油气集输-第二章-油气性质和基础理论.ppt

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1、第一节 油气性质第二节 气液相平衡,第二章 油气性质和基础理论,标准状态,国内外计量气体体积采用的状态标准常不相同，常见的有三种:压力101.325kPa、温度20 压力1atm、温度60（15.6）压力101.325kPa、温度0,1m3(20)=0.985m3(15)=0.932m3(0),原 油,原油是一种极其复杂的烃类和非烃类的液态混合物，其中碳和氢的质量分数分别为85%、12%，其余为硫、氮、氧和金属化合物。原油中所含的烃类主要有：正构及异构烷烃；环烷烃；芳香烃。原油内C16以上的正构烷烃称为石蜡。原油是一种胶体溶液，常含有胶质、沥青质，还有砂、各种盐类及金属腐蚀产物等。,原油分类,

2、常用的原油分类方法有：按组成分类按气油比分类按收缩性分类按相对密度和粘度分类按硫含量分量,我国原油分类,是以常压沸点250275和395425两个关键馏分油的密度划分原油类别。首先对关键组分分类，见表：,我国原油分类,溶气原油物性,原油和天然气是两种互溶的流体，在一定压力和温度条件下，天然气会全部和部分溶解在原油中，溶气原油的溶气量、密度、粘度等物性随压力、温度条件而改变。这里主要介绍适用于压力、温度较高的油藏及油气两相流动条件下的溶气原油物性的经验计算方法，称为黑油模型。,美国石油协会相对密度,在描述石油及石油产品时，西方国家常用API相对密度，数值在0 100，与我国惯用的相对密度的关系：

3、o 15下原油对同温度水的相对密度。,溶解度,常压储罐中的原油称为脱气原油 stock-tank oil；高于大气压溶有天然气的原油称为溶气原油。单位体积脱气原油在某一压力、温度下能溶解的天然气体积数（折算成标准状态下的体积）称天然气溶解度，或称溶解气油比Rs，m3/m3。,溶解度诺谟图,图中结论,压力愈高，溶解气油比愈大；温度愈低，溶解气油比愈大；油、气是相对密度愈接近，原油溶解天然气的能力愈强。,诺谟图是Laster在实验数据的基础上给出来的。可见，天然气在原油中溶解度与压力、温度和油气组成有关。,Lasater相关式,o 脱气原油相对密度；Mo 脱气原油相对分子质量，查图；yg 天然气摩

4、尔分数，由公式计算或查图；,Standing相关式,Chierici等人建议：原油相对密度大于0.966时用Lasater相关式 原油相对密度小于0.966时用Standing相关式,式中 t 温度，,原油体积系数,单位体积脱气原油溶入天然气后具有的体积数称为原油体积系数。天然气溶入原油使得原油的体积增大，所以原油体积系数总是大于1。,原油体积系数诺谟图,原油体积系数诺谟图相关式,可见，原油体积系数与温度、油气组成以及天然气在原油中的溶解度有关：温度愈高，原油体积系数愈大；油、气相对密度愈接近，原油体积系数愈大；溶解气油比愈大，原油体积系数愈大。,溶气原油密度,溶气原油的密度称为视密度，或表观

5、密度。脱气原油中溶入天然气后，其密度和相对密度都下降。,溶解天然气相对密度的诺谟图,溶解天然气相对密度诺谟图相关式,可见，溶解天然气的相对密度与溶解气油比和脱气原油的相对密度有关：溶解度愈小，溶解天然气的相对密度愈大，说明天然气中的重组分更易溶入原油；脱气原油的相对密度愈大，溶解天然气的相对密度愈小，这是因为伴随重质原油开采出的天然气较轻（C1+C2），而伴随轻质原油开采出的天然气较重（C5+）。,溶气原油的视密度,如果含有C1、C2、H2S等在常态下不能液化的化合物，则不能直接用这个公式计算，因为无法测定其液体密度，可利用溶气原油视密度图来查的。,粘 度,原油溶入天然气后粘度减小。Chew-

