油层物理1-3第三节油气藏烃类的相态.ppt

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1、1,第三节 油气藏烃类的相态,石油和天然气是多种烃类和非烃类所组成的混合物。在实际油田开发过程中，常常可以发现：在同一油气藏构造的不同部位或不同油气藏构造上同一高度打井时，有的只产纯气，有的则油气同产。在油气藏条件下，有的烃是气相，而成为纯气藏；有的是单一液相的纯油藏；有的是油气两相共存，以带气顶的油藏形式出现。在原油从地下到地面的采出过程中，还伴随有气体从原油中分离和溶解的相态转化等现象。,2,一、油藏烃类的相态表示方法,1、基本概念 体系(system)指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体，又称物系、系统。体系可分为单组分和多组分体系。,3,相(phase)体系内部物理性质和化学性质完

2、全均匀的一部分称为“相”。,不同相之间有明显的相分界面；同一相物质可成片存在，也可以孤立的泡状、滴状等存在；一相中可含有多种组分。,一、油藏烃类的相态表示方法,4,组分(component)形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系中所有同类的分子。,拟组分(pseudo-component)：用于工程计算的一种假想组分，由物系中几种组分合并成。例如，油气相态研究中常用组分：纯组分：C1、C2、C3；拟组分：轻烃组分C2-6、重烃组分C7+。,一、油藏烃类的相态表示方法,5,相平衡(phase equilibrium)p、T一定时，多相体系中任一组分的A相分子进入B相的速度与B相分子进入A相

3、的速度相等时的状态。,组成(composition)体系中构成某物质各组分所占的比例。定量表示体系或某一相中的组分构成情况。,一、油藏烃类的相态表示方法,6,在一个密闭抽空的容器里，部分充有液体，容器温度保持一定，处于气液相平衡时气相所产生的压力称为饱和蒸气压，体现为气相分子对器壁的压力。,饱和蒸汽压(vapor pressure),一、油藏烃类的相态表示方法,7,一、油藏烃类的相态表示方法,泡点(bubble point)开始从液相分离出第一个气泡的气液共存态。泡点压力(bubble point pressure)在温度一定的情况下，开始从液相中分离出第一个气泡的压力。露点(dew poin

4、t)开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态。露点压力(dew point pressure)在温度一定的情况下，开始从气相中凝结出第一滴液滴的压力。临界点(critical point)在临界状态下，共存的气、液相所有内涵性质相等。内涵性质(intensive property)与物质的数量无关的性质，如粘度、密度、压缩性等等。,8,2、相态的表示方法(1)物系状态与性质之间的关系据热力学观点，物系的状态(state)是用物系所有的性质properties（如组成、温度、压力等）进行描述的。物系各性质确定物系有完全确定的状态物系状态确定物系各性质有完全确定的值物系的性质又称为“状态函数”(s

5、tate function),一、油藏烃类的相态表示方法,9,(2)相态的表示方法相态相平衡态(phase equilibrium state)；相态研究指体系相平衡状态随组成、温度、压力等状态变量的改变而发生变化的有关研究。直观的相态研究和表示方法：相图。相图(phase diagram)：表示相平衡态与物系组成、温度和压力等状态变量之间的关系图，又称为相平衡状态图，或状态图(state diagram)。,一、油藏烃类的相态表示方法,10,3、相图的类型油气体系的相态不仅与体系中烃类物质的组成有关，而且还取决于油气体系所处的温度、压力和所占体积，可用状态方程表示相态与状态变量的关系：F（p

6、，T，V或组成）0以图解方式表示上述状态变量所描述的相态关系，可得：立体相图：三维相图平面相图：二维相图三角相图：三元相图或拟三元相图,一、油藏烃类的相态表示方法,11,(1)立体相图：三维空间中，描述p、V、T三个状态变量与相态变化关系的图形。,在油气流体相态研究中，p-V-T三维立体相图用于描述油气藏平面区域上和纵向上流体相态变化特征的分布规律，很详尽地表示出各参数间的变化关系。,一、油藏烃类的相态表示方法,12,在油气烃类流体相态研究中，不同的平面相图用于描述不同的相态参数和相态特征。pV、pT、pX,(2)平面相图(two dimension phase diagram),p-T 相图

