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1、第一章:储层流体的物性特性（1 4学时）第一节油气藏足类的相态特性（2学时）一、教学目的掌握油气藏后类的组成、分类方法，熟练掌握油藏径类的相态特征及表示方法，了解典型油气藏的相图特征。二、教学重点、难点教学重点1、油藏烧类相态的表示方法2、多组分体系相态特征教学难点1、双组分体系的相态特性2、等温反凝析现象的解释三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表四、教学内容本节主要介绍四个方面的问题：一、油气藏后类的化学组成和分类二、油藏径类的相态表示方法三、单、双、多组分体系的相态特征四、几种典型油气藏相图。（一）、油气藏足类的化学组成和分类油气藏足类的化学组成:油气藏好类主要是由烷
2、任，环烷任和芳香后组成的，其中烷径最为多见，烷径又称为石蜡族任，其化学通式为1也自在常温常压下：C以为气态，它们是构成天然气的主要成份C 536为液态，它们是石油的主要成份M以上的烷屈为固态，即所谓石蜡径类元素组成比例为：cH0SN84 87%10 14%1.55%0.5%油藏任类除纯任组分以外，还含有少量的氧、硫、氮的化合物。油气藏足类的分类：(1)、气藏：以干气CH4为主，含有少量乙烷、丙烷和丁烷；(2)、凝析气藏：主要由aC 8构成，在地下呈气态，到地面后会凝析出液态后，液态后的相对密度为0.60.7,颜色浅。称为凝析油。(3)、临界油气藏：亦称为挥发性油藏，含有较重的忌，油气无明显的分
3、界面，相对密度为0.70.8。(4)、油藏：又分为有气顶和无气顶的油藏，以液相任为主，相对密度为0.80.94,通常称为黑油(Black Oil)(5)、重质油藏：又称稠油油藏，相对密度为0.9341.0,地层温度下脱气原油粘度为100.10000.0(mPa.s)(6)、沥青油砂矿：相对密度大于1.0,原油粘度大于10000(mPa.s)(二)、油藏足类的相态表示方法1、几个基本概念体系:人为划分出来用于研究的对象.相:体系中某一均质的部分.物质可分别以固、液、气三种状态存在，称为固相、液相、气相组分:组成油藏烧类的每一类分子.组成:体系中所含组分以及各组分在总、体系中所占比例.2、体系相态
4、的表示方法：(1)、状态方程式:描述物质P、V、T关系的表达式.如范德华方程式。(2)、相图:描述物质P、V、T变化关系的图形.相图通常有立体相图、平面相图、三角相图三种。三种相图的图形用多媒体展示。石油工业中，常将P T 图称为相图。3、油藏任类的相态特征(1)、单组分体系的相态特征一单调上升曲线两点:临界点C,三相共存点T三线:饱和蒸汽压线,溶点线,升华线三区:气相区,液相区,固相区临界温度:高于该温度，无论施加多大压力，气体不可液化.临界压力:高于此压力，无论温度多少，液体和气体不会同时存在.泡点压力:温度一定，开始从液相中分离出第一批气泡的压力.露点压力:温度一定，开始从气相凝析出第一
5、批液滴的压力.泡点线：泡点压力的轨迹露点线：露点压力的轨迹饱和蒸汽压线：泡点线和露点线的共同轨迹.单组分体系相图的图形用多媒体嬴由C02和c3H6的临界温度在油藏温度范围内，这就是为什么油田通常采用这两种气体进行混相驱的原因所在。(2)、双组分体系的相态特征一开口包络线双组分体系相图的图形用多媒体雇示广双组分体系相态的特点：A、双组分体系的相图不再是一条单调曲线，而是一开口的环形曲线.B、双组分体系的临界点不再是两相共存的最高压力和温度点，而是泡点线和露点线的对接点.C、双组分体系的两相区介于两纯组分的饱和蒸汽压曲线之间,且临界压力后于各组分的临界压力，但临界温度确界于两组分的临界温度之间.D
6、、两组分中哪个组分的含量占优势,露点线或泡点线就靠近哪一组分的饱和蒸汽压线。E、两组分的浓度越接近则两相区的面积越大，两组分的组成有一组分的含量占绝对优势，两相区就越窄长（图形见多媒QF、两组分系统中，组成系统的物质不同其临界点也不同，而且分子结构越相近的两组分，其临界点轨迹曲线越扁平。如果两组的挥发性和分子量差别愈大时，临界点轨迹所包围的面积愈大，临界凝析压力也愈高（图形见多媒体）（3）、多组分体系的相态特征多组分体系相图的图形用多媒体嬴A、四点a.临界点b.临界凝析压力点c.临界凝析温度点d.地面分离的条件点B、三线a.泡点线b.露点线c.等液量线C、四区a.液相区b.气相区c.两相区d.
