第七章 油层液体物理性质 蔡

第七章油层液体的物理性质

油层液体的物理性质是指处于高温、高压条件下原油与油田水的物理性质。

由于高压和大量的天然气溶解于原油中，再加上高温使得原油物理性质与地面脱气石油的物理性质有很大的差别。

对油层液体物理性质的研究，无论对储量计算、油（气）层评价，还是对油田开发设计、动态分析以及提高石油采收率都具有十分重要的意义。

石油的相对密度定义为石油的密度与同一温度和压力下水的密度之比，即：§1油层石油的相对密度和密度

由于石油密度与水的密度单位相同，故相对密度似为一无因次量，习惯上石油相对密度在我国和苏联是指latm、20℃时石油与4℃时纯水单位体积的重量比，用表示。在欧美各国则以latm、60℉石油与纯水单位体积的重量比，用表示。一、石油的相对密度

在商业上常以API度（AmericaPetroleumInstitute——美国石油学会）相对密度表示。它与60℉石油相对密度的关系，可用下式换算：API度式中：为：60℉时石油密度/60℉水密度时的相对密度。

已知水的API相对密度是10，而石油的API相对密度是随60℉/60℉的相对密度（）降低而增加，因此用API度相对密度表示的好处是能明显的表明，在一定的温度和压力下，随着气体在原油中溶解度增加，API度相对密度也增加。从华氏温度与摄氏温度的关系知道60℉＝15.6℃，而且4℃与15.6℃水的密度也不尽相同。因此欧美各国的相对密度与我国和苏联使用的相对密度（）数值是不一样的，千万不要把这两者等同起来，以免造成误差。

油层石油的密度是指单位体积油层石油的质量。其数学表达式为：式中：——油层石油的密度（kg/L）；——油层石油的质量（kg）；

——油层石油的体积（L）。油层石油由于溶解有大量的天然气，因而其密度与地面脱气石油密度相比有很大差别，通常要低百分之几到百分之十几，有时还更低。获取方法实验室测定（多数情况下）计算查图二、石油的密度应用石油等温压缩系数计算高于饱和压力时的石油密度分二步进行第一步：先算出饱和压力下的石油密度第二步：由压缩系数表达式求取

因压缩过程始终为等温过程，并以密度代替体积代入压缩系数公式（等温压缩即为质量不变情况下的体积的变化过程，故可用密度表示）（石油压缩系数将在后面讲）：

上式中压力系数将随压力变化而变化，但在压力一定的合理变化范围内可将压缩系数视为不变，这样对上式积分，为：已知泡点压力（）与实际压力（）相对应的值后，即可用该式计算高于泡点压力下的液体密度影响因素

（变化规律）1、它与地层温度关系——随温度的增加而下降。2、与压力关系——以饱和压力为界，当压力小于饱和压力时，由于随压力增加，溶解的天然气量增加，因而石油密度减小；当压力高于饱和压力时，由于随压力增加，没有天然气溶解，因而石油密度加大。—饱和压力§2油层石油的压缩系数

地层石油由于在一定压力下可溶解一定量的天然气而表现出具有一定的弹性，弹性大小通常可以用压缩系数来表示。

压缩系数是指单位体积地层石油在压力改变一个大气压时体积的变化率。公式中负号表示体积的变化与压力变化相反。

地层石油的压缩系数主要决定于石油和天然气的组成、溶解气量以及压力和温度的条件。影响因素

（变化规律）表7-1我国和世界某些油田原油物性参数（据洪世铎，1985）可以看出，地层油的压缩系数和地层石油中天然气的溶解度有密切关系，溶解度大者，其压缩系数也大。一般地面脱气石油的压缩系数约4×10-5—7×10-5l/ata，而地层石油的压缩系数约10×10-5—140×10-5l/ata。1、与天然气在石油中的溶解度的关系2、与地层温度的关系某井平均石油压缩系数与温度关系（据杨普华，1980）地层温度平均压缩系数（×10－51/ata）209.110524.712628.9随温度增加，压缩系数是增加的。3、与地层压力的关系。地层石油的压缩系数不是一个定值，在不同的压力区间，其压缩系数也不同。当地层压力大于饱和压力时，随地层压力的增加，压缩系数减小表7-2不同压力区间地层油的压缩系数（据洪世铎，1985）压缩系数的获取1、实验室测定(常用)2、查图版3、利用有关资料通过压缩系数公式计算0.50.60.70.80.91015520饱和压力下原油相对密度平均压缩系数10-6

查图版方法已知石油饱和压力下的相对密度时可直接从左侧图版查取通过压缩系数公式计算油层石油的压缩系数1、将概念表达式中的体积换成密度；并表示成为定温条件下的压缩过程2、用对应状态形式表达（即换算成折算压缩系数、折算压力、折算温度、折算密度）若研究液态混合物，则相应地采用虚拟折算压缩系数、压力、温度、折算密度：计算石油压缩系数时采用对应状态定律的解释