6、Connaly给出了计算图表和公式：,未溶解天然气密度,天然气中溶于原油的都是较重组分，因此未溶解天然气密度减小。,表面张力和界面张力,表面张力和界面张力可以用仪器测定，也有很多经验相关式可以用来估算，常用的是修正系数法。,常压下原油表面张力与原油相对密度关系曲线的表达式。,脱气原油物性,在工艺计算中常常需要确定脱气原油的物性，最可靠的方法是实验测定，在缺少实验条件的情况下可以利用一些关系式计算。,倾点和凝点,倾点和凝点是衡量油品流动性的指标，是在规定的试验仪器和试验条件下测定的。倾点是油品在试管中5秒内能流动的最低温度。凝点是油品在倾斜45角试管内停留1分钟不流动的最高温度。同一原油的倾点比

7、凝固点约高2.53。西方国家广泛使用倾点，中、俄等国常使用凝点。,密 度,在050范围内 kg/m3 kg/(m3)在20120范围内,粘 度,在缺少实验数据条件下，可根据相对密度和温度估算原油的动力粘度：mPas o15原油的相对密度,比热容,在原油析蜡温度以上时在原油析蜡温度以下时,蒸气压,目前，还没有用于测定原油蒸气压的专用测定器，原油蒸气压的获得仍要利用雷特蒸气压。雷特蒸气压测定器原来是为测定汽油的蒸气压而设计的。它有两个上下连通的室：燃料室（容积为125亳升）和空气室（容积为500毫升），容积比为1:4。将油品装入燃料室，剧烈摇动后在38恒温水浴中所测得的油品蒸气的最大压力，即为雷特

8、蒸气压。,油品蒸气压的求法,雷特蒸气压与真实蒸气压的换算,气液相平衡,在一定温度、压力条件下，组成一定的物系，当气液两相接触时，相间将发生物质交换，直至各相的性质（如温度、压力和气、液相组成等）不再变化为止。达到这种状态时，称该物系处于气液相平衡状态。油气田井流是一种由数百种纯化合物组成的极其复杂的烃类和非烃类的混合物。因此，要了解油气混合物体系的相平衡，必须了解烃系的相特性。,一元体系的相特性图,只有一种纯化合物的物系称一元体系。一元体系的相特性可用pt、pv 图表示，如图所示。,一元体系的相特性,可见，一元体系的相特性主要有以下特点：纯烃的饱和蒸气压仅仅是温度的单值函数，压力愈高，其饱和蒸

9、气压愈大纯烃气体温度愈高，愈不容易液化临界压力和临界温度是气夜两相共存的最高压力和最高温度,纯烃饱和蒸气压的求法,查图法计算法,二元体系的相特性图,二元体系的相特性,可见，二元体系的相特性主要有以下特点：由PT 图可以看出，相特性与二元体系的组成有关，重组分越多，特性向右偏移饱和蒸气压不再是温度的单值函数，在某一温度下，气液处于平衡状态时的压力有一个范围，其大小和汽化率有关，汽化率愈小，饱和蒸气压愈大二元体系的临界温度在构成二元体系的组分临界温度之间，临界压力多数情况下高于纯组分的临界压力,二元体系的相特性,临界冷凝温度、临界冷凝压力是气液两相能平衡共存的最高温度和最高压力，在二元体系中临界温

10、度和临界压力不再是气液能平衡共存的最高温度和最高压力二元体系内，温度高于轻组分临界温度时，仍能使轻组分部分或全部液化临界点附近存在反常区，有反常冷凝和反常汽化现象,二元体系反常区,反常冷凝又包括等温反常冷凝和等压反常冷凝；反常汽化又包括等温反常汽化和等压反常汽化。,多元体系的相特性,两种以上纯化合物构成的体系称为多元体系，它具备二元体系相特性的全部特征，但多组分混合物的临界压力更高、包络线所围面积更大。,相平衡计算,集输系统的压力、温度条件总是在石油的压力温度相态图的包线范围内，因此，在集输系统的压力、温度条件下，石油总是分成气、液两相。相平衡计算往往是已知石油的组分和流量，以及分离的压力、温

11、度条件，求原油和天然气的组成和流量。,相平衡计算的假设,由于石油组分多且不确切，无法假设计算出分离条件下每种组分在气相和液相中的数量。因此，要做一些简化假设：石油中的非烷烃类，看作是相应的烷烃 挥发性强、易于进入气相的碳原子数少于67的烃作为独立组分，重于C6或C7的烃的总和作为一独立假组分，以C6或C7表示 石油中的非烃类杂质气体N2、CO2、H2S等看作是独立组分,理想溶液和理想气体,理想溶液服从拉乌尔定律：在溶液的蒸汽中，任意组分的分压Pi与该组分在溶液中的分子分数xi成正比，其比例系数就是该组分在体系温度下纯态时的饱和蒸汽压，即：,理想气体服从道尔顿定律：若干种理想气体组成的混合气体中

