第1章--流体高压物性课件

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片文字樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,油层物理基础,石油工程学院,欧阳传湘,2011,年,09,月,油层物理基础石油工程学院,1,自我介绍,欧阳传湘,:,湖北江陵 石油工程学院油气田开发研究所,研究方向,:,油气田开发工程,人生箴言,:,人不能有傲气,但不能没有傲骨,赠 言,:,习惯成就人生,!,态度决定一切,!,细节关系成败！,联系方式,:,QQ: 185867671,oycx,13908619951 8062735(O),办公地点,:,9#,教学楼,408,自我介绍欧阳传湘:湖北江陵 石油工程学院油气田开发研究所,2,第一章 绪 论,一、 什么叫油层物理学,?,二、 油层物理的研究对象,.,三、 油层物理学的研究内容,.,四、 油层物理学的发展历史,.,五、 油层物理学与其它课程的关系,.,六、 油层物理学的特点及学习方法,.,七、 油层物理学的授课计划,.,八、 主要参考书目,.,九、 课堂要求及考核方式,.,第一章 绪 论一、 什么叫油层物理学?,3,一 什么叫油藏物理学,?,油藏物理学,(Petrophysics),就是指研究储层岩石,、,岩石中的流体,(,油,、,气,、,水,),以及流体在岩石中渗,流机理的学科,.,它是石油工程专业的一门,专业核心课程,，同,时也是石油地质、油田化学等相关专业的一门实,验性极强的重要专业基础课，它的,主要任务,是为,准确地认识油气藏，能动地改造油气藏，高效地,开发油气藏,提供可靠的储层物性参数,和,揭示其微,观渗流机理,。它对油气地质勘探、油气藏开发和,提高油气采收率起着十分重要的作用。,一 什么叫油藏物理学?油藏物理学(Petrophysics,4,二 油层物理的研究对象,储运工程,油藏工程,对整个油气藏的认识,Gas,Oil,Water,用户,采油工程,WOC,GOC,取一小块岩,心出来研究,二 油层物理的研究对象储运工程油藏工程对整个油气藏的认识G,5,三 油层物理学的研究内容,岩石骨架,孔隙,(,含有,Gas,、,Oil,、,Water,等,),基质,裂缝,溶洞,内容之一,:,如何获取,地层岩石的物性参数,(,包括：,、 、,S,、,C,f,等,),；地层流体的物性参数,(,包括：,o,、 ,g,、,w,、,R,s,、,B,g,、,B,o,、,B,w,、,Z,、,C,L,、,C*,、油藏相态特征等,),；多,相共渗时岩石与流体相互作用的物性参数,(,P,c,、,K,r,、,、润湿性等,),。,内容之二,:,分析讨论一些驱油机理,。,粒间孔隙介质,单重介质,裂 缝孔隙介质,裂 缝溶 洞介质,双重多重介质,三 油层物理学的研究内容岩石骨架孔隙(含有Gas、Oil、,6,四 油层物理学的发展历史,1949,年马斯凯特,1956,年卡佳霍夫,上世纪,50,年代我国由苏联专家首次开设,油层物理发展的鼎盛时期是上世纪,70,年代,今后油层物理发展的方向主要表现为,:,综合性,:,多学科的相互渗透,规范性,:,形成完善的实验体系标准,工程性,:,模拟油藏实际条件和开发过程,.,四 油层物理学的发展历史1949年马斯凯特采油物理原理,7,五,油层物理学与其它课程的关系,油藏物理学,数 学,物 理 学,有机化学,物理化学,表面化学,流体力学,渗流力学,油藏工程,采油工艺原理,油藏数值模拟,现代试井分析,提高原油采收率原理,采油新技术,油井增产措施,自我体会：,学好油藏物理是学好其它专业课程的基础！,五 油层物理学与其它课程的关系油藏物理学数 学物 理,8,六,油层物理学的特点及学习方法,基本概念多,系统性不强,知识点零散,实验内容丰富,学习方法,:,1,、对基本概念要理解记忆，融会贯通,;,2,、重视实验内容，有利于对概念的理解,;,3,、独立思考,+,适度练习,+,总结,.,六 油层物理学的特点及学习方法 基本概念多,9,七 油层物理学的授课计划,总学时,40,学时 理论学时,36,实验学时,4,绪 论,2,学时,第一章 储层岩石的物理特性,8,学时,第二章 储层流体的高压物性,10,学时,第三章 多相流体的渗流特性,16,学时,七 油层物理学的授课计划总学时40学时 理论学时36 实验学,10,八 主要参考书目,洪世铎编,罗蛰谭编,何更生编,张博全编,威廉,.,麦凯恩编,霍纳波编, D.,佳布著,八 主要参考书目,11,九 