7、是油气相态研究中最常用的相图。,一、油藏烃类的相态表示方法,13,(3)三角相图（三元或拟三元相图）（triangular/ternary/pseudo-ternary),主要用于研究地层条件下注气混相驱和非混相驱提高原油采收率。,(gas injection注气),(miscible flooding混相驱),(immiscible flooding非混相驱),(enhanced oil recovery提高原油采收率),一、油藏烃类的相态表示方法,14,1、单组分体系的相态特征(single-component)单组分体系：一个独立组分构成的物系,(1)相图特征一点：临界点C（Tc、pc）

8、(critical point)一线：饱和蒸汽压线(vapor-pressure curve)两区：液相区(liquid)气相区(vapor or gas),三、单、双、多组分体系相态特征,15,(2)相态特征静态特征临界点C：两相共存的最高T、p；PPc时，随T升高将不会出现液向气转化；TTc时，随P升高将不会出现气向液转化；气、液相无分界面；气、液性质差别消失。,1、单组分体系的相态特征,16,饱和蒸汽压曲线(vapor-pressure curve)由不同T 下组分的饱和蒸汽压连成的曲线。体系的相分界线；气液两相共存线；泡点和露点共同轨迹线。,1、单组分体系的相态特征,17,动态特征图中

9、任一点代表单组分体系 的一个相平衡状态（相态）,改变体系T或p，相态改变。如T、p 变化穿越了相分界线，则体系的相和相数将发生改变：从一种单相两相共存另一种单相。,1、单组分体系的相态特征,18,饱和蒸汽压反应了液体挥发的难易程度，蒸汽压越高，说明越容易挥发。,1、单组分体系的相态特征,19,2、双组分体系的相态特征(binary system),三、单、双、多组分体系相态特征,(1)相图特征三点：临界点C临界凝析压力点Cp(cricondenbar)临界凝析温度点CT(cricondentherm)两线：相包络线 等液量线三区：液相区、气相区 气液两相区,20,(2)相态特征静态特征点的特征

10、临界点C 露、泡点线、等液量线交点；非两相共存的最高T、p点。临界凝析压力点Cp：两相共存最高压力点；临界凝析温度点CT：两相共存最高温度点。,dew-point bubble-point curve,三、单、双、多组分体系相态特征,21,任何两组分烃体系相图的特点,a.混合物的临界压力都高于各组分的临界压力，混合物的临界温度介于两纯组分的临界温度之间。,b.随着混合物中较重组分比例的增加，临界点向右迁移（即向重组分饱和蒸汽压方向偏移）。,d.两组分性质差别越大，则两相区面积越大。,临界点：,两相区：,a.所有混合物的两相区都位于两纯组分的饱和蒸汽压线之间；,b.两组分的分配比例愈接近，两相区

11、的面积愈大；两组分中只要有一个组分占绝对优势，相图的面积就变得狭窄；,c.混合物中哪一组分的含量占优势，泡点线或露点线就靠近哪一组分的饱和蒸汽压线；,22,线的特征包络线：泡点线(CF)和 露点线(CE)构成的相分界线。,等液线：体系中液相含量相等的点的连线。包络线及包络线内为气液两相共存区；其外为单相区。,包络线位置特征位于两个纯组分的饱和蒸汽压曲线之间；,23,位置、形态取决于体系的组成和组分性质。,三、单、双、多组分体系相态特征,24,动态特征T、p 变化穿越包络线时体系相平衡状态改变。如体系可能从一种单相两相共存另一单相。,三、单、双、多组分体系相态特征,25,(1)相图特征三点：临界

12、点C、临界凝析温度CT、临界凝析压力CP两线：包络线、等液量线；三区：液相区 泡点线 ACPC左上方；气相区 露点线BCTC 右下方；两相区 泡点线与露点线所包围区域ACPCCTB。,两特殊相区：等压逆行区(pCppCp)CPCHCP炼油中发生等温逆行区(TCTTCT)。CTCDCT油田开发中发生,3、油气体系的相态特征油气体系为典型多组分(multi-component)复杂物系。,三、单、双、多组分体系相态特征,H,D,A,B,26,(2)相态特征基本特征 与双组分体系同。等温反凝析相变特征(isothermal retrograde condensation)设体系原始态为A；对其等温降

13、压AFAB（上露点）降压：相变：气相开始出现液相；,三、单、双、多组分体系相态特征,27,BD 降压：相变：BB1B2B3D（反常相变）；液相：010203040。CDCTBC为反凝析区D E（下露点）降压 相变：DD3D2D1E（正常相变）；液相：403020100。EF降压：单一气相,三、单、双、多组分体系相态特征,28,等温反凝析(isothermal retrograde condensation)等温反凝析：在温度不变的条件下，随压力降低而从气相中凝析出液体的现象。油气藏开发等温反凝析凝析气藏；,研究意义：指导凝析气藏开发，减少凝析油在地层中的损失。,结果：气相体系等温降压穿过反凝析

