1、1,第三節(jié) 油氣藏?zé)N類的相態(tài),石油和天然氣是多種烴類和非烴類所組成的混合物。在實(shí)際油田開發(fā)過程中，常常可以發(fā)現(xiàn)：在同一油氣藏構(gòu)造的不同部位或不同油氣藏構(gòu)造上同一高度打井時(shí)，有的只產(chǎn)純氣，有的則油氣同產(chǎn)。在油氣藏條件下，有的烴是氣相，而成為純氣藏；有的是單一液相的純油藏；有的是油氣兩相共存，以帶氣頂?shù)挠筒匦问匠霈F(xiàn)。在原油從地下到地面的采出過程中，還伴隨有氣體從原油中分離和溶解的相態(tài)轉(zhuǎn)化等現(xiàn)象。,2,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,1、基本概念 體系(system) 指一定范圍內(nèi)一種或幾種定量物質(zhì)構(gòu)成的整體，又稱物系、系統(tǒng)。體系可分為單組分和多組分體系。,3,相(phase) 體系內(nèi)部物理性質(zhì)和化學(xué)性

2、質(zhì)完全均勻的一部分稱為“相”。,不同相之間有明顯的相分界面； 同一相物質(zhì)可成片存在，也可以孤立的泡狀、滴狀等存在； 一相中可含有多種組分。,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,4,組分(component) 形成體系的各種物質(zhì)稱該體系的各組分，也即物系中所有同類的分子。,擬組分(pseudo-component)：用于工程計(jì)算的一種假想組分，由物系中幾種組分合并成。 例如，油氣相態(tài)研究中常用組分： 純組分：C1、C2、C3； 擬組分：輕烴組分C2-6、重?zé)N組分C7+。,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,5,相平衡(phase equilibrium) p、T一定時(shí)，多相體系中任一組分的A相分子進(jìn)入B相的速度

3、與B相分子進(jìn)入A相的速度相等時(shí)的狀態(tài)。,組成(composition) 體系中構(gòu)成某物質(zhì)各組分所占的比例。定量表示體系或某一相中的組分構(gòu)成情況。,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,6,在一個(gè)密閉抽空的容器里，部分充有液體，容器溫度保持一定，處于氣液相平衡時(shí)氣相所產(chǎn)生的壓力稱為飽和蒸氣壓，體現(xiàn)為氣相分子對(duì)器壁的壓力。,飽和蒸汽壓(vapor pressure),一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,7,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,泡點(diǎn)(bubble point) 開始從液相分離出第一個(gè)氣泡的氣液共存態(tài)。 泡點(diǎn)壓力(bubble point pressure) 在溫度一定的情況下，開始從液相中分離出第一個(gè)氣泡的壓

4、力。 露點(diǎn)(dew point) 開始從氣相中凝結(jié)出第一滴液滴的氣液共存態(tài)。 露點(diǎn)壓力(dew point pressure) 在溫度一定的情況下，開始從氣相中凝結(jié)出第一滴液滴的壓力。 臨界點(diǎn)(critical point) 在臨界狀態(tài)下，共存的氣、液相所有內(nèi)涵性質(zhì)相等。 內(nèi)涵性質(zhì)(intensive property) 與物質(zhì)的數(shù)量無關(guān)的性質(zhì)，如粘度、密度、壓縮性等等。,8,2、相態(tài)的表示方法 (1)物系狀態(tài)與性質(zhì)之間的關(guān)系 據(jù)熱力學(xué)觀點(diǎn)，物系的狀態(tài)(state)是用物系所有的性質(zhì)properties（如組成、溫度、壓力等）進(jìn)行描述的。 物系各性質(zhì)確定物系有完全確定的狀態(tài) 物系狀態(tài)確定物系各

5、性質(zhì)有完全確定的值 物系的性質(zhì)又稱為“狀態(tài)函數(shù)”(state function),一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,9,(2)相態(tài)的表示方法 相態(tài)相平衡態(tài)(phase equilibrium state)； 相態(tài)研究指體系相平衡狀態(tài)隨組成、溫度、壓力等狀態(tài)變量的改變而發(fā)生變化的有關(guān)研究。 直觀的相態(tài)研究和表示方法：相圖。 相圖(phase diagram)：表示相平衡態(tài)與物系組成、溫度和壓力等狀態(tài)變量之間的關(guān)系圖，又稱為相平衡狀態(tài)圖，或狀態(tài)圖(state diagram)。,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,10,3、相圖的類型 油氣體系的相態(tài)不僅與體系中烴類物質(zhì)的組成有關(guān)，而且還取決于油氣體系所處的溫度

