油层物理13教材

天然气的分类：天然气：从地下采出的可燃气体。§1.3天然气的高压物性气藏气

伴生气煤层气天然气水合物1.1天然气的组成1天然气的组成、视相对分子质量及相对密度烃类气体：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等非烃类气体：硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氮气、氧气、氢气、水蒸气、氦、氩等。1.1.1定义

构成天然气的各组分及其在天然气中的百分含量。

§1.31.1.2表示方法

(1).质量组成

构成天然气的各组分的质量占天然气总质量的百分数

wi=(mi/Σmi)×100%(2).体积组成

构成天然气的各组分的体积占天然气总体积的百分数

vi=(Vi/ΣVi)×100%(3).摩尔组成

构成天然气的各组分的摩尔数占天然气总摩尔数的百分数

yi=(ni/Σni)×100%

三种组成之间的关系：

yi=vi

1.2视相对分子质量和相对密度

在标准状况(0℃，0.10MPa)下，1摩尔天然气的质量

Mg=Σ(yiMi)1.2.1视相对分子质量(apparentmolecularweight)天然气的视相对分子质量天然气组分i的分子量天然气组分i的摩尔分数在标准状态下，天然气的密度与干燥空气的密度之比

γg＝ρg/ρa

1.2.2天然气的相对密度

γg＝Mg/29视天然气和空气均为理想气体1.3天然气的视临界参数

视临界压力Ppc

视临界温度Tpc

(1).Kay方法

Ppc=Σ(yiPci)Tpc=Σ(yiTci)

(2).经验公式法

与天然气相对密度有关的经验公式:

对于干气：

Ppc=4.8815－0.3861γgTpc=92.2222＋176.6667γgγg≥0.7Ppc=4.7780－0.2482γgTpc=92.2222＋176.6667γgγg<0.7

对于湿气：

Ppc=5.1021－0.6895γgTpc=132.2222＋116.6667γgγg≥0.7Ppc=4.7780－0.2482γgTpc=106.1111＋152.2222γgγg<0.7

含CO2、N2、H2S的天然气的经验公式:Ppc=4.7546－0.2102γg+0.03φCO2－0.011583φN2+0.030612φH2S

Tpc=84.9389＋188.4944γg－0.9333φCO2－1.4944φN2

适用条件：

Ppc=4.6666＋0.103γg－0.25γg2Tpc=93.3＋181γg－7γg2

对于干气Ppc=4.868＋0.356γg－0.077γg2Tpc=103.9＋183.3γg－39.7γg2

对于凝析气

Thomas二次方程式:

H2S含量<3%，N2含量<5%或非烃含量<7%2天然气的状态方程

2.1理想气体状态方程2.1.1理想气体

不考虑气体分子间的无相互作用力；

气体分子间的碰撞为弹性碰撞。

气体分子为质点，无体积；

PV=nRT2.1.2理想气体状态方程

2.2实际气体状态方程2.2.1压缩因子状态方程

z<1真实气体易压缩；z=1真实气体＝理想气体；z>1真实气体难压缩；Z=V实际/V理想

在一定温度和压力下，一定质量的实际气体所占有的体积与相同条件下理想气体所占有的体积之比

压缩因子(compressibilityfactor)：PV=znRT2.2.2范德华方程对于纯组分气体，A0、B0、C0、a、b、c、α、γ为常数，见表1.3.5。2.2.3BWR方程其中，a,b－－范德华常数，数值见表1.3.4

2.3天然气压缩因子的求取

2.3.1实验方法

§1.3图1.3.2甲烷的压缩因子等温线

2.3.2SK图版法(1).对应状态定律

对于单组分气体，对应温度Tr为：

在相同的对应温度和对应压力下，所有的纯烃气体具有相同的压缩因子。

对应压力Pr为：已知条件：天然气的摩尔组成(2).SK图版法计算步骤

对于天然气，视对应温度Tpr为：视对应压力Ppr为：计算步骤：求天然气的视临界参数求天然气的视对应参数查图版非烃校正含氮天然气的校正：C－－叠加体积校正系数，C＝1.00～1.04(3).非烃组分校正计算步骤：求不含氮烃类气体的压缩因子zg

求氮气的压缩因子zN

叠加，校正含H2S和CO2的天然气的校正：

P48

不要求(2).Dranchuk－Durvis－Robinson方法

2.3.3经验方法求z

(1).Hall－Yarborough方法(3).Gopal方法

§1.33天然气的等温压缩系数(coefficientofisothermalcompressibility)在等温条件下，天然气体积随压力的变化率

3.1定义3.2推导

3.2.1单组分理想气体

3.2.2单组分实际气体(1).手算

3.2.3多组分天然气3.3等温压缩系数计算

(2).电算

(3).图版法

4天然气的体积系数和膨胀系数

4.1体积系数(formationvolumefactor)一定量的天然气在油气藏条件下的体积与其在标准状况下的体积之比

Bg＝V

/Vsc

4.1.1定义

4.1.2计算

4.2膨胀系数(expansionfactor)

天然气体积系数的倒数Eg＝1

/Bg

4.2.1定义

4.3Bg、Eg－P曲线

5天然气的粘度(viscosity)§1.35.1粘度的定义

流体抗剪切能力的一种量度5.1.1定义

5.1.2动力粘度

5.1.3运动粘度§1.3运动粘度，cm2/s动力粘度，mPa.s气体密度，kg/m3

5.2天然气粘度的计算

5.2.1低压下天然气粘度的计算若已知天然气的组成，当视对应压力小于0.6时，地层温度下天然气的粘度为：

组分i的粘度组分i与组分j的结合因子组分i的摩尔分数组分j的摩尔分数结合因子的计算：

§1.3

Herning－Zipperer方法5.2.2高压下天然气粘度的计算(1).API方法

低压下天然气的粘度粘度对比系数对应密度§1.3(2).Herning－Zipperer方法计算1个大气压、给定温度下天然气的粘度μg1

确定天然气的视对应压力和视对应温度

查图求无因次粘度μg/μg1

由μg1×[μg/μg1]，求μg

5.3天然气