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第2章:2 储层流体的物理特性(天然气的高压物性)


第二章 储层流体的物理特性
--2 天然气的高压物性

第二章 储层流体的物理特性
1 油气藏烃类的相态特征

2 天然气的高压物性
3 地层水的高压物性

4 地层原油的高压物性
5 地层流体高压物性研究方法

§2 天然气的高压物性
?天然气的组成
?天然气的分子量和相对密度

?天然气的状态方程和压缩因子
?天然气的体积系数

?天然气的压缩系数
?天然气的粘度

一、天然气的组成
1.天然气:是指从地下采出的、在常温常压下其相态为
气态的烃类和少量非烃类气体组成的混合物。

2.化学组成:
?甲烷(CH4)占绝大部分 (摩尔浓度达70~98%) ? 乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等含量不多。 ?天然气中还含有少量的非烃类气体,硫化氢、有机硫、二

氧化碳、一氧化碳、氮气及水蒸气,有时也含有少量的稀 有气体,如氦和氩等。

天然气分析数据表
井号 天然气 相对 密度 0.6031 0.5957 0.5721 0.5737 0.5833 0.5602 0.5870 0.5705


甲烷 91.370 94.280 97.120 96.950 96.700 98.790 95.500 98.070


乙烷 7.35 3.09 1.96 2.06 0.56 1.08 2.26 0.34


丙 烷 1.03 0.68 0.21 0.29 0.67 0.10 0.41 0.02




异 戊 烷 0 0 0 0 0 0 0 0 正 戊 烷 0 0 0 0 0 0 0 0 氮

(%)
二氧 化碳 0.000 1.619 0.599 0.616 1.742 0.000 1.681 1.393

异丁 正丁 烷 烷 0.11 0.14 0.02 0.03 0.11 0.01 0.05 0.03 0.13 0.16 0.02 0.04 0.08 0.01 0.07 0.02

榆29 榆30 榆43 榆44 榆45 榆48 榆53 榆55

0.012 0.013 0.072 0.024 0.139 0.011 0.030 0.130

3.天然气的分类:
?按矿藏特点来分:可分为油藏伴生气和非伴生气

油藏伴生气:是伴随原油共生,与原油同时被采出 非伴生气:包括纯气藏气和凝析气藏气。 ?按组成来分:天然气可分为干气、湿气、富气、贫气 干气:井口流出物中,在标准状态下C5以上重烃液体 含量低于13.5cm3/m3。 湿气:井口流出物中,在标准状态下C5以上重烃液体 含量超过13.5cm3/m3。 ?据H2S和CO2含量: 酸性天然气和洁气(甜气,sweet gas)

一、天然气的组成
全世界已探明的含硫油气田约400个。我国相继发现了一些含 硫气田(藏):
? 华北的赵兰庄气田,天然气中的硫化氢含量高达92%,是世界高含硫气藏 之一。1976年试采时因严重的元素琉沉积而被迫关井,至今未能投产。 ? 四川盆地中的卧龙河气田硫化氢含量5.0-7.82%;中坝气田硫化氢含量6.7513.3%,这些气田已经得到了成功的开采。 ? 近年来在川东北地区相继发现了一系列中-高含硫气藏,如罗家寨飞仙关气 藏,其硫化氢含量7.13-10.49%;滚子坪飞仙关气藏,其硫化氢含量13.7414.25%;铁山坡飞仙关气藏,其硫化氢含量14.19-14.51%等,目前正在加 速开采当中。 ? 普光气田硫化氢平均含量为11.95%。新疆、华北和胜利油田也有零星的 H2S分布。 我国探明的含硫天然气占全国天然气探明储量的l/4,高H2S区块主要分布在 四川盆地。该盆地2/3的气田含H 2S,“十五”期间探明的天然气中有 990×108m3为高含H2S。

4.天然气组成的表示方法——摩尔组成

yi ?

Ni

?N
i ?1

n

i

Ni—气组分i的摩尔数
另外还有:体积组成和质量组成等

二、天然气的分子量和相对密度
1.天然气的分子量
天然气是多组分的混合气体,它本身没

有分子式,因此不能像纯气体那样,由分子
式计算出恒定的分子量。天然气的分子量是

人们假想出的分子量,即所谓的视分子量。

M ? ? ( yi M i )
i ?1

n

2.天然气的相对密度
在标准温度(293K)和标准压力(0.101MPa)条件下,天 然气的密度与干燥空气密度之比。

? Density: the mass of natural gas of a unit volume :

?g ? m V

,(g/cm3,Kg/m3)

? Relative density: the ratio of the density of natural gas to the density of dry air at standard condition(20℃, 1atm ): ?g M ?g ? ?g ? ?a 28.96 Standard condition: Engineering: 20℃, 1at; Laboratory: 0℃, 1at

三、天然气的状态方程和压缩因子
1.理想气体的状态方程
据波义尔—查理定理:理想气体状态方程为:

PV=nR
理想气体有两个假设前提:
A 气体分子无体积 B 气体分子间无作用力

2.天然气的状态方程及压缩因子(压缩系数)
(1)真实气体的状态方程 真实气体状态方程对(1) 式进行了压力、体积两相修正

范德华方程:
维里方程 :

RT a ? 2 V ?b V RT B C P? (1 ? ? 2 ? ...) V V V p?