6、、壓力和所占體積，可用狀態(tài)方程表示相態(tài)與狀態(tài)變量的關(guān)系：F（p，T，V或組成）0 以圖解方式表示上述狀態(tài)變量所描述的相態(tài)關(guān)系，可得： 立體相圖：三維相圖 平面相圖：二維相圖 三角相圖：三元相圖或擬三元相圖,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,11,(1)立體相圖：三維空間中，描述p、V、T三個(gè)狀態(tài)變量與相態(tài)變化關(guān)系的圖形。,在油氣流體相態(tài)研究中，p-V-T三維立體相圖用于描述油氣藏平面區(qū)域上和縱向上流體相態(tài)變化特征的分布規(guī)律，很詳盡地表示出各參數(shù)間的變化關(guān)系。,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,12,在油氣烴類流體相態(tài)研究中，不同的平面相圖用于描述不同的相態(tài)參數(shù)和相態(tài)特征。 pV、pT、pX,(2)平面相圖

7、(two dimension phase diagram),p-T 相圖是油氣相態(tài)研究中最常用的相圖。,一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,13,(3)三角相圖（三元或擬三元相圖） （triangular/ternary/ pseudo-ternary),主要用于研究地層條件下注氣混相驅(qū)和非混相驅(qū)提高原油采收率。,(gas injection注氣),(miscible flooding混相驅(qū)),(immiscible flooding非混相驅(qū)),(enhanced oil recovery提高原油采收率),一、油藏?zé)N類的相態(tài)表示方法,14,1、單組分體系的相態(tài)特征(single-component)

8、單組分體系：一個(gè)獨(dú)立組分構(gòu)成的物系,(1)相圖特征 一點(diǎn)：臨界點(diǎn)C（Tc、pc） (critical point) 一線：飽和蒸汽壓線 (vapor-pressure curve) 兩區(qū)：液相區(qū)(liquid) 氣相區(qū)(vapor or gas),三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,15,(2)相態(tài)特征 靜態(tài)特征 臨界點(diǎn)C ： 兩相共存的最高T、p； PPc時(shí)，隨T升高將不會(huì)出現(xiàn)液向氣轉(zhuǎn)化； TTc時(shí)，隨P升高將不會(huì)出現(xiàn)氣向液轉(zhuǎn)化； 氣、液相無分界面； 氣、液性質(zhì)差別消失。,1、單組分體系的相態(tài)特征,16,飽和蒸汽壓曲線 (vapor-pressure curve) 由不同T 下組分的飽和蒸汽壓連

9、成的曲線。 體系的相分界線； 氣液兩相共存線； 泡點(diǎn)和露點(diǎn)共同軌跡線。,1、單組分體系的相態(tài)特征,17,動(dòng)態(tài)特征 圖中任一點(diǎn)代表單組分體系 的一個(gè)相平衡狀態(tài)（相態(tài)）,改變體系T或p，相態(tài)改變。 如T、p 變化穿越了相分界線，則體系的相和相數(shù)將發(fā)生改變： 從一種單相兩相共存另一種單相。,1、單組分體系的相態(tài)特征,18,飽和蒸汽壓反應(yīng)了液體揮發(fā)的難易程度，蒸汽壓越高，說明越容易揮發(fā)。,1、單組分體系的相態(tài)特征,19,2、雙組分體系的相態(tài)特征(binary system),三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,(1)相圖特征 三點(diǎn)：臨界點(diǎn)C 臨界凝析壓力點(diǎn)Cp (cricondenbar) 臨界凝析溫度點(diǎn)