7、反常区D、等温反凝析现象(图形见多媒体厂当体系处于A 点时体系为单一气相。当压力降至B 点时，由于压力下降，烧分子距离加大，因而分子引力下降，这时被气态轻运分子吸引的(或分散到轻任分子中的)液态重任分子离析出来，因而产生了第一批液滴。而当压力进一步下降到D 点时，由于气态轻任分子的距离进一步增大，分子引力进一步减弱，因而就把液态重任分子全部离析出来，这时在体系中就凝析出最多的液态任而形成凝析油。4、相图的应用用多媒体展示其应用。5、几种典型的油气藏相图一 图形见多媒体(1)、干气气藏相图A、地层温度和分离器温度均在两相区外；B、临界点较低；C、底下和地面均无液径析出。(2)、湿气气藏相图A、地
8、层温度高于临界凝析温度，但分离器条件位于两相区内；B、临界点较高；C、地面有液屋析出。(3)、凝析气藏相图A、地层温度介于于临界温度和临界凝析温度之间，B、气藏压力位于包络线外；C、原始状态下任类体系为单相气体；D、地面分离器条件下可获得25%左右的液体。(4)、轻质油藏相图A、临界点接近于临界凝析压力点,地层温度与临界温度接近;B、液体的等液量线比较稀疏,且靠近泡点线 地靠近露点线。(5)、重质油藏相图A、临界点系位于临界凝析压力点的右侧；B、液体的等液量线比较密集地靠近露点线。五、教学后记通过本节课的学习，绝大多数同学们掌握了油藏任类的分类及命名；掌握了油藏后类相图的表示方法，对临界点、临
9、界压力、临界温度、泡点压力、露点压力、两相区、等温反凝析现象等概念有了清楚的认识，同时也掌握了如何根据相图来判断油气藏的类型。了解了干气、湿气、凝析气、轻质油、重质油相态特征的共同点和不同点。六、教学参考书1.何更生编.油层物理.石油工业出版社2,洪世铎编.油藏物理基础.石油工业出版社3,秦积瞬、李爱芬主编.油层物理学.石油大学出版社4.罗挚谭编.油层物理.地质出版社5.威廉麦凯恩编.石油流体性质.石油工业出版社6.霍纳波编.油藏相对渗透率.石油工业出版社七、复习思考题1、什么叫相图？影 响P-T相图的因素有哪些？2、单组分体系的临界点是如何定义的？多组分体系的临界点是如何定义的？3、何谓多组
10、分体系的视临界压力和视临界温度？4、干气、湿气、凝析气、轻质油、重质油的相态特征有何异同？第 二 节 油 气 体 系 中 气 体 的 分 离 与 溶 解（2学 时）一、教学目的掌握气体的溶解和油气分离的物理过程，熟练掌握溶解和分离与油藏任类相态变化的关系，熟练掌握相态方程建立的基本原理，掌握平衡常数的概念和计算方法，了解收敛压力的物理意义，学会利用相态方程计算饱和压力、露点压力和气液平衡的计算。二、教学重点、难点教学重点1、气体的溶解和油气分离的过程与分类2、相态方程的建立与应用3、平衡常数的获取方法教学难点1、相态方程在多级分离中的应用2、收敛压力的理解，平衡常数的计算三、教法说明课堂讲授并
11、辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表四、教学内容本节主要介绍四个方面的问题：1、天然气从原油中的分离2、天然气向原油中的溶解3、相态方程的建立4、相态方程应用举例（一）、天然气从原油中的分离1、接触脱气或接触分离（闪蒸蒸发）接触脱气也叫一次脱气，是指在脱气过程中一次将压力降低至某一 压 力（如降低至一个大气太），并测量分离出来的气量的过程。用多媒体展示一次脱气过程。接触脱气的特点：a.分离出的气量较多，即溶解油气比高。b,分离出的气体较重，即气中重质组分含量较多（含轻质油较多）。c,脱气之后的原油比重较大。2、多 级 脱 气（微分分离）微 分 分 离（或多级脱气）就是指在脱气过程中，不断地将分
12、离出的气体排出容器之外，直至压力降到指定压力为止，最后计算总的脱/=I重。用多媒体展示多次脱气过程。多级脱气的特点：a.系统的组成不断变化b,脱出的气量较单级脱气少，所以测得的油气比也小c,分出的气量较轻，即气体中量质组分（轻油）含量少d.脱气原油比重小，量较多，质量亦好。I为什么多级脱气所得气量要比一次脱气所得气量少呢？这是因为在级次脱气过程中，各级脱出的气以及脱气后的液量在数量和组成都在发生不断的变化，由于轻质组分的蒸汽压较重质分大，所以在开始脱气时，（如第一级），大量的轻质组分（如C、C?等）从石油中首先分离出来，但由于这时容器内还保持有一定的压力，这样重组分还溶解在液相中不能分离出来。
