第二章,储层流体的物理特性,The Physical Properties of Reservoir Fluids,第二章 储层流体的物理特性,储层流体特点 因地下为高温高压，流体地下性质与地面性质差异很大(地层油中溶解了大量天然气，地层水中溶有大量盐类物质)。 在从地下采至地面的过程中，流体的压力、温度不断降低，各种物理及物理化学变化会相伴发生，并使油气的性质及存在状态发生变化。 原油脱气、体积收缩(shrinkage)、原油析蜡。 气体体积膨胀，凝析出油(反凝析)。 地层水析盐（高含盐度saltiness)。,储层流体(reservoir fluids):是指储存于地下储层中的石油(Crude oil or oil )、天然气(Natural gas)和地层水(Formation water or oilfield water)。,本章内容 第一节 油气藏烃类的相态特征 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 地层油气高压物性参数的获取和应用,第二章 储层流体的物理特性,原油、天然气都是由多种烃类（ hydrocarbon ）和非烃类（ non-hydrocarbon）物质组成的混合物，但二者存在的状态不同。,本节内容 油气藏烃类的化学组成及分类(chemical composition) 油藏烃类相态的表示方法 烃类体系的相态特征 典型油气藏相图(phase diagram),第一节 油气藏烃类的相态特征,本节重点 相态相关基本概念的理解 单、双、多组分烃类体系相图的基本特征及变化规律 典型油气藏相图的变化趋势 本节难点 反凝析现象(retrograde condensation)的分析,一、油气藏烃类化学组成和分类,油气的主要成分：烃类化合物(hydrocarbon)。 主要元素：C 、H、O、N、 S 及微量元素（金属、其它非金属）。 化合物包括：烷烃（CnH2n+2)、环烷烃和芳香烃等烃类和含O、N、S 化合物的非烃（胶质、沥青质）化合物。 重烃(大分子烃)含量，o ，o ,油越稠。,1、油气藏烃类化学组成,一、油气藏烃类化学组成和分类,1、油气藏烃类化学组成,2、油气藏类型 据流体组成和流体相对密度(specific gravity)： 气藏(gas reservoir) 以C1为主，占85%以上，C2C4较少，地下均为气态,地面可能有油产出。 凝析气藏(gas condensate reservoir) C1为主, 少量C5+，地下原始条件为气态，随压力下降或到地面后凝析油析出，o=0.60.7。,一、油气藏烃类化学组成和分类,临界油气藏(critical oil-gas reservoir) 挥发性油藏(volatile-oil reservoir)，T地=TC，油气间无明显界限，o =0.70.8。 油藏：液态烃为主，可带有气顶(gas cap)，油中溶有气，o =0.80.94。 重质油藏(heavy-oil reservoir) 稠油油藏(viscous oil reservoir)，o大，0.9341; (viscosity)高，10010000 cp。 沥青油砂矿：o 1，10000 cp。,一、油气藏烃类化学组成和分类,二、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。,相(phase) 体系内部物理性质和化学性质完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。,二、油藏烃类的相态表示方法,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+。,二、油藏烃类的相态表示方法,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。,二、油藏烃类的相态表示方法,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),二、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。 露点(dew point) 开始从气相中凝结出第一滴液滴的气液共存态。 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。,二、油藏烃类的相态表示方法,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。,二、油藏烃类的相态表示方法,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”(state function),二、油藏烃类的相态表示方法,(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)。,二、油藏烃类的相态表示方法,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，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,二、油藏烃类的相态表示方法,(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。,二、油藏烃类的相态表示方法,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 相图是油气相态研究中最常用的相图。,二、油藏烃类的相态表示方法,(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),二、油藏烃类的相态表示方法,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） (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,(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。,三、单、双、多组分体系相态特征,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。,三、单、双、多组分体系相态特征,动态特征 图中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。,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(phase envelope) 等液量线 三区：液相区、气相区 气液两相区,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,(2)相态特征 静态特征 点的特征 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,临界点位置特征 取决于体系的组成和组分的性质。,pcmmax(pci)， min(Tci)Tcmmax(Tci) 随混合物中重组分含量的增加，临界点C向重组分饱和蒸汽压曲线方向偏移；,两组分性质差别越大，临界点轨迹所包围的面积越大。,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；,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,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,(1)相图特征 三点：C、CP、CT； 两线：包络线、等液量线； 三区：气、液、两相区；,特殊相区： 等压逆行区(pCppCp)； 等温逆行区 (TCTTCT)。,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,(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； 对其等温降压AF AB（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,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,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区时，体系中液相含量,三、单、双、多组分体系相态特征,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) (