系数等于单相原油体积系数；(2)当地层压力降低到地面大气压时，油中溶解气全部脱出，Rs=0；此时，Bg=1， B0=1，故得出Bt=1+Rsi，此时Bt为最大值。根据两相体积系数公式可以看出：BtPbB

11、obPPsc29四、体积系数(续)(1)当地层压力大于或等于饱和压力(即P四、体积系数(续)(3)由于B0、Bg、Rs均为压力P的函数，故Bt也是压力 的函数。(4) Bt-P曲线只在PPb时仅存在单一油相。30四、体积系数(续)(3)由于B0、Bg、Rs均为压力P的函数四、体积系数(续) 与天然气不同，原油的体积系数都是大于1的，表明地层原油被采到地面之后体积都是变小的，原油体积变小是因为气体脱出的原因所致。 矿场上把原油体积变小的性质，称作原油的收缩性。体积系数越大，原油的收缩性就越强。根据收缩性分类 1.5 高收缩原油31四、体积系数(续) 与天然气不同，原油的体积系数都是大四、体积系数

12、(续) 地层原油收缩性质的强弱，用收缩系数(率)进行衡量。收缩率定义为原油体积的收缩百分数，用符号S表示： 显然，低收缩原油的收缩率小于33.33%,而高收缩油的收缩率则大于。当收缩率大于50时，地层原油开采到地面后大部分变成了气体，该种原油称作挥发性原油。32四、体积系数(续) 地层原油收缩性质的强弱，用收缩系数五、溶解气油比 原油的溶解气油比定义为某个压力下原油溶解的地面条件下的气体体积与地面脱气原油体积的比值。Sm3/Sm3 Dimensionless/DlessRsi 原始地层压力下的溶解气油比；Rsb 饱和压力时的溶解气油比；显然地面条件下的溶解气油比等于0。33五、溶解气油比 原油

13、的溶解气油比定义为某个压力下原油溶PbP0五、溶解气油比(续)34PbP0五、溶解气油比(续)36五、溶解气油比(续) 地层原油对天然气的溶解能力，除了用溶解气油比的大小表示之外，还可以用天然气在原油中的溶解系数来表示。 溶解系数定义为每增加单位压力，单位(地面)体积原油中溶解的天然气体积(地面)，一般用符号 表示。溶解系数近似为溶解气油比曲线的斜率。35五、溶解气油比(续) 地层原油对天然气的溶解能力，除了PbP六、原油密度 对于特定的油藏，地面脱气原油的密度基本上为一常数。但是，地层原油的密度将随压力变化而变化。从上图可知：地层原油密度在 之间变化。36PbP六、原油密度 对于特定的油藏，

14、地面脱气原油的密度六、原油密度(续) 地层原油密度一般不进行直接的测量，而是通过下式进行计算：37六、原油密度(续) 地层原油密度一般不进行直接的测量，七、原油压缩系数单位压力的体积变化率，即为地层原油的压缩系数。T=const压缩系数也可以表示为：或 可见，通过体积系数变化曲线或地层原油密度变化曲线，就可以求出原油的压缩系数。38七、原油压缩系数单位压力的体积变化率，即为地层原油的压缩系数)(1PPcBBboobo-+=)(1PPcBBiooio-+=)(1PPcboobo-=rr)(1PPciooio-=rr七、原油压缩系数(续) 若知道原油的压缩系数，则可根据下列公式计算任意压力下的原油

15、体积系数和密度：39)(1PPcBBboobo-+=)(1PPcBBio七、原油压缩系数(续) 原油的压缩系数通常不是常数，而是随压力的增大而减小的一个变量，但在一定的压力范围之内，通常将其视为常数。 原油压缩系数随原油性质的变化较大，原油越轻，压缩系数就越大。 原油压缩系数一般在 之间。Mpa-140七、原油压缩系数(续) 原油的压缩系数通常不是常数，而八、热膨胀系数 恒压条件下单位温度的体积变化率，称为原油的热膨胀系数。 通常用实验测定原油的热膨胀系数，其数值一般小于压缩系数。原油的热膨胀性质，在热力采油过程中是一种重要的驱动能量。41八、热膨胀系数 恒压条件下单位温度的体积变化率，称为原