课堂要求及考核方式,听课原则,:,听课自由,课堂上不准睡觉和讲话,可以申请全课程自学或去听别的老,师上的油藏物理课,.,作业要求,:,按时且独立完成,不准抄袭,(,雷同者双,方记,0,分,).,不按时交者成绩降一档,.,考核方式,:,平时成绩,30%+,课堂考试,70%.,平时成绩,=,课堂考勤,+,笔记,+,作业,+,课堂提问,.,缺课三次或作业三次不交者平时成,绩为,0,分,总评成绩,=,期末考试成绩,.,九 课堂要求及考核方式听课原则: 听课自由,课堂上不准睡觉和,12,让我们共同努力,!,让我们共同努力!,13,第一章 储层流体的高压物性,The Physical Properties of Reservoir Fluids,第一节 油藏烃类的相态特征,第二节 油气体系中气体的分离与溶解,第三节 天然气的高压物性,第四节 地层原油的高压物性,第五节 地层水的高压物性,第六节 油藏物质平衡方程简介,第一章 储层流体的高压物性The Physical Pr,14,第一节 油藏烃类的相态特征,教学目的,掌握油气藏烃类的组成、分类方法，熟练掌握油藏烃类的相,态特征及表示方法，了解典型油气藏的相图特征。,教学重点、难点,教学重点,1,、油藏烃类相态的表示方法,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,教学内容,一、油气藏烃类的化学组成和分类,二、油藏烃类的相态表示方法,三、单、双、多组分体系的相态特征,四、几种典型油气藏相图,第一节 油藏烃类的相态特征教学目的,15,一 油藏烃类的化学组成,石油与天然气的化学组成,石油与天然气的元素组成,石油中的烃类化合物,石油中的非烃类化合物,原油的分子量、含蜡量,原油中胶质、沥青含量,一 油藏烃类的化学组成 石油与天然气的化学组成,16,1,石油与天然气的化学组成,石油与,天然气,烷烃,环烷烃,芳香烃,C,1,C,4,常温常压下为气态,为天然气,C,5,C,15,常温常压下为液态,为石油,C,16+,常温常压下为固态,为石蜡,1 石油与天然气的化学组成石油与烷烃环烷烃芳香烃C1C4,17,2,石油与天然气的元素组成,石油与,天然气,C,H,S,N,O,微量元素,钒 镍 铁 钴 镁 钙 铝等,1000,易溶于笨,氯仿和二硫化碳,含硫量,石油中所含硫,(,硫化物或单质硫,),的百分数,.,对石油管线腐蚀极大,有毒,5 原油的分子量、含蜡量及胶质、沥青含量分子量含蜡量沥青含量,21,二 油气藏的分类,油气藏,油藏,气藏,黑油油藏,轻质油油藏,凝析气藏,气藏,重,油,油,藏,一,般,黑,油,油,藏,高,收,缩,油,油,藏,挥,发,油,油,藏,富,凝,析,气,气,藏,贫,凝,析,气,气,藏,湿,气,气,藏,干,气,气,藏,二 油气藏的分类油气藏油藏气藏黑油油藏轻质油油藏凝析气藏气,22,三,原油的分类,原 油,按含,硫量分,低硫原油,2%,少胶原油,25%,少蜡原油,2%,凝析油 密度,0.93,轻质原油,0.934,三 原油的分类原 油按含低硫原油P,b,PP,b,PP,b,PP,b,PPb,42,D,现场接触脱气示意图,:,E,接触脱气的特点,:,a,分离出的气量较多，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。,Vf,地层压力，温度,（,Pf,Tf),地面分离条件,（,Pa,Ta),地层地面,Vg,Vo,地层油,地面原油,D 现场接触脱气示意图:Vf地层压力，温度地面分离条,43,2,多级分离,A,定义,:,在油气分离过程中将每一级脱出的气体,排除后,液体再进入下一级进行油气分离,的脱气方式,.,B,脱气过程,:,C,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。,2 多级分离C 多级脱气的特点:,44,矿场多级脱气流程图,液位控制,三级分离,液位控制,压力控制,一级气,二级气,压力控制,井流,一级,分离器,二级,分离器,分离器,储罐,储罐气体,井流,二级分离,储罐气体,储罐,一级分离,压力控制,分离器气体,矿场多级脱气流程图液位控制三级分离液位控制压力控制一级气二级,45,3,油田开发和生产过程中的脱气过程,A,地层中,:,油层中的脱气介于接触脱气和微分分,离之间,因为气从油中脱出后存在流速,差异形成微分分离,而气体在孔隙中又,始终与原油接触形成接触脱气,.,B,井筒中,:,当井筒中气相与液相的流速相差不大时,油井中的脱气过程与接触脱气近,而当,当气体在井筒中的气体超越原油出现,滑脱”现象时,井筒中的脱气方式又介,于接触脱气和微分分离之间,.,C,地面储运过程中,:,地面储运过程中的脱气过程为,较理想的分离过程,.,3 