13、因此，在多级脱气时，越到后来每次分离出的气相重组份的摩尔数就越大，并超过一次脱气时气相重组 分 摩 尔 数（后面的计算可以证明），根据道尔顿分压定律，气相中重质组分的摩尔分数越大，其分压也越大。pt=y i PTPT一一总 压 力（混合气体总压力）Yi i组分的摩尔分数Pi-i 组分的分压当气体和液相达到平衡时，液相中重组分的分压与气相中重组分的分压相等，根据拉乌尔定律，即液相中重组分的摩尔分数与其分压成正比，即：P；=x 4。耳。一一混合液体中纯i 组分的饱和蒸汽压xs-i 组分在液相中的摩尔分数P；-i 组分在液相中的分压当达到平衡时Pi=?-Z-PT =Xi-PiPTY i-X i所以在
14、级次脱气时，保留在液相中的重组分（相对于一次脱气来说的气相中的重组分）就越多，而对于一定的油气来说，每种组分的量是一定的，既然在液相中重组分的，那么在气相中重组分肯定就少,所以说多级脱气所得到的气量要比一次脱气所得到的气量要少。（二）、天然气向原油中的溶解1、溶解度溶解度是指在一定压力和温度下，单位体积的地面原油中溶解的天然气量。称为该压力、该温度下，该种天然气在该原油中的溶解度,用 R s表示。单位：米 3 （标准）/米 3 （地面原油）2、影响溶解度的因素：(1)、压力的影响单组分的气体在石油中的溶解服从亨利定律，即当温度一定时，单组分气体在石油中的溶解度Rs与溶解时的压力成正比。Rs=a
15、-PRs 压力为P时单位体积液体中溶解的气量,标米3/米3(地面原油)P-溶解时的压力，atma 溶解系数，它表示一定温度下，每增加一个大气压时，单位体积液体中溶解的气量，标 米7米3.大气压，a的大小反映了气体在液体中溶解能力的好坏。由此可见，亨利定律为一直线定律,它只在有限的条件下方适用,即不易至溶的气一液系统方适用。对于多组份结构近似的任类气体来说，则会产生较大偏差，a不为一常数。此时溶解度并不符合亨利定律，所以必须对亨利定律进行校正：Rs=a-Pbb一一偏离指数，不同情况有一不同的值。实验结果表明：天然气在石油中的溶解度是一条凹向压力轴的曲线，即初始阶段溶解系数大，且随压力的增加而不断
16、变小；当压力达到某一值后，曲线方成直线。态方程式:描述物质P、V、T关系的表达式.如范德华方程式。(2)、温度的影响当压力保持不变时，温度增加，天然气在石油中的溶解度减小，这是因为温度升高，径类气体组分的饱和蒸气压亦随之扩大的缘故。(3)、石油和天然气的组成影响图形见多媒体a.单组分后的分子量越大，在原油中的溶解度越大；天然气中重任组分含量越高，在原油中的溶解度越大。b,原油比重越小，天然气在石油中的溶解度越大。c.天然气中非任类气体的含量对溶解度也有影响。(4)、脱气方式对溶解度的影响由于不同的脱气方式会得到不同量的天然气，所 以R s也不相同。3、溶解曲线和分离曲线T 图 形 见 多 麻从
17、理论上讲，接触脱气的脱气曲线和溶解曲线是相重合的，这是因为在接触脱气过程中，由于两个过程中的混合物的组成并没胡发生改变的缘故。对于多级脱气和溶解来说，情况就不一样了，溶解曲线和脱气曲线不重合。这是因在多级脱气过程中系统的组成不断变化的原因。轻组份随压力的减少更加容易溶于原油中，因此，尽管压力相同，溶解气量和分离气量也是不同的,这种判别在低压力时更加显著。溶解曲线与脱气曲线的差异程度也与气体的性质有关，饱和蒸汽压力大的甲烷,其溶解和脱气曲线很接近,而饱和蒸汽压较低的戊烷,其溶解和脱气曲线都相差很大。产生这种差异的原因可以认为是由于在相同条件下重任的饱和蒸汽压力，当P上升时，它很容易溶解，有超前意
18、识，所 以RsP曲线的a大，但 当P下降时，重任转化为气相都十分困难，所以其曲线的a小，但因为在最高压力点两线重合，所以脱气曲线位于溶解曲线之上。而对于饱和蒸汽压较高的甲烷来说，压力降低时转化为气相较易且快，所以两线差别不大，不难看出，饱和蒸汽压越低的组分的溶解和脱气曲线差别越大。（三）、相态方程的建立1、相态方程的定义相态方程一就是指表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达式。2、相态方程的建立假设：1 一一怪类系统的总摩尔数Ng 平衡条件下气体的总摩尔数NL一平衡条件下液体的总摩尔数Yi-第i组分在气相中的摩尔分数X,一 第i组分在液相中的摩尔分数Nj-怪类系统中第i组分的摩尔分数根据屋