10、CT (cricondentherm) 兩線：相包絡(luò)線 等液量線 三區(qū)：液相區(qū)、氣相區(qū) 氣液兩相區(qū),20,(2)相態(tài)特征 靜態(tài)特征 點(diǎn)的特征 臨界點(diǎn)C 露、泡點(diǎn)線、等液量線交點(diǎn)； 非兩相共存的最高T、p點(diǎn)。 臨界凝析壓力點(diǎn)Cp：兩相共存最高壓力點(diǎn)； 臨界凝析溫度點(diǎn)CT：兩相共存最高溫度點(diǎn)。,dew-point bubble-point curve,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,21,任何兩組分烴體系相圖的特點(diǎn),a.混合物的臨界壓力都高于各組分的臨界壓力，混合物的臨界溫度介于兩純組分的臨界溫度之間。,b.隨著混合物中較重組分比例的增加，臨界點(diǎn)向右遷移（即向重組分飽和蒸汽壓方向偏移）。,d.兩組

11、分性質(zhì)差別越大，則兩相區(qū)面積越大。,臨界點(diǎn)：,兩相區(qū)：,a.所有混合物的兩相區(qū)都位于兩純組分的飽和蒸汽壓線之間；,b.兩組分的分配比例愈接近，兩相區(qū)的面積愈大；兩組分中只要有一個(gè)組分占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相圖的面積就變得狹窄；,c.混合物中哪一組分的含量占優(yōu)勢(shì)，泡點(diǎn)線或露點(diǎn)線就靠近哪一組分的飽和蒸汽壓線；,22,線的特征 包絡(luò)線：泡點(diǎn)線(CF)和 露點(diǎn)線(CE)構(gòu)成的相分界線。,等液線：體系中液相含量相等的點(diǎn)的連線。 包絡(luò)線及包絡(luò)線內(nèi)為氣液兩相共存區(qū)；其外為單相區(qū)。,包絡(luò)線位置特征 位于兩個(gè)純組分的飽和蒸汽壓曲線之間；,23,位置、形態(tài)取決于體系的組成和組分性質(zhì)。,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,24,

12、動(dòng)態(tài)特征 T、p 變化穿越包絡(luò)線時(shí)體系相平衡狀態(tài)改變。 如體系可能從一種單相兩相共存另一單相。,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,25,(1)相圖特征 三點(diǎn)：臨界點(diǎn)C、 臨界凝析溫度CT、臨界凝析壓力CP 兩線：包絡(luò)線、等液量線； 三區(qū)： 液相區(qū) 泡點(diǎn)線 ACPC左上方； 氣相區(qū) 露點(diǎn)線BCTC 右下方； 兩相區(qū) 泡點(diǎn)線與露點(diǎn)線所包圍區(qū)域ACPCCTB。,兩特殊相區(qū)： 等壓逆行區(qū)(pCppCp) CPCHCP煉油中發(fā)生 等溫逆行區(qū) (TCTTCT)。 CTCDCT油田開發(fā)中發(fā)生,3、油氣體系的相態(tài)特征 油氣體系為典型多組分(multi-component)復(fù)雜物系。,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特

13、征,H,D,A,B,26,(2)相態(tài)特征 基本特征 與雙組分體系同。 等溫反凝析相變特征 (isothermal retrograde condensation) 設(shè)體系原始態(tài)為A； 對(duì)其等溫降壓AF AB（上露點(diǎn)）降壓： 相變：氣相開始出現(xiàn)液相；,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,27,BD 降壓： 相變：BB1B2B3D （反常相變）； 液相：010203040。 CDCTBC為反凝析區(qū) D E （下露點(diǎn)） 降壓 相變：DD3D2D1E （正常相變）； 液相：403020100。 EF降壓：?jiǎn)我粴庀?三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,28,等溫反凝析(isothermal retrograde

14、 condensation) 等溫反凝析：在溫度不變的條件下，隨壓力降低而從氣相中凝析出液體的現(xiàn)象。 油氣藏開發(fā)等溫反凝析凝析氣藏；,研究意義：指導(dǎo)凝析氣藏開發(fā)，減少凝析油在地層中的損失。,結(jié)果：氣相體系等溫降壓穿過反凝析區(qū)時(shí)，體系中液相含量,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,29,對(duì)AF(T=const) AB，單一氣相(無相變) BD，凝析量(兩相,反常) DE，液量(兩相,蒸發(fā)) EF，單一氣相(無相變) (condensate gas or retrograde gas凝析氣),凝析氣藏的開發(fā)過程(等溫逆行凝析),三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,30,在凝析氣藏開發(fā)過程中，當(dāng)p地pd后，