由于影响石油压缩系数的石油的组成，由于石油是一种混合物，因此引入折算的概念，主要是为了压缩系数计算中消除组成的影响。关于临界状态的概念，在烃类体系的相态理论一章中已经作了定义，石油的临界状态的含义与天然气应该是一致的。一般地面石油的压缩系数为（4－7）×10-5（1/ata）地层石油的压缩系数为（10－140）×10-5（1/ata）地层石油、地层水和储集岩的压缩系数构成了整个油藏的弹性能量，当地层压力高于饱和压力时，石油就靠这部分能量采出地层中的石油，如果一个油田的地层压力高，饱和压力低，那么由于油藏的弹性能量大，而可采出1－2％的地下储量。§3

油层石油的饱和压力

地层压力大于饱和压力，天然气将全部溶于石油中，并处于单相状态，地层石油未被石油饱和，叫未饱和或欠饱和油藏当地层压力等于饱和压力，天然气正好全部溶于石油，并处于单相状态，为饱和油藏。

地层原油的饱和压力是油层温度下全部天然气溶解于石油中的最小压力，也可以说是在油层温度下从石油中开始分离出第一批气泡的压力。由相态一章已知，开始分离出第一批气泡的压力即为泡点压力，故饱和压力即为泡点压力。饱和压力的影响因素石油的重组分越多，密度越大，其饱和压力就越高；饱和压力随温度升高而升高；天然气的不同组分在同一石油中溶解时，饱和压力是不同的。

饱和压力是油藏开发的基本参数，必须在第一探批井中就认真取样分析。在油田开发时，应注意保持地层压力高于饱和压力，使烃类以单相形式流动，否则将会增加油流的毛细管阻力（贾敏效应），降低原油的采收率。饱和压力的应用1、可用饱和压力计算油藏形成的时间2、进行油气运移研究。

根据油藏饱和压力值不同，可以确定油气运移的方向，演化程度低的原油，重质组分高，粘度、密度大，因而饱和压力高，演化程度高的原油，轻组分含量高，粘度、密度小，饱和压力值低，因此油藏饱和压力降低的方向就是原油运移的方向实验室用计量泵进行油气系统的降压脱气，根据脱气时的P-V关系，可做成曲线，再根据曲线的拐点（单相转化为二相）可求出系统的饱和压力饱和压力饱和压力的确定第七章油层液体的物理性质§4油层石油体积系数地层石油以饱和压力为界，分为单相石油体积系数和两相石油体积系数。目前地层压力下脱出的气体体积地层压力降低一、单相石油体积系数地层石油单相体积系数是指地层压力高于或等于饱和压力时，地层石油的体积与地面脱气石油体积之比值。其数学表达式为：

——地层单相石油体积系数（以小数表示）；

——地层单相石油体积（）；

——同一石油在地面脱气后的体积（）。表示石油体积变化的指标的另一概念-------收缩率收缩率的定义是l的石油采到地面以后，经过脱气体积收缩的百分数。式中：——地下石油的收缩率（％）。

地层石油的体积系数主要与溶解气量的多少有关，另外与压力、温度和脱气方式有关影响因素表7-4某些油田的溶解气量和体积系数1、与溶解气量有关地层石油溶解的天然气量越多，体积系数就越大。

当压力小于饱和压力时，随着压力的增加，溶解于石油中的气量也随之增加，故地层石油的体积系数随压力的增高而增大。

当压力等于饱和压力时，溶解于石油中的天然气量最多，这时地层石油的体积系数最大。当压力大于饱和压力时，随着压力的增加石油受到压缩，因而地下石油的体积系数将随着压力的增加而减小。2、压力的影响单相3、温度的影响在压力一定时，不同温度下体积系数4、脱气方式的影响一次脱气的体积系数大于级次脱气的体积系数。温度越高，体积系数越大获取方法实验室测定、计算、查图（——常用）查图法（斯坦丁诺模图）必须已知1、生产油气比2、气体相对密度3、储罐油相对密度4、油层温度1、按已知油气比作水平线，交天然气相对密度线上一点；2、从该点作垂线交石油相对密度线上一点；3、从该点作水平线与温度线相交4、从该点作垂线交体积系数坐标上一点，为所求。

该方法在查图表时所用的油气比是气体在泡点压力下的溶解度，所以油层压力必须等于泡点压力，因此实际上求取的是饱和压力情况下的石油体积系数。

如果油层压力低于泡点，一部分采出气体可能来自于油层中的游离气体，这样采用生产油气比并用斯坦丁诺模图获取的体积系数就会导致误差。高于泡点压力下油层石油的体积系数的计算