油田开发和生产过程中的脱气过程,46,二,天然气向原油中的溶解,1,天然气在原油中的溶解度,A,定义,:,在标准状态下单位体积的地面原油所溶,解的天然气量,(,标准状况下的体积,).,用,Rs,表示,单位为米,3,/,米,3,.,B,计算公式,:,Rs=,P,-,溶解系数,:,单位压力、,单位体积的原油中溶,解气量,.,单位,:,米,3,/(,米,3,MPa),二 天然气向原油中的溶解1 天然气在原油中的溶解度,47,2,溶解度的影响因素,A,压力,: B,温度,:,C,组成,: D,密度,:,2 溶解度的影响因素,48,3,溶解与分离的关系,A,接触脱气时的溶解曲线和分离曲线相重合,.,而,微分脱气时的溶解曲线和分离曲线不重合,.,B,轻组分的溶解曲线和分离曲线较接近,.,而重组,分的溶解曲线和分离曲线高压时相差较小,低,压时相差较大,.,3 溶解与分离的关系,49,三 相态方程及其应用,1,相态方程,表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达式。,2,研究相态方程的目的,A,预测开发过程中地层压力和温度变化时油藏流,体的相态变化特征,;,B,预测地层流体流到地面后的气、液数量,为油,气处理、集输工艺流程设计提供有效依据,;,C,相图计算,.,三 相态方程及其应用1 相态方程,50,3,理想溶液相态方程,A,理想溶液,:,各组分混合时产生互溶，彼此无化学作用，各,组分的分子直径不变，相同分子与不同分子之,间的分子吸力和斥力都不变。,B,拉乌尔定律,:,在理想溶液的蒸汽中，任一组分的液相分压,等于该组分在液相中的摩尔分数乘以该纯组分,的蒸汽压,.,C,道尔顿分压定律,:,理想混合气体中，任意组分的分压等于,在气相中该组分的摩尔分数乘以总压,.,3 理想溶液相态方程,51,D,理想溶液相态方程,设,:,N-,烃类系统的总摩尔数,N,g,-,平衡条件下气体的总摩尔数,N,L,-,平衡条件下液体的总摩尔数,y,i,-,第,i,组分在气相中的摩尔分数,x,i,-,第,i,组分在液相中的摩尔分数,n,i,烃类系统中第,i,组分的摩尔分数,根据烃类系统的物质平衡关系有：,D 理想溶液相态方程,52,当气液达到平衡时,i,组分在气相中的分压和在液相中的分压应该相等,于是有,:,当气液达到平衡时,i组分在气相中的分压和在液相中的分,53,理想溶液相态方程,理想溶液相态方程,54,同理有,:,当,N=1,时有,:,理想溶液,相态方程,同理有:当N=1时有:理想溶液,55,E,理想溶液相态方程的求解步骤,(,试凑法,),设定一,N,L,(,01,之间,),根据给定温度查各,组分的饱和蒸汽压,由相态方程,计算,Y,i,(,或,X,i,),计算,Y,i,=1,计算,Xi,计算液相数量,N*N,L,计算气相数量,N*Ng,设系统的总,摩尔数为,N,Yes,No,E 理想溶液相态方程的求解步骤(试凑法)设定一NL(01之,56,F,理想溶液泡点压力、露点压力计算,在泡点,:,N,g,=0 N,L,=1,（,1mole,）,P=P,b,由相态方程有,:,泡点方程,在露点,:,N,g,=1 N,L,=0,（,1mole,）,P=P,d,由相态方程有,:,露点方程,F 理想溶液泡点压力、露点压力计算在泡点: Ng=0,57,4,实际溶液相态方程,A,理想溶液相态方程式的局限性,:,（,1,）道尔顿分压定律的假设前提为气体应具有由理,想气体组成的理想溶液的性质。,（,2,）拉乌尔定律是以液体具有理想溶液性质的假设,前提的。但是，只有当液体混合各组分的化学,物理性质十分相似时，该混合物的性质才接近,理想溶液，而油气系统并非如此。,（,3,）从实际观点出发，在临界温度以下，纯化合物,已不存在蒸汽压。高于该温度，蒸汽压无法确,定，因此，这一方程式的应用仅限于温度不超,过混合物挥发性最强组分的临界温度这一范围,之内。例如，含有甲烷的混合物，凡温度高,于,-82.5,（甲烷的临界温度）的场合，就不,能用前面介绍的相态方程进行计算。,4 实际溶液相态方程,58,B,实际溶液相态方程式,:,在理想溶液中,气液平衡时有,:,在实际溶液中,因饱和蒸汽压无法确定,所,以引入一个新的物理量,-,平衡常数,K,B 实际溶液相态方程式: 在实际溶液中,因饱和蒸汽压无,59,平衡常数,-,指系统中某一组分（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。,将,K,i,=Y,i,/X,i,即,Y,i,=K,i,*X,i,代入,(,取,N=1mole,),化简得,:,平衡常数-指系统中某一组分（如i组分）在将Ki=Yi/X,60,实际溶液相态方程式,.,问题是,K,i,如何求取呢,?,要运用该方程就必须首先确定,Ki,实际溶液相态方程式.