12、，某种气体i的分压Pi为该气体在混合气体中的分子分数yi与混合气体总压力P的乘积，即：,相平衡常数,平衡常数是体系压力和温度的函数 对原油和天然气这样的非理想体系，平衡常数是压力、温度和组成的函数，特别是高压下，组成对平衡常数的影响更为显著,理想溶液和理想气体构成的体系称为理想体系。同时遵循拉乌尔定律和道尔顿定律，则：,定义平衡常数,组成对平衡常数的影响,溶液组成对C4平衡常数的影响 1：C4一C2；2：C4一C1；3：C4一天然气吸收油,相平衡常数的求法,理论方法解析法经验方法,查图法 会聚压法,相平衡计算,在进行油气平衡分离计算时，通常已知：,石油的组成zi和各组分的分子量Mi 分离的温度

13、和压力条件P、t 石油中每种组分在分离条件下的平衡常数ki,通过计算要确定的参数是：,若进入体系的物料为1mol，求在分离条件下气液平衡时，气液相各有多少，V 和L 求气液的组成，即各种组分在气、液相中的分子分数yi和xi,相平衡计算公式,根据体系物料平衡：L+V=1 组分物料平衡：又有：,相平衡的计算步骤,求L、V、xi、yi时有三个方程，四个未知数，因此求解应该是一个试算过程，步骤如下：,假设L或V，由L+V=1求出V或L 求xi和yi 校核xi或yi的总和是否为1，否则需重新假设V或L,相平衡计算程序框图,K 值（习题5中用）,泡点的计算,当物料处于泡点时，无限小量气体和大量液体共处于体

14、系内，即V0，L1。,在体系温度下满足上述方程的压力就是物料的泡点压力，在泡点：,露点的计算,露点时，体系内的液相量为无限小，即L0，V1。,在体系温度下满足上述方程的压力就是物料的露点压力，在露点：,影响相平衡的因素,石油组成 分离压力 分离温度,本章内容结束,按组成分类,根据几种烃类在原油中的比例划分原油种类，Sachanen分类法:石蜡基原油 烷烃大于75%环烷基原油 环烷烃大于75%芳香基原油 芳香烃大于50%沥青基原油 沥青质大于50%,按气油比分类,按气油比将油气井井流产物分成：死油 deal oil 气油比为零 黑油 black oil 气油比小于356m3/m3 挥发性原油 v

15、olatile oil 气油比356588m3/m3 凝析气 condensate gas 气油比5888905m3/m3 湿气 wet gas 气油比大于8905m3/m3 干气 dry gas 不含液体的天然气,按收缩性分类,“收缩”指油藏原油在地面脱气后体积的缩小。收缩系数的定义是单位体积油藏原油在地面脱气后的体积数，用来描述原油收缩性的大小。根据收缩系数的大小划分原油种类:低收缩原油 low-shrinkage crude oil 收缩系数大于0.5 高收缩原油 high-shrinkage crude oil收缩系数小于0.5,按相对密度和粘度分类,Dowd等人根据原油相对密度和粘度

16、划分原油种类:普通原油 相对密度小于0.934 粘度小于10Pas 重质原油 相对密度0.934 1.000 粘度小于10Pas 特重原油 相对密度大于1.000 天然沥青 粘度大于10Pas,按硫含量分类,把硫含量高的原油称为酸性原油 sour crude，但没有统一标准。一种说法，H2S体积浓度超过3700mg/L西方管道界，硫含量超过0.5%（质量）,0APIMO关系图,泡点压力系数与气体摩尔分数的关系,气体摩尔分数计算式,P 绝对压力，MPa；,T 温度，K；,g 天然气相对密度；,溶气原油视密度图,溶气原油粘度,修正系数,修正系数可以通过查图得到，也可以用曲线回归的关系式计算。可见，修正系数是压力的单值函数，而且压力愈高，修正系数愈小。,修正系数与压力的关系,常压下原油表面张力与原油相对密度的关系曲线,