15、儲(chǔ)層中析出凝析油，但凝析油數(shù)量較少，SomaxSocc 巖石的吸附作用使析出的凝析油粘附在巖石顆粒表面， 導(dǎo)致凝析油不能參與流動(dòng)。,當(dāng)?shù)貙訅毫^續(xù)下降時(shí)，再蒸發(fā)作用很小，僅有很小一部分液烴會(huì)再蒸發(fā)回到氣相，大部分液烴將損失于儲(chǔ)層中。 保持地層壓力高于上露點(diǎn)壓力條件下開采。,凝析氣藏的開發(fā)過程(等溫逆行凝析),三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,采用什么方法開發(fā)凝析氣田？,31,(3)油氣體系相圖的應(yīng)用 判斷油氣藏類型 確定油藏飽和壓力 (saturation pressure) 指導(dǎo)油氣藏開發(fā) 指導(dǎo)地面油氣分離,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,32, 判斷油氣藏類型 點(diǎn)A、B、D、G、H 為不同油

16、氣體系的原始狀態(tài)，各油氣體系所屬的油氣藏類型如下：,A：油藏(純油藏、未飽和油藏) (undersaturated reservoir) B：凝析氣藏 G：氣藏 D：帶氣頂油藏(飽和油藏) H：帶油環(huán)氣藏(帶底油的氣藏),三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,33, 確定油藏飽和壓力pb (saturation pressure) 飽和壓力pb：油層溫度下，油中溶解天然氣剛好達(dá)到飽和時(shí)的油層壓力。 飽和油藏：位于泡點(diǎn)線下方 pb油藏pi 未飽和油藏：位于泡點(diǎn)線上方 pb泡點(diǎn)壓力油藏溫度,注意區(qū)別油藏飽和壓力pb與油氣體系泡點(diǎn)壓力p泡的物理意義,三、單、雙、多組分體系相態(tài)特征,34,按照油氣中輕、重?zé)N

17、含量，可將各類油氣藏?zé)N類大致分為五種油氣體系：,從干氣重油，體系中重?zé)N含量增加，液烴的顏色加深，密度、粘度增加； 從干氣重油，相圖特征表現(xiàn)出規(guī)律性變化。,dry gas,四、幾種典型的油氣藏相圖,35,特點(diǎn)： pi地pb，T地Tc。在原始pi地、T地下，流體以單相液體存在。 p地低于pb后，氣會(huì)從油中分出，形成兩相。,1、重質(zhì)油藏（低收縮油藏）,油為黑色或深褐色，o 0.876，GOR360。 兩相區(qū)內(nèi)等液量線較密于露點(diǎn)線。,四、幾種典型的油氣藏相圖,36,2、輕質(zhì)油藏（高收縮油藏）,特點(diǎn)： pi地pb，T地Tc。在原始pi地、T地下，流體以單相液體存在。 p地低于pb后，氣會(huì)從油中分出，形成

18、兩相。 油呈深色，o0.78，GOR=360530。,四、幾種典型的油氣藏相圖,兩相區(qū)內(nèi)，等液量線比較稀疏，密集于泡點(diǎn)線。,37,3、凝析氣藏,四、幾種典型的油氣藏相圖,特點(diǎn)： pi地pd，TcT地TCT。在pi地、T地下，流體以單相氣存在； p地低于pd后，儲(chǔ)層內(nèi)會(huì)凝析出液態(tài)烴，在分離器會(huì)有更多烴液析出；,油色淺且透明，o=0.74，GOR=53426700。,38,特點(diǎn)： T地TCT ，儲(chǔ)層p時(shí)，流體始終為氣相，儲(chǔ)層內(nèi)不會(huì)有液烴產(chǎn)生； 油氣分離器條件點(diǎn)位于兩相區(qū)內(nèi)，在地面分離器內(nèi)會(huì)有一些液烴析出；,4、濕氣氣藏（wet gas）,油為透明色淺輕質(zhì)油，o26700。,四、幾種典型的油氣藏相圖,39,5、干氣氣藏