要运用该方程就必须首先确定Ki,61,平衡常数,K,i,的求取,-,图版法,:,单组分,:,收,敛,点,收敛压力,4.2MPa,5.6,MPa,7.0,MPa,21.0,MPa,28.5,MPa,35.0,MPa,70.0,MPa,平衡常数Ki的求取-图版法:收收敛压力,62,平衡常数的特性,:,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=1.0,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。,c,除了甲烷之外，每一曲线随压力增加平衡常数减小，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,1.0,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。,平衡常数的特性:,63,组成对平衡常数的影响,:,当,P0.7MPa,时,两组曲,线几乎重合,当,P7MPa,时，,两组曲线,Ki,相差较大,组成不同表,现为收敛,压力不同,组成对平衡常数的影响:当P0.7MPa当P7MPa时，当,64,5,实际溶液相态方程的应用,A,泡点压力和露点压力的计算,(,试算法,),泡点方程,:,在泡点,N,g,0N,L,1 (N=1),露点方程,:,在露点,N,g,1N,L,0 (N=1),5 实际溶液相态方程的应用露点方程:在露点 Ng1NL,65,泡点压力和露点压力计算步骤,设定一,P,b,根据温度和压力查,K,i,计算,n,i,k,i,=1,输出,P,b,Yes,No,设定一,P,d,根据温度和压力查,K,i,计算,ni/ki=1,输出,P,d,No,Yes,泡点压力和露点压力计算步骤设定一Pb根据温度和压力查Ki计算,66,B,级次脱气计算,(,举例说明,),脱气温度,49,一次脱气,脱气绝对压力,0.1,多级脱气,第一级压力,3.5,第二级压力,0.46,第三级压力,0.1,组 分,n,i,平衡常数,Ki,3.5MPa,0.46MPa,0.1MPa,C1,0.4404,8.1,60.0,265,C2,0.0432,1.65,10.6,46.5,C3,0.0405,0.59,3.4,14.3,C4,0.0284,0.23,1.25,5.35,C4,0.0174,0.088,0.415,1.72,C6,0.0290,0.039,0.17,0.70,C7,+,0.4011,0.003,0.013,0.052,级次脱,气条件,平衡,常数,B 级次脱气计算(举例说明)脱气温度49一次脱气脱气绝对压力,67,单级脱气计算结果,组分,油井产物的摩尔浓度,(,n,i,),0.1MPa,49,度,的平衡常数,Ki,N,L,=0.398,N,L,=0.397,N,L,=0.3973,C1,0.4404,265,0.0028,0.0028,0.0028,C2,0.0432,46.5,0.0015,0.0015,0.0015,C3,0.0405,14.3,0.0045,0.0045,0.0045,C4,0.0284,5.35,0.0079,0.0079,0.0079,C4,0.0174,1.72,0.0122,0.0122,0.0122,C6,0.0290,0.70,0.0354,0.0354,0.0354,C7,+,0.4011,0.052,0.9350,0.9371,0.9357,X,i,0.9993,1.0014,1.0000,单级脱气计算结果组分油井产物的摩尔浓度(ni)0.1MPa,68,多级脱气计算结果,组分,油井产物的摩尔浓度,(,n,i,),3.5MPa,49,度,的平衡常数,Ki,N,L,=0.582,N,L,=0.418,C1,0.4404,8.1,0.1110,0.8991,C2,0.0432,1.65,0.0339,0.0560,C3,0.0405,0.59,0.0489,0.0288,C4,0.0284,0.23,0.0419,0.0096,C4,0.0174,0.088,0.0281,0.0025,C6,0.0290,0.039,0.0485,0.0019,C7,+,0.4011,0.003,0.6877,0.0021,X,i,1.0000,1.0000,第一级脱气计算结果,多级脱气计算结果组分油井产物的摩尔浓度(ni)3.5MPa,69,多级脱气计算结果,组分,油井产物的摩尔浓度,(,n,i,),0.46MPa,49,度的平衡,常数,Ki,N,L,=0.844,N,L,=0.156,C1,0.1110,60.0,0.0109,0.6530