20229第一章2溶解分离

第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem油田开发是一个近似的等温过程。相态变化的本质是气体在油中的溶解和分离。一、天然气在原油中的溶解度(Solubility)1.亨利定律：

α——溶解系数，其值反映了气体在液体中溶解能力的大小，标m3/(m3·Mpa)

Rs

——溶解度，即温度一定，

压力为p时单位体积液体中溶解的气量,标m3/m3；第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem气体大气压力1m3液体一、天然气在原油中的溶解度(Solubility)1.亨利定律：适用条件：分子结构差异大、不易互溶的气液体系。单组分气体在液体中的溶解。第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem2.天然气在石油中的溶解及其影响因素40℃时不同气体在相对密度为0.873的石油中的溶解度(卡佳霍夫,1956)

1—氮气2—甲烷3—天然气原因：天然气与石油是化学结果相似的烃类物质。天然气是多组分烃类的混合物。第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem重烃组分和易溶的非烃组分轻烃组分第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem2.天然气在石油中的溶解及其影响因素特点：α开始大，之后逐渐减小，最后为常数。

①石油天然气的组成天然气中重质组分愈多，相对密度愈大，其在原油中的溶解度也愈大。第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem2.天然气在石油中的溶解及其影响因素相同的温度和压力下，同一种天然气在轻质油中的溶解度大于在重质油中的溶解度。①石油天然气的组成第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem2.天然气在石油中的溶解及其影响因素油气性质越相近，天然气在原油中的溶解能力越大。随着温度的升高，天然气的溶解度下降。②

温度和压力随着压力的升高，天然气的溶解度增大。第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem2.天然气在石油中的溶解及其影响因素第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem二、相态方程(EquilibriumRelations)

用途：可以从数量上确定某一压力、温度下从油中分出的油、气量的多少及油、气组成；判断油气藏的相态。1、推导：Derivation混合物组成已知，且在某一压力温度下达到平衡：componentcompositionMolefraction二、相态方程(EquilibriumRelations)(1.2.3)共1摩尔

取1mol油气混合物,使其在某一温度t、压力p下达到平衡：molmolP、t1、推导Derivation任一组分在气相中的摩尔分数为yi,在液相中的摩尔分数为xi,在体系中的摩尔分数为ni二、相态方程(EquilibriumRelations)1、推导Derivation(1)xi与NL的关系

(2)yi

与Ng的关系

令yi/xi=ki

即平衡常数,则：Use“trial-and-error”methodtosolveaboveequations

用“试错法”求解ki=f(P、T、组成)任一组分i在液相中的浓度表达式任一组分i在气相中的浓度表达式泡点压力定义为一个烃类系统在一定的温度下,有无限小量的气相和大量的液相平衡共存的压力。（１）求泡点压力尽管体系中只有无限小量的气体,但气泡各组分的摩尔分数之和为1。二、相态方程(EquilibriumRelations)２、应用Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ液1mol（１）求泡点压力二、相态方程(EquilibriumRelations)２、应用Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ液相油组成已知：露点压力定义为一个烃类系统在一定的温度下,以无限小量的液相和大量气相平衡共存的压力。（２）求露点压力虽然体系中只有无限小量液体,但该液体各组分的摩尔分数之和为1。二、相态方程(EquilibriumRelations)２、应用Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ气3.平衡常数(Equilibriumconstant)(1)定义：指体系中某组分在一定压力和温度条件下,气液两相处于平衡时,该组分在气相和液相中的分配比例。也称之为平衡比或分配系数。(2)求取方法：①拉乌尔和道尔顿定律（理想气体）②实验测定③收敛压力④气液相平衡二、相态方程(EquilibriumRelations)油井产物压力过高或过低都不会有两相存在，因此平衡常数就不存在。①拉乌尔和道尔顿定律（理想溶液）拉乌尔定律：某一组分在气相中的分压等于该组分在液相中的摩尔分数与该纯物质的蒸汽压之积。道尔顿定律：气体混合物中某一组分的分压等于其摩尔分数与气相压力之积。适用条件：低压、低温状态,理想溶液(指构成溶液的各组分分子之间无特殊的作用力,混合后无热效应,混合前后的容积不变)3.平衡常数(Equilibriumconstant)油藏烃类:体系复杂,P、T高，理想溶液定律已不适应。②实验测定缺点：在高压(一般高于5MPa)下,混合物体系的组成影响平衡常数的精度。方法：对已知组成的体系,在各种不同的气液平衡条件下(压力、温度),分别实验测定气相、液相各组分的摩尔数,按公式ki