19、类系统的物质平衡关系：=%4+B(I-M)=X JNL+左 WQ-NJXi令K j=?则Xi-X i N+K-Q-N)二&、K飞一网V =_匹 或者：+(、1)&如果混合物有m个组分，则m m nSX/=S-(-iM =1m z n KtYr yi=，Y +(JK,-l)Ng=1上式即为相态方程。很显然，如果已知系统的组成和浓度(n)当压力、温度一定时(K,),我们就可以根据上式算出系统的气液两相的摩尔数，以及每个组分在气相或液相中所占有的比例X,、y,试算法。从上面的式子可以看出，要解方程首先要确定各组分的Ki值，Ki值为何呢？3、平衡常数K i的求法一实验法所谓平衡常数K 是指系统中某一组
20、分（如 i组分）在一定的压力和温度的条件下，气液两相处于平衡时，该组分在气相中和液相中的分配比例。在数值上，平衡常数等于该组分在气相和液相中摩尔分数的比值。对于已知组成的系统，在各种不同的气液平衡条件下，分别测出液相和气相中各组分的摩尔分数，然后由X i算出其平衡常数，然后将实验所得出的资料进行整理，并对组成混合物的每一组分都画成等温条件下的IgK IgP关系曲线，如图所示：由图可见：a.在低压情况下，每条曲线的斜率几乎都等于-1。b,每一条曲线与K=l.0相交处的压力等于该曲线所代表的组分在给定温度下的蒸汽压，这一点同学们可以选一张图牌查的试一试，以加深印象。c.除了甲烷之外，每一曲线随压力
21、增加平衡常数减小，压力增到某一值时，平衡常数有最小值，然后又随压力增大而增大。d.在较高压力时，每一条曲线都有收敛于平衡常数等于L 0的趋势。平衡常数收敛于1时的压力称之为收敛压力e.如果给定温度就是混合物的临界温度，每一条曲线确实可以收敛为1.0,且收敛压力即为该混合物的临界压力。f.如果给定的温度是不包括临界温度的任何一个温度，那么，当压力变化到某压力时（泡点压力或露点压力），系统则会出线单相（气相或液相），单相区其平衡常数的定义不成立了，这时，如果人为地按这些曲线的变化趋势外推到平衡常数为1.0的某一汇聚点，这时这个点所对应的压力值是虚拟的收敛压力值，称之为视收敛压力。但是当油气系统的组
22、成发生变化时，其图版所对应的收敛压力也会随之发生变化，由此表明：油气系统的平衡常数应该是压力、温度和组成的函数，而组成对平衡常数带来的差异可以用收敛压力的不同加以描述。美国天然气协会发表了一套Ig KIg P曲线，其收敛压力分别为42、56、70、21 0、280、350、700 和 MOOk g/c m?（即 2000p s i）的C C。的平衡常数图版供人们查用。平衡常数K i的求法:(1)、假设一个收敛压力(2)、根据收敛压力选定一组图版(3)、根据压力和温度查图版得到Ki收敛压力的计算：a.首先假设一个收敛压力，并根据这个压力选出一组查K值的图版。b,根据所给的温度、压力和混合物的组成
23、所选取的一组图版中查出及值。c.根据相态方程计算给定条件下的气、液组成，即求%值、%值。d,将计算的混合物视为由C 和 C 2C,所组成的二元体系。e.)将各组分的体积或摩尔组成换算成重量组成，即将yigi值。f.查出较重组分(C 2C Q 的临界温度和平衡临界压力。重量平衡临界温度7=fg z,.i=2重量平衡临界压力i=2h,在双组份临界点轨迹曲线图上，把月和T标准上，得出一个假想较重组分的临界点,参照该点邻近临界点与最轻组分。临界点所连轨迹之走向，在假想较重组分临界点与最轻组分临界点之间通一条临界点轨迹曲线，即为假想的双组分系统的临界点轨迹线。i.根据所给温度，在临界点轨迹线上求出收敛压
24、力值，如所求得值与假设值相等，即第一次假设的收敛压力为所求。不相等时，则应得这次所计算出的收敛压力做为第二次试算的新的收敛压力，重复上面的计算，直到假设值与所计算出的值相近为止。(四)、相态方程的应用1、计算泡点压力Pb泡点方程：NgO白 I+(K-N*禹=12、计算露点压力Pd露点方程：N.fO Ng-l(N=l)3、计算油气分离(1)、单级脱气计算日多媒体展示)(2)、多级脱气计算|(多媒体展示)4、计算相图A、温度等于临界温度时，相图的计算：a.根据系统的组成，计算混合物的临界温度，这样便可以得到临界等温线，如 图CD线。b.根据系统组成，计算临界压力，那么临界状态点C即可确定。C.令计
25、算的临界压力等于该系统的收敛压力（因为T=T c,所以收敛压力不必反复试算），根据这个收敛压力选出合适的图版，假定不同压力（PTC。b.对要确定的两个露点设一收敛压力产：c.根据收敛压力尸:选出平衡常数图版组d.假设两个压力P,根据该压力P和所设温度TH确定出各组分的平衡常数%,（两组）e.对高压和低压两种情况，分别试算Z?，改变所设压力P,（注意，K也相应改变），直到两上压力（高压、低压）均满足露点方程为止，那么试算的能满足露点方程的较高压力即为上露点压力、PdH上，较低压力即为下露点压力PdH下。f.用我们前面所讲过的方法来计算两种情况下的收敛压力Pw,（见大家的笔记），g.比较前面假设的