,C2,0.0339,10.6,0.0135,0.1430,C3,0.0489,3.4,0.0355,0.1207,C4,0.0419,1.25,0.0403,0.0504,C4,0.0281,0.415,0.0309,0.0128,C6,0.0485,0.17,0.0557,0.0095,C7,+,0.6877,0.013,0.8132,0.0106,X,i,1.0000,1.0000,第二级脱气计算结果,多级脱气计算结果组分油井产物的摩尔浓度(ni)0.46MPa,70,多级脱气计算结果,组分,油井产物的摩尔浓度,(,n,i,),0.1MPa,49,度,的平衡常数,Ki,N,L,=0.9486,N,L,=0.0514,C1,0.0109,265,0.0007,0.1965,C2,0.0135,46.5,0.0038,0.1885,C3,0.0355,14.3,0.0210,0.3022,C4,0.0403,5.35,0.0330,0.1775,C4,0.0309,1.72,0.0299,0.0513,C6,0.0557,0.70,0.0566,0.0396,C7,+,0.8132,0.052,0.8550,0.0444,X,i,1.0000,1.0000,第三级脱气计算结果,多级脱气计算结果组分油井产物的摩尔浓度(ni)0.1MPa,71,单级脱气和多级脱气比较,脱气方式,计算公式,计算结果,一次脱气,N,L,0.3973,N,g,0.6027,多级脱气,N,L,= N,L1,* N,L2,* N,L3,0.466,N,g,= N,g1,+ N,L1,* N,g2,+ N,L1,* N,L2,* N,g3,0.534,单级脱气和多级脱气比较 脱气方式计算公式计算结果一次脱气,72,C,相图的计算,一个相图应该包括四个部分：,泡点线,露点线,临界点,两相区内等液量线,相图的计算分为四种情况：,T=TcC,、,D,两点,T,TcA,、,B,两点,T,TcE,、,F,两点,等液量线的确定,C 相图的计算,73,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,令计算的临界压力等于该系统的收敛压力（因为,T=Tc,，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（,P,Pc,）试算 ，若,=1,，则所假定压力即为临界温度下的露点压力，即图中,D,点，试算方法与前面介绍的如何用露点方程计算露点压力相同,。,A、温度等于临界温度时，相图的计算：,74,B,、温度高于临界温度时相图的计算,当温度高于临界温度之后，泡点线不存在，但是，在一条等温线上却存,在两个露点，即有两个压力条件下所对应的,ni,，,Ki,满足露点方程,.,a,任意假定一个温度,T,h,Tc,。,b,对要确定的两个露点设一收敛压力,Pcw,根据收敛压力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,T,h,确定出各组分的平衡常数,Ki,，,（两组）,e,对高压和低压两种情况，分别试算露点方程，改变所设压力,P,，（注意，,Ki,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,P,dh,上,，较低压力即为,下露点压力,P,dh,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,Pcw.,g,比较前面假设的和由上步计算出来的,Pcw,，若,Pcw=Pcw,，那么，这两个点,压力就是正确的，否则应假设新的收敛压力,Pcw=Pcw,，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。,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,Tc,区就可以绘出了。,B、温度高于临界温度时相图的计算,75,C,、温度低于临界温度时相图的计算,a,任意假定一个温度,T,h,20%,时误差,3%),天然气压缩因子的校正1 N2的影响(20%时误差3%,100,天然气压缩因子的校正,2,CO,2,的影响,(4%,时误差,5%),如果天然气中同时含有,CO,2,和,N,2,时,3 H,2,S,的影响,天然气压缩因子的校正2 CO2的影响 (4%时误差5,101,第1章-流体高压物性课件,102,五 天然气的体积系数,Bg,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,:,一般情况下,Bg3MP