16、九、原油粘度 原油粘度是原油内摩擦力大小的度量参数。当原油受到剪切应力作用时，剪切应变速率的响应与原油的粘度有关。 剪切应力与剪切应变速率之间呈线性关系的流体称之为牛顿流体。牛顿流体流变曲线42九、原油粘度 原油粘度是原油内摩擦力大小的度量参数。当原牛顿流体的本构(流变)方程：流体速度分布其中 是剪切应变速率(或速度梯度)43牛顿流体的本构(流变)方程：流体速度分布其中 是剪切 大多数轻质原油都属于牛顿原油，而一些稠油则往往属于非牛顿原油。原油的粘度随原油性质的变化很大它反映了原油的流动性能，粘度越小，原油的流动性能就越好。根据脱气油粘度分类1000 超粘原油(稠油)(单位：mPa.s)44

17、大多数轻质原油都属于牛顿原油，而一些稠油则往往属于非 原油的粘度不是常数，而是随温度和压力变化的一个变量。热采过程中，粘温关系一般可以用指数方程描述：45 原油的粘度不是常数，而是随温度和压力变化的一个变量。 原油衰竭式开采过程中，原油粘度随压力的变化情况比较复杂，可在泡点压力处把曲线分成两段：低于泡点压力的指数递减段和高于泡点乐力的直线递增段。46 原油衰竭式开采过程中，原油粘度随压力的变化情况比较复 原油粘度随压力呈指数递减的原因是因为溶解气量增加的缘故。而原油粘度随压力呈直线递增是因为压力增大原油体积压缩的缘故。 压力敏感性强的原油，开采过程中应避免大幅度降低地层压力。 原油粘度可以用旋

18、转粘度计进行测量，但多数情况下采用落球粘度计进行测量。对于稠油，还需专门仪器测量。47 原油粘度随压力呈指数递减的原因是因为溶解气量增加的缘十、原油相图物系中性质完全相同的均匀部分，称作相。基本概念气油油气两相平衡图 在一定的温度和压力条件下，同一个物系的不同相之间处于一种动态的平衡状态。温度和压力改变之后，原来的相平衡被打破，并建立新的平衡关系。相图是描述相平衡关系的几何图形。相变指相随温度和压力而变化的性质。48十、原油相图物系中性质完全相同的均匀部分，称作相。基本概念气单组分的相图十分简单，只存在一条相平衡线，为单组分物系相图单组分相图气液两相共存平衡线(不考虑固相区)。平衡线的上方为液

19、相区，平衡线的下方为气相区。平衡线的右端点为临界点(C)，临界点的温度为临界温度(Tc)。临界点的压力为临界压力(Pc)。是相图上的一个特殊点，气液两相在临界点完全混相，或物系在临界点处不分相。液气49单组分的相图十分简单，只存在一条相平衡线，为单组分物系相图单 在低温和(或)低压状态下，物系的相态特征十分明显；但在高温高压状态下，物系的相态特征渐趋模糊，即不存在明确的分解线。高温高压单组分相图液气IIIIII50 在低温和(或)低压状态下，物系的相态特征十分明显；但 在上面的单组分相图中，I区的相态特征偏于液态，区的相态特征偏于气态，区的相态特征则介于气、液之间。由此可见，气、液之间并无本质

20、的区别，它们只不过是物质在不同环境条件下呈现出来的不同相态特征而已。相变可以以突变的形式进行，也可以以渐变的形式进行，这取决于状态条件的改变途径。51 在上面的单组分相图中，I区的相态特征偏于液态，区的 当把两个组分混合成一个物系之后，物系的相图就变得复杂一些，它由两个单相区和一个两相共存区构成。两组分物系相图两组分系统相图52 当把两个组分混合成一个物系之后，物系的相图就变得复杂 在上面两组分系统相图中，C1及其连线为组分l的临界点和气液平衡线，C2及其连线为组分2的临界点和气液平衡线。显然，组分l为轻质组分，组分2为重质组分。两组分混合物系的两相区介于两条单组分相平衡线之间，并且偏向于含量