26、兄和由上步计算出来的Pw,若Pw=p:,那么，这两个露点压力就是正确的，否则应假设新据点敛压力P：=Pw ,重复上面的计算，直到所假设的收敛压力约等于的收敛压力为止。这就是说：任何一个收敛压力之下，都存在两个压力（在TH下）满足露点方程，但实际上只有收敛压力等于系统的真实收敛压力时，那两个压力才是真正所求温度下的两露点压力。h.从上面的计算我们可以看出，当假设不同的温度重复上述步骤时，那么T T c区就可以给出了。C、低于临界温度下相图的计算从相同中可以看出，当温度低于临界温度时，在等温线上存在一个泡点和一个露点，且Pb PdOa.任意选出一个温度兀b.对泡点状态假定一收敛压力外,（不考虑露点
27、的原因是泡点压力高于露点压力，而我们说过，压力减小，收敛压力对平衡常数的影响越小。c.根据所设压力收敛选出平衡常数图版d,再假定两个压力（一高、一低），并根据这两个压力和温度I.从图版中查出各组分的平衡常数尤值（两组）e.高 压 状 态 下 的 数 据 用 验 算，低压情况下的数据用/=1验算，直到所选的两压力条件下所对应的数据（0，K.）均i=&f l n 17满足各自的方程,K,=I（高压数据），=i（低压数据）为止，那么所选的高压即为泡点压力，低压即为露点压力。f.用前述方法计算出泡点状态下的收敛压力Pwg.若Pw=P：,则上面所求的泡点压力和露点压力即为该系统在。条件下的泡点压力和露点
28、压力，若P w丰P：,则应重新设P：=Pw,重复上述计算，直到假设值等于计算值为止，只有在这种情况下，所计算出的匕和Pb才属实。同产面一样，这说明在每一种收敛压力之下，都有一个压力满足该条件下的泡点压力和一个压力满足露点方程，但是若收敛压力不为系统的真实收敛压力，那所计算出来的Pd和Pb并非为该系统的真正泡点压力和露点压力（该温度下），只有当Pw等于系统真正的收敛压力时方为所求。h.另行假设一个温度丁，重复上述计算，那么，相图的外部轮廓便可以给出了。D、等液量线的计算等液量线的绘制比较简单a.任意假定一个温度Tb,再假定其收敛压力4c.再高一个 M （5%,1 0%,25%,50%,75%等）
29、d.再假设一个压力Pe.根据所设的收敛压力选出其平衡常数图版f.根据所设的P、T在平衡常数图版上找出各组分的平衡常数Ki值g.将所得数据A、此、此、K,代入相态方程中，fK,(K,-1)演判断是否为i,否则重新设P直到满足相态方程为止，那么，满足相态方程的压力即为所求。h.用所得了液相组成x,进行收敛压力计算，若计算的Pw =P：,则P为所求，否则重新假设P：=Pw,重复计算，直至相等，这时根据所设的T、N,以及计算出的P,则可以在相图内标出一点，然后重新假设一个M,重复计算，所以就可以得出等温条件下的几个点。改变温度重复计算，又得一排点，最后把具有相同N.的点用虚线连接起来即为所求。五、教学
30、后记通过本节课的学习，同学们掌握了油气溶解和分离的物理过程,掌握了利用物质平衡原理建立气液相态方程的方法，对平衡常数和收敛压力有了比较深刻的认识，懂得了利用相态方程如何来计算油气系统的泡点压力、露点压力、多级分离的计算以及相图的计算过程和方法。六、教学参考书1.何更生编.油层物理.石油工业出版社2.洪世铎编.油藏物理基础.石油工业出版社3.秦积瞬、李爱芬主编.油层物理学.石油大学出版社4.罗挚谭编.油层物理.地质出版社5.威廉麦凯恩编.石油流体性质.石油工业出版社6.霍纳波编.油藏相对渗透率.石油工业出版社七、复习思考题1、什么叫溶解度？影响因素有哪些？2、一次脱气和多级脱气的区别与联系是什么
31、？3、重组分的溶解曲线和分离曲线不相重合的原因是什么？4、实际油藏的油气分离过程是怎样的？第 三 节 天 然 气 的 高 压 物 性（4学时）一、教学目的了解天然气的组成和分类方法，熟练掌握天然气各种高压物性参数的计算方法。了解对应状态原理的应用。二、教学重点、难点教学重点1、天然气各种高压物性参数的计算2、对应状态原理的证明及应用3、压缩因子的物理意义教学难点1、对应状态原理的证明2、多组分体系压缩系数的计算三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表四、教学内容本节主要介绍六个方面的问题：一、天然气的组成二、天然气的分子量等参数三、天然气的状态方程四、天然气的体积系数五、天然