高于泡点压力的油层，其体积系数要小于泡点压力的石油体积系数（泡点压力的体积系数最大，因为气体的溶解度最大），在这种情况下，影响体积系数的唯一因素是油层压力，此时，可先算出油层温度下泡点压力的石油的体积系数（见上），然后再用求等温压缩系数的方法将其折算到更高压力下的体积系数，即采用下式计算当地层压力降低到饱和压力以下时，地下石油体积的变化可以分为三个阶段当压力下降到饱和压力以下时，析出大量溶解气，油藏中石油处于两相状态时，则需要用两相石油体积系数来进行描述。二、油层石油的两相体积系数目前地层压力下脱出的气体体积地层压力降低两相石油体积系数定义为：当油层压力低于饱和压力时，地层石油和析出气体的总体积与在地面脱气石油体积的比值。即：

u——两相石油体积系数（以小数表示）；

Rsi、Rst

——分别为原始和目前地层压力下天然气在石油中溶解度（m3/m3）；

Bg

——目前地层压力下天然气体积系数（小数）；

Vos——地面脱气石油体积

(Rsi-Rst)VosBg

——表示在目前地层压力下所析出的天然气体积（m3）。两相石油体积系数随压力的变化规律获取方法实验室测定计算查图第七章油层液体的物理性质§5油层石油的粘度石油的粘度（动力粘度）：石油在流动过程中内部的摩擦阻力的量度。

——石油的动力粘度，也叫石油的绝对粘度（Pa·s）。

——石油的运动粘度（m2/s）；

——石油密度（kg/m3

）。运动粘度：就是动力粘度与密度的比值。仅在流体动力学计算中使用油田名称地层油粘度×10－3Pa·s油田名称地层油粘度×10－3Pa·s大庆油田P层9.3东德克萨斯油田（美）0.93大港油田西一区44井M层13.3帕宾那油田（加拿大）1.09孤岛油田渤26－13井G层14.23哈西迈乌德油田（阿尔及利亚）0.65临盘油田S3层0.52威明顿油田（美）70任丘油田任4井11.43哼哼顿油田（美）20-400国内外一些油田地下原油粘度石油粘度决定了地下石油在油层中的流动能力，因此降低粘度（降粘）对提高油井产能和石油采收率很有意义的。

地层石油的粘度取决于它的化学组成、溶解气的含量以及温度和压力的条件。它的变化范围很大，可从零点几mPa.s到成百上千mPa.s。原油中重烃、非烃含量（胶质与沥青含量）多，就增大了液层分子的内摩擦力，从而使石油的粘度增大。表7-6大庆、胜利油田脱气原油粘度与沥青、胶质含量对比关系（据杨普华，1980）1、石油的化学组成

由于气体溶解在液体中，使液体分子间引力部分地变为气体分子引力，从而使分子引力大大减少，因之液层的内部摩擦阻力也减少，粘度也就随之下降。原油中溶解气量越多，粘度就越低。2、石油中溶解气量3、溶解气的化学组成当溶有烃类气体时，气体分子量越小，石油的粘度也降低得多。但如石油中溶有氮气时，就会使石油的粘度急剧增大。4、地层温度由于温度增加，液体分子运动速度增加，液体分子引力减小，因而粘度降低。热力采油法提高石油采收率的主要机理就是以温度增高能大幅度降低原油粘度为基础的。5、地层压力在温度一定时，当压力低于饱和压力时，随着压力的增大，油中溶解气量增加，地层油粘度急剧下降；当压力高于饱和压力时，压力增加使石油密度增大，液层内部摩擦阻力增大，因而粘度增加。温度为18度时的饱和压力获取方法实验室测定当压力等于饱和压力时，可以使用图7-15、7-16直接查出。已知：1、原油相对密度

2、油层温度

3、油层压力条件下溶解气量计算查图查图方法步骤：1、根据原油相对密度和油层温度查取油层温度条件下的地面脱气原油粘度由于石油组成变化大，用此图表查出的粘度偏差有时达25％。第二步：根据地层压力条件下溶解气量和油层温度下脱气原油粘度查取油层温压下原油粘度当地层压力超过饱和压力时，计算粘度可查图7-17。已知：1、饱和压力时的原油粘度地饱压差＝地层压力－饱和压力这时计算的石油粘度较精确，其误差3％。实验室粘度测定的常用仪器有：1、落球粘度计2、高压毛细管粘度计3、电磁粘度计1、油田开发初期，采用弹性方式开采，地层压力在较长时间低于饱和压力，油层脱气，使得原油中低碳链组分减少，原油粘度增加。2、注冷水开发时，地层温度下降使得原油粘度增加。3、注入水