21、较高的组分一侧。53 在上面两组分系统相图中，C1及其连线为组分l的临界点 石油是一个多组分构成的复杂物系，组分越多，两相区就越宽，石油的相图比两组分物系复杂。相图由液相区、气相区和气液两相共存区3部分构成。多组分物系相图多组分系统相图54 石油是一个多组分构成的复杂物系，组分越多，两相区就越 两相区的相线为等液量线，等液量线上的数值为液相体积分数，即液相体积占物系总体积的百分数。气相区与两相区的分界线为露点线(液量分数为0)，液相区与两相区的分界线为泡点线(液量分数为1.0)，露点线与泡点线的交点为临界点，露点线与泡点线合称为相包络线。55 两相区的相线为等液量线，等液量线上的数值为液相体积

22、分 包络线外侧为单相区，包络线内侧为两相区。相图的另外两个特征点为两相能够共存的最高温度(临界凝析温度)点和最高压力(临界蒸发压力)点。不同组成体系的相图也略有不同。56 包络线外侧为单相区，包络线内侧为两相区。相图的另外两 如果地层温度和压力位于液相区，则为油藏；如果位于液相区的左侧，则为中质油藏；如果位于液相区的右侧，则为轻质油藏。油藏57 如果地层温度和压力位于液相区，则为油藏；如果位于液相 如果地层温度和压力位于气相区，则为气藏；如果位于气相区临界点和临界凝析温度点之间，则为凝析气藏；如果位于气相区临界凝析温度点之外并且靠近两相区，则为湿气气藏；如果位于气相区远离两相区的地方，则为干气

23、气藏。气 藏58 如果地层温度和压力位于气相区，则为气藏；如果位于气相 干气、湿气和凝析气之间的主要区别在于干气的凝析油含量少，而凝析气的凝析油含量多，湿气的凝析油含量中等。近临界点的油藏，多数情况下为高挥发性油藏。通常所说的凝析气藏，实际上包括了一部分挥发性油藏。59 干气、湿气和凝析气之间的主要区别在于干气的凝析油含量 如果地层温度和压力位于两相区，则为油气藏；如果位于两相区靠近泡点线的地方，则为气顶油藏；如果位于两相区靠近露点线的地方，则为油环(或底油)气藏。60 如果地层温度和压力位于两相区，则为油气藏；如果位于两 相图是在PVT筒中通过实验测得的，但由于实验工作极其困难，目前一般通过

24、实验测量少数几个实验点，然后再通过计算机软件计算出整个相图。61 相图是在PVT筒中通过实验测得的，但由于实验工作极其第三节 地层水性质 地层水包括地层原生水和外来水。地层水对油气开采既有有利的一面，也有不利的一面。 地层水可以作为动力把油气从地层驱替到井底从而被采出地面，也可以作为阻力阻止油气的采出。 地层水的密度、粘度等参数大都可以通过实验实测，也可以查相关手册用经验公式进行计算。62第三节 地层水性质 地层水包括地层原生水和外来水。地一、矿物质组成 地层水在高温、高压下溶解了大量的矿物质，主要矿物质成分有：阳离子：阴离子：特征组分： 地层水的矿物质含量，称作地层水的矿化度。单位：1g/m3=1mg/L=lppM。地层水总的矿物质含量，称作地层水的总矿化度。地层水的总矿化度一般在 102 105 mg/L 数量级。63一、矿物质组成 地层水在高温、高压下溶解了大量的矿物质 地层水的矿物质组成，对注水和钻井过程产生重要影响，应根据地层水的性质，研究注入水和钻井泥浆与地层水的配