32、气的压缩系数六、天然气的粘度(一)、天然气的组成及分类1、天然气的组成化学组成：天然气就是指地下采出的可燃气体的总称，它是由多种气体组成的一种混合物,其组成主要的任类气体，同时含有少量的非麻类气体,天然气的组成通常采用气相色谱仪进行全分析来获得，从化学角度来看，天然气通常含有：(1)甲 烷(80切、乙烷、丙烷、丁烷、戊 烷(少)、己烷、庚烷(2)H2S,硫醇、硫懿、C 02,C O、及、也0、He、Ar天然气在地层中有三种存在形式：(1)以溶解状态存在于原油中(2)以游离状态存在于气通部分(3)存在于气层中天然气的三种组成表示方法：(1)重量组成：g,=J=xlOO%名匕1=1(2)体积组成：
33、匕=LxlOO%力 匕/=1(3)摩尔组成：匕=LxlOO%力M/=12、天然气的分类(1)、按矿藏分气田气：a80%C 2C&不多 C$.甚微油田气：(溶解气、气顶气)原含量高，C 变化大2097%凝析气田气：C；含量较多，G7594%(2)、按组成分湿气(富气):C6+100g/m3贫气：C6 10100g/m3干气：C6 10g/m3(3)、按含硫量分：净气：S lg/m3(二)、天然气的分子量及比重1、天然气的分子量天然气的视分子量：天然气为一种由多种怪类和非妙类气体组成的混合物，它没有固定的分子式和分子量，人们为了以后计算上的方便，特意给天然气假想了一个分子量，称为视分子量。（1）、
34、定 义：把 在0C,760毫米汞柱，体积为22.4米3 （升）的天然气所具有的重量定义为该种天然气的公斤（克）分子量。（2）、计算：M=田（兀 叫）/=!M=之（匕.川,.）Z =11（g,/“）/=1注意：天然气的组成不一样，分子量不一样；组成相同，比例不同，分子量也不同。2、天然气的比重（1）、定义：在相同温度和压力下，天然气的温度与空气的重度之比。（2）、计算：s=r$=n&%）ra i=lM 28.97天然气的比重一般为0.5 0.7,个别情况大于1.0,天然气的比重测量常采用上述的公式计算或采用比重瓶法直接测试。（三）、天然气的状态方程所谓状态方程就是指描述气体体积、压力、温度的关系
35、表达式。(1)、理想气体状态方程式理想气体状态方程式为：PV=nRT式中：P气体的压力，MPaV P下气体的体积，升T 绝对温度，(273.1 5+C)KN气体摩尔数R一气体常数理想气体状态方程式的适用条件：(1)气体分子为无体积无质量的质点；(2)气体分子之间无作用力(引力和斥力)真正的理想气体是不存在的，但在高温和低压状态下的气体可以近似地看作理想气体，这是因为在高温低压下(1)气体分子间距大,分子间的作用力可以忽略不计；(2)气体体积较大，气体分子本身的体积可以忽略不计。(2)、实际气体状态方程式A、从理想气体的假设入手范德华方程式：(2 P+-(V -n b)=n R Tv2)P+(V
36、-b)=RTV 2k7a范德华常数b范德华常数压力项的修正考虑的是分子引力因素，体积项的修正考虑的是分子体积因素。除 范 德 华 方 程 外，还 有RK(Redlich-Kwong)状 态 方 程、SRK(Soave-Redlich-Kwong)状态方程等，同学们可参阅有关文献。B、实验法根据理想气体状态方程式，对理想气体状态方程式直接进行修正,修正后的状态方程为：PV=ZnRT式 中Z称为压缩因子，它反映了实际气体与理想气体的一切偏差。既考虑了分子作用力的存在，也考虑了气体分子自身体积.引力因素使得真实气体较理想气体易于压缩，而体积因素使得真实气体较理想气体难于压缩，Z值的大小则是这两个因素
37、影响的综合体现.Z=1时，气体的引力因素和体积因素相等，但并不表示此时的真实气体就是理想气体.Z 1时，气体的引力因素体积因素，真实气体较理想气体难于压缩.z在临界点得,水平拐点a2pav 2SP)RTC 2a5VJTC-(v-b)2+v3“2p1 2RTC 6a解 方 程 组 得：匕-bTc=8。/27KP co 2 )Z g斯坦丁指出：气样中CO?的含量在2%以下时，用对应状态原理计算可得到满意的结果。再次等又指出，如气样中CO?含量为4%时，用对应状态原理所计算的Z值聘产生5%的误差，并建议：含 C02的天然气的压缩因子用下式计算：Z a=y co 2，Z co +(y C O 2),g