=yi/xi计算平衡常数。高压下平衡常数不仅是压力、温度的函数,而且也是体系组成的函数：ki=f(P,T,组成)3.平衡常数(Equilibriumconstant)③收敛压力3.平衡常数(Equilibriumconstant)低压下为斜率为-1的线；与k=1相交时的压力为该组分的饱和蒸汽压；③收敛压力3.平衡常数(Equilibriumconstant)同一系统中，各组分的P收相同不同系统的P收不同；低压下(<2MPa)，各组分的平衡常数ki几乎与系统的组成无关；高压下不同系统各组分的ki相差较大。每条线都有逼近于1的趋势，k收敛于1时(yi=xi)的压力为收敛压力。当温度是体系的临界温度时，收敛压力为体系的临界压力。两个体系：收敛压力7.0MPa和３５.0MPa③收敛压力3.平衡常数(Equilibriumconstant)美国天然气协会(NGAA)1957年出版了一套lgk-lgP的ki图版。八个收敛压力下的8套图版。收敛压力35MPa从矿场实际考虑，通常的操作压力不高，此时，不同收敛压力下的平衡常数差别不大，所以收敛压力35MPa的平衡常数图版基本能够满足工程计算精度要求。思路：假定组成体系各组分的平衡常数ki随压力升高至某一特定值时,分别趋于1。不同组成的体系,其各组分的平衡常数趋近于1的特定压力值不同。混合物体系的临界压力收敛压力查图版，确定平衡常数计算步骤：美国天然气协会1957年出版了一套lgk-lgP图版③收敛压力3.平衡常数(Equilibriumconstant)③收敛压力3.平衡常数(Equilibriumconstant)三、油气分离SeparationOfOilAndGas

在给定的压力和温度范围内，油气组成越接近，烃类气体在石油的溶解度就越大。易溶解于石油的气体组分，不容易从石油中分离出来难溶解于石油的气体，容易从石油中分离出来分离方式接触分离(闪蒸脱气，一次脱气)多级分离微分分离气多气少相近相容第二节油气体系中的气-液分离与溶解Solutionandseparationofgas-oilsystem三、油气分离SeparationOfOilAndGas指使油气烃类体系从油藏状态变到某一特定温度、压力，引起油气分离并迅速达到平衡的过程。特点：分出气较多，得到的油偏少，系统的组成不变。

(1)接触分离(闪蒸脱气)(Flashvaporization)一般保持在油藏温度条件下三、油气分离SeparationOfOilAndGas指使油气烃类体系从油藏状态变到某一特定温度、压力，引起油气分离并迅速达到平衡的过程。特点：分出气较多，得到的油偏少，系统的组成不变。

(1)接触分离(闪蒸脱气)(Flashvaporization)一般保持在油藏温度条件下三、油气分离SeparationOfOilAndGas

(1)接触分离(闪蒸脱气)(Flashvaporization)闪蒸脱气主要测定Pb,P>Pb时原油体积如何变化。三、油气分离SeparationOfOilAndGas

(1)接触分离(闪蒸脱气)(Flashvaporization)一次脱气，一级脱气三、油气分离SeparationOfOilAndGas

(1)接触分离(闪蒸脱气)(Flashvaporization)现场一次脱气相当于油井产出的油气直接进罐。此种方式损失掉的轻质油多。适于气油比小的原油。（２）多级脱气（多级分离）：在脱气过程中分几次降低压力，最后达到指定压力的脱气方法。多级分离的系统组成是不断发生变化的。多级分离分出的气少，获得的地面油多，而且其中轻质油含量高，测得的气油比小。三、油气分离SeparationOfOilAndGas（２）多级脱气三、油气分离SeparationOfOilAndGas

气

1mol

1mol

Ng

Nl

Ng′

Nl′

Ng”

Nl”

在微分脱气过程中,随着气体的分离,不断地将气体放掉(使气体与液体脱离接触)。（３）微分分离特点：脱气是在系统组成不断变化的条件下进行的。三、油气分离SeparationOfOilAndGas（３）微分分离三、油气分离SeparationOfOilAndGas当压力低于泡点压力时，油藏中的油气分离过程接近于微分脱气。分离级数无限多的多级脱气。〔例〕已知：分离温度为49℃,一次分离的最终压力0.1MPa；多级分离的每级压力：第一级3.5MPa,第二级0.46MPa,第三级0.1MPa,油井产物的组成及收敛压力为35MPa下对应的平衡常数见例2表1，试算一次分离和多级分离的油量和气量。不同温度的ki值解:应用三、油气分离SeparationOfOilAndGasxi组分油井产物的摩尔分数ni分离气体的摩尔分数yi0.1MPa49℃下的kiNL=0.398NL=0.397NL=0.3973c10.44040.72882650.00280.00270.0028c20.04320.070746.50.00150.00150.0015c30.04050.064214.30.00450.00450.0045c40.02840.04195.350.00780.00780.0078c50.01740.02091.720.01210.01210.0121c60.02900.02480.700.03550.03550.0354c7+0.40110.04870.0520.93430.93640.93591.00001.00000.99851.00051.0000一次分离时每摩尔油井产物中可分离出0.39725摩尔的地面原油。经过3次NL值试算，得到如下结果：(1)一次分离计算三、油气分离SeparationOfOilAndGas(2)多级分离计算三、油气分离SeparationOfOilAndGas方法同（1），计算结果如下：(2)多级分离计算

第一级分离压力3.5MPa

第二级分离压力0.46MPa组分油井产物的摩尔分数niK值xiNL=0.582yi=kixiNg=0.418组分油井产物的摩尔分数niK值xiNL=0.844yi=kixiNg=0.156c10.44048.10.11100.8990c10.1110600.01090.6518c20.04321.650.03400.0561c20.033910.60.01360.1440c30.04050.590.04890.0288c30.04893.40.03550.1209c40.02840.230.04190.0096c40.04191.250.04030.0504c50.01740.0880.02810.0025c50.02810.4150.03090.0128c60.02900.0390.04850.0019c60.04850.1700.05570.0095c7+0.40110.0030.68760.0021c7+0.68760.0130.81310.01061.00001.00001.00001.00001.00001.