范德华方程中a,b是取决于气体类型的常数 维里方程中的参数B、C分别为两、三个分子间的作用位



(2)天然气的压缩状态方程

表述真实气体的P、V、T之间的关系很多,油藏工程
上常用的是在理想气体状态中,加一个系数Z,即为:

PV=ZnRT
其中Z—— 压缩因子(压缩系数,偏差系数,偏差因子)

Z的物理意义为:给定压力和温度下,实际气体所
占的体积与同温同压下理想气体所占有的体积之比 Z=V真实/V理想

压缩因子
真实气体状态方程为 理想气体状态方程为 同温同压同摩尔 PV真实=ZnRT PV理想=nRT Z= V真实/ V理想

所以压缩因子是真实气体与理想气体的偏差 值,为同温同压同摩尔真实气体与理想气体体积之 比。

压缩因子
? Z是在相同的温压条件下,相同摩尔数的真实(实

际)气体与理想气体体积之比值。
? ? ?

Z>1 Z<1 Z=1

表示真实气体较理想气体难于压缩 表示真实气体较理想气体易于压缩 表示真实气体与理想气体性质相近

? 上述结果的原因在于真实气体Z由于引力因素

(使真实气体较理想气体易于压缩)和体积因素 (使真实气体较理想气体难于压缩)综合作用的 结果。

压缩因子的确定
Z值的大小与气体的性质有关、温度和压力有关。

?直接测定

?查图表:
Z值图版——用实验测出的气体的Z值,再作成Z值 与T、p间的关系图版。

压缩因子的确定 --单组分气体
甲 烷 的 压 缩 因 子 图 版

压缩因子的确定——多组分气体
利用范德华的对应状态理论(1873年):在相同对应状态 下的气体,对理想气体的偏差相同。即气体具有相同的对比

压力和对比温度下,都具有相同的压缩因子。

Single component gas T Tr ? Reduced T Tc

Mixed gas (natural gas)
Pseudoreduced temperature Pseudoreduced pressure Pseudoreduced volume

Reduced P Reduced V

P Pc V Vr ? Vc Pr ?

相关专业英语词汇: ?gas deviation factor(Z)

?pseudo correspondence temperature
?pseudo correspondence pressure ?gas pseudo –critical temperature ?gas pseudo –critical pressure ?gas compressibility ?gas viscosity ?bubble-point

天 然 气 的 压 缩 因 子 图 版

天 然 气 相 对 密 度 与 视 临 界 参 数 的 关 系 图

例题:已知天然气的组成,求它在65℃和12MPa下的Z值。

组分 CH4 C 2H 6 C 3H 8 n-C4H10

临界温度 临界压力 摩尔分数 (K) (MPa) 0.85 190.5 4.6408 0.09 306.0 4.8835 0.04 369.6 4.2568 0.02 425.0 3.7928

解:(1)计算视临界参数:Tpc=212.8,ppc=4.6303 (2)计算视对比参数: Tpr=1.59,ppr=2.59

(3)查图版得出:Z=0.849

四、天然气的体积系数(Bg)
1.定义
一定量的天然气在油气层中的体积V与其地面标准状态 下(20℃,压力为1个大气压)天然气体积VSC之比。

V Bg ? VSC
Bg—天然气体积系数; Vsc—天然气在标准状况下的体积;

V—同量的天然气在油气层中的体积。

2.求取
?地面标准状况下,气体体积

VSC

nRTsc ? psc

?地层(油藏)条件下,气体体积

V?

ZnRT p

ZTp SC V 273 ? t psc Bg ? ? ?Z VSC TSC p 293 p

Bg—p关系曲线

五、 天然气的压缩系数
1.定义
天然气等温压缩系数(压缩系数、弹性系数或 压缩率)是指,在等温条件下,天然气随压力变化 的体积变化率。

1 ?V C g ? ? ( )T V ?p
单位:MPa-1

2.求取等温压缩系数
1 ?V C g ? ? ( )T V ?p

Z V ? nRT p
?Z p ?Z ?V ?p ( )T ? nRT ?p p2

单组分的天然气

1 ?V 1 1 ?Z C g ? ? ( )T ? ? V ?p p Z ?p

多组分的天然气

1 1 1 ?Z Cg ? ( ? ) p pC p pr Z ?p pr

天然气视对比压缩系数

C pr ? C g ? p pC

天然气的对比等温压缩系数

六、天然气的粘度
1.定义
天然气内部某一部分相对另一部分流动时摩擦 阻力的量度。粘度越大,流动阻力越大。

F dv ? A dz

设两层流体,其层面面积为A,层间间距为dz。F为 层间内摩擦阻力。

F dv F/A ? ?? A dz dv / dz 流体的粘度(动力粘度或绝对粘度)为流 体中任一点上单位面积上的剪应力与速度梯度 的比值。

单位:

1mPa·s=1cP

2.求取

高压区
对 比 压 力

分 界 线 低压区

对比温度

气体的粘度取决于气体的组成、压力和温度

?低压下的气体粘度
大 气 压 下 单 组 分 烃 的 绝 对 粘 度

大气压下天然气的粘度

?高压下的气体粘度
气体在高压下的粘度:随压力的增加而增加,随温度的 增加而减少,随分子量的增加而增加。(类似于液态)


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