38、ZCQ co2的压缩因子，可以查图。倘若天然气中同时含有z g、N2,那采用下式计算：Za=Z CO 2 y CO 2+YN 2ZN,+I1 _ y CO 2-y N 2)Z gz=c z.C=/UJZg屋类气体的压缩因子（C）H2s对Z的影响目前，关于H2s对Z的影响的资料甚少，研究的也不多。但对于H2s含量不多的天然气可以直接将H2S的临界参数参与混合计算来确定压缩系数。对比S含量较大的气样，建议采用实验室测量。对于H2s和CO?含量很高的天然气，那么就采用：小5559p =1的”；*1.8小8（1 _可九、Pg一一气样校正前的视临界系数，计算；T：、P：一 一校正后的视临界参数；B-在含
39、和H2s的天然气中，B=y/s 一一视临界温度校正系数 co,-y H2S最后根据7 1、口 来求户、T,从而查出Z值。（四）、天然气的体积系数1定义:气体在地层条件下所具有的体积（游离态气体，如气顶气、气层气）与标准状况下所占有体积的比值.（无单位）2计算：B Jg vg 0ZnRTP nRli；=Z工 工Z.To P273+t273P一般情况下B g l3 物理意义:反映了单位体积(标况)的天然气地层条件下所占有的体积。(五)、天然气的压缩系数1 定义:压力每改变一个单位(大气压)时，气体体积的变化率.或：压力改变一个单位(大气压)时，单位气体体积的变化量.单位：l/MPa2 计算：r_
40、1 ”(1)纯组分体系气体压缩系数的求法C 1 d V _ l_ l dZ8-V dp-p-Z dP(a)先求Z(b)求 P、T 对应点处的这里要注意附值的正负性。dP dP(2)多组分体系气体压缩系数的求法 1 1 dZ8 Pc Pr Z Pc dPr_ i r i az二葭旧-Z Y P-C -d Zg-p 晨万礁具体求法同前，只是求器时要从天然气压缩因子图版上求得,dP另外也可以根据Pr、工，利用对应状态原理查图求CggCg=Cg/R(六)、天然气的粘度1低压下天然气粘度的求法(1)公式计算法二、乂产(2)查图法一根据温度和天然气的比重查下图2 高压下天然气粘度的求法(1)根据天然气的组
41、成求出天然气的比重，并根据所得比重(查图)求出天然气在一个大气压情况下的粘度.(2)根据天然气的组成求天然气的临界压力和临界温度.(3)求天然气的对比压力和对比温度.(4)查下图得“科(5)日=x 口1五、教学后记通过本节课的学习，大多数同学掌握了天然气的定义、分类方法,掌握了天然气的分子量、比重的计算，能够利用天然气的状态方程进行不同状态的计算，对对应状态原理有了深入的了解，并学会了利用该原理进行压缩因子、压缩系数、粘度等高压物性参数的计算。极少数没懂的同学可以通过答疑解决。六、教学参考书1 .何更生编.油层物理.石油工业出版社2,洪世铎编.油藏物理基础.石油工业出版社3,秦积瞬、李爱芬主编
42、.油层物理学.石油大学出版社4.罗挚谭编.油层物理.地质出版社5.威廉麦凯恩编.石油流体性质.石油工业出版社七、复习思考题1、天然气压缩因子的物理意义是什么？2、何谓对应状态原理？利用该原理可以计算天然气的哪些高压物性参数？3、压缩因子、压缩系数、体积系数的物理意义有何不同？4、天然气在高压下粘度的计算步骤是怎样的？第 四 节 地 层 原 油 的 高 压 物 性（2学时）一、教学目的了解地层原油的化学组成和分类，熟练掌握原油各种高压物性参数的定义、计算方法以及影响因素。二、教学重点、难点教学重点1、原油各种高压物性参数的定义、计算和影响因素2、饱和压力在分析原油高压物性参数中的作用教学难点1、
43、原油两相体积系数的定义，两相体积系数与其它物性参数之间关系的理解2、原油高压物性参数的计算三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表四、教学内容本节主要介绍五个方面的问题：一、原油的化学组成二、地层原油的溶解油气比三、地层原油的体积系数四、地层原油的压缩系数五、地层原油的粘度（一）、原油的化学组成和分类1、原油的化学组成：原油要是石蜡族烷烧，环烷径和芳香任等不同后类以及各种氧、硫、氮的化合物所组成的复杂混合物。原油中的非径类物质对原油的性质有着重大的影响。原油的化学组成不同是导致原油性质不同和产生各种变化的内因，而压力、温度才是引起原油性质发生变化的外部条件。2、原油的分类：(
44、1)、根据原油中的含硫量：少硫原油：S 0.5%以下含硫原油：s 0.5%以上我国的原油多属于少硫原油(2)、根据原油中胶质一沥青质的含量：少胶原油：胶质、沥青 8%胶质原油：胶质、沥青8 25%之间多质原油：胶质、沥青 25%我国的原油多属于少胶原油或胶质原油(3)、按原油中的含蜡量分：少蜡原油：含蜡量 1%含蜡原油：含蜡量高含蜡原油：含蜡量 2%我国各油田生产的原油含蜡量相差很大，有的属于少蜡原油，但多数属于高含蜡原油(4)、按族组成分：烷炒原油烷一环烷族原油环烷一芳香族原油芳香族原油（二）、地层原油的溶解油气比（solution gas-oil ratio）1、定义定义一：在油藏温度和油