14、区时，体系中液相含量,三、单、双、多组分体系相态特征,29,对AF(T=const)AB，单一气相(无相变)BD，凝析量(两相,反常)DE，液量(两相,蒸发)EF，单一气相(无相变)(condensate gas or retrograde gas凝析气),凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析),三、单、双、多组分体系相态特征,30,在凝析气藏开发过程中，当p地pd后，储层中析出凝析油，但凝析油数量较少，SomaxSocc岩石的吸附作用使析出的凝析油粘附在岩石颗粒表面，导致凝析油不能参与流动。,当地层压力继续下降时，再蒸发作用很小，仅有很小一部分液烃会再蒸发回到气相，大部分液烃将损失于储层中。保持

15、地层压力高于上露点压力条件下开采。,凝析气藏的开发过程(等温逆行凝析),三、单、双、多组分体系相态特征,采用什么方法开发凝析气田？,31,(3)油气体系相图的应用判断油气藏类型确定油藏饱和压力(saturation pressure)指导油气藏开发指导地面油气分离,三、单、双、多组分体系相态特征,32,判断油气藏类型点A、B、D、G、H 为不同油气体系的原始状态，各油气体系所属的油气藏类型如下：,A：油藏(纯油藏、未饱和油藏)(undersaturated reservoir)B：凝析气藏 G：气藏D：带气顶油藏(饱和油藏)H：带油环气藏(带底油的气藏),三、单、双、多组分体系相态特征,33,

16、确定油藏饱和压力pb(saturation pressure)饱和压力pb：油层温度下，油中溶解天然气刚好达到饱和时的油层压力。饱和油藏：位于泡点线下方 pb油藏pi未饱和油藏：位于泡点线上方 pb泡点压力油藏温度,注意区别油藏饱和压力pb与油气体系泡点压力p泡的物理意义,三、单、双、多组分体系相态特征,34,按照油气中轻、重烃含量，可将各类油气藏烃类大致分为五种油气体系：,从干气重油，体系中重烃含量增加，液烃的颜色加深，密度、粘度增加；从干气重油，相图特征表现出规律性变化。,dry gas,四、几种典型的油气藏相图,35,特点：pi地pb，T地Tc。在原始pi地、T地下，流体以单相液体存在。

17、p地低于pb后，气会从油中分出，形成两相。,1、重质油藏（低收缩油藏）,油为黑色或深褐色，o 0.876，GOR360。两相区内等液量线较密于露点线。,四、几种典型的油气藏相图,36,2、轻质油藏（高收缩油藏）,特点：pi地pb，T地Tc。在原始pi地、T地下，流体以单相液体存在。p地低于pb后，气会从油中分出，形成两相。油呈深色，o0.78，GOR=360530。,四、几种典型的油气藏相图,两相区内，等液量线比较稀疏，密集于泡点线。,37,3、凝析气藏,四、几种典型的油气藏相图,特点：pi地pd，TcT地TCT。在pi地、T地下，流体以单相气存在；p地低于pd后，储层内会凝析出液态烃，在分离

18、器会有更多烃液析出；,油色浅且透明，o=0.74，GOR=53426700。,38,特点：T地TCT，储层p时，流体始终为气相，储层内不会有液烃产生；油气分离器条件点位于两相区内，在地面分离器内会有一些液烃析出；,4、湿气气藏（wet gas）,油为透明色浅轻质油，o26700。,四、几种典型的油气藏相图,39,5、干气气藏相图（dry gas）干气气藏：C1占70-98%，C5+几乎没有，C2-C4的含量5%。相图特点：,gas-oil ratio,露点线右侧的气相区很大；T地TCT，地层条件点和油气分离器条件点均在露点线外侧，连线不穿过两相区；不产液烃，气油比GOR=V气/V液烃=。,四、几种典型的油气藏相图,40,液烃析出凝析气藏（凝析油损失）溶解气脱出油藏（多相流动，采收率）,从干气重油，随C7+含量，相图变化趋势。,总结：,包络线区(两相区)变宽，位置向右下方偏移；等液量线由泡点线一边密集向露点线密集转化。油气藏开采过程穿过两相区时，地层中发生：,41,