45、藏压力条件下，地层油中所溶解的气量。定义二：单位体积的地面原油在油藏条件下所溶解的气量，这种气体体积是指在标准状态下的体积。定义三：地层油在一定温度和压力下进行脱气，脱气后计算为在该压力下单位体积地面油所溶解天然气的标准体积。溶解油气比的单位：标 米7米32、溶解油气比的表示方法取压力为P下的一个单元，其体积为Vf（地下体积），将这一单元到地面（标况）进行脱气，脱气后的原油体积为V S,所得到的气体体积为V g标 米3,那么在压力P下原油的溶解油气比为:Vg 一 一脱出气体积，标 米3V s-地面原油体积，米 3、溶解油气比与压力的关系7.90 12.80 17.70 22.60 27.50压
46、 力（MPa）溶 解 气 油 比 与 压 力 的 关 系 曲 线:|0AC0S9LZ20S二zsosgZC0M1G-、r)4i*r奘他P?Pb时，溶解油气比与压力无关PPb时，溶解油气比随着压力的增大而增大这是因为在压力小于饱和压力时，随着压力的增加，气体在原油中的溶解气量也增中，当压力达到饱和压力这一点后，气体全部溶解于原油之中，这时当压力一步增加时，由于没有气体溶解于原油当中所以其溶解油气比值保持不变。地层油的溶解油气比是一个十分重要的参数，它是通过实验室的脱气过程获得的。同一地层原油，因脱气方式不同，所得到的溶解油气比数值也不相同。石油工程师们使用的数值都是以一次脱气所获得的溶解油气比值
47、为准。4、溶解油气比与溶解度的区别天然气在原油中的溶解度指的是原油在地层条件下溶解天然气的能力，所以压力越高，溶解气的能力就越大，溶解的天然气量也就越多。也就是说如果有足够量的天然气，那么随着压力的不断增加，其溶解度也相应增大，而且可以随压力无限增大。但是，溶解油气比是指特定地层原油中实际溶解了多少天然气。由于本身气体的量受到限制，所以当压力超过饱和压力之后，Rs就不再随压力而变化了，这时的溶解油气比叫原始溶解油气比，记为 Rsio（三）、地层原油的体积系数1、地层原油的单体积系数Bo、定义定义一：原油在地下的体积（即地层油体积）与该体积的地层油在地面脱气之后的体积之比。定义二：单位体积的地面
48、原油在地下的体积。（2）、地层原油的单体积系数B。的表示方法取压力为P 下的一个单元，其体积为Vf（地下体积），将这一单元到地面（标况）进行脱气，脱气后的原油体积为Vs,所得到的气体体积为Vg标米3,那么在压力P下原油的单体积系数Bo为：Vf-地层原油体积，米 Vs-地面原油体积，米 3（3）、原油的单体积系数B。与压力的关系向 E3S8XLI-06寺g66cL等二7.90 12.80 17.70 22.60 27.50压 力(MPa)原 油 体 积 系 数 与 压 力 的 关 系 曲 线O.00ppb时，地层油以受压缩为主，随压力的增加，地层油体积Vf缩小，故B。也减小。PPb)下地层原油体
49、积；Vr-地 层 条 件(PPb)下地层原油体积；Vfg地 层 条 件(PPb)下游离气的体积;V1地层条件(P P b)下地层油V f 在地面条件下脱气后脱气油的体积;V g-地 层 条 件(P P b)下地层油V f 在地面条件下脱气后分离出的天然气的体积;由此可见:Vf g=（Rs i-Rs）VsBgSBt=-+（RSi-Rs）-BgV sBt=Bo+（Rsi-Rs）-BgB g-P压力下天然气的体积系数;Rs i原始地层压力P i 下的溶解油气比;R s 地层压力P下的溶解油气比。(3)、地层原油的两相体积系数B t 与压力的关系OOB898*sz(rvr*泰般需世纪氐3B.007.9
50、0 1 2.80 17.70 22.60 27.50压 力(MPa)两 相 体 积 系 数 与 压 力 的 关 系 曲 线P Pb 时，R s尸 R s,V fg=O,B t=B 0；P=0.1 MPa 时，Rs=0,Bg=1,B t=1+R 为最大值。体积系数Bo最大。3、地层原油的收缩率Eo除了可用体积系数表示地层油脱气后体积变化的大小外，还可以采用收缩率这一概念。收缩率一-指每立方米的地层原油采到地面后，经过脱气而发生体积收缩的百分数，即：Eo=Vf-V s xlOO%Vf=!-x io o%BoEo一一地下原油的收缩率（四）、地层原油的压缩系数1、定义指在等温条件下，单位体积地层原油体