油層物理學(xué)分析解析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1油層物理學(xué)分析解析油層物理學(xué)分析解析第二章第二章 儲(chǔ)油氣層中流體的儲(chǔ)油氣層中流體的物理性質(zhì)物理性質(zhì)第1頁(yè)/共194頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 油層烴類的相態(tài)特征油層烴類的相態(tài)特征第二節(jié)第二節(jié) 天然氣的物理性質(zhì)天然氣的物理性質(zhì)第三節(jié)第三節(jié) 地層原油的物理性質(zhì)地層原油的物理性質(zhì)第四節(jié)第四節(jié) 油層水的物理性質(zhì)油層水的物理性質(zhì)第五節(jié)第五節(jié) 油層流體的高壓特性研究油層流體的高壓特性研究第六節(jié)第六節(jié) 油層烴類的相態(tài)方程油層烴類的相態(tài)方程主要內(nèi)容主要內(nèi)容第2頁(yè)/共194頁(yè)第3頁(yè)/共194頁(yè)第4頁(yè)/共194頁(yè)第5頁(yè)/共194頁(yè)一、油層烴類的化學(xué)組成及烴類相態(tài)表示方法一、油層烴類的化學(xué)組成及烴類相態(tài)表示方法第6頁(yè)/

2、共194頁(yè)第7頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-1 單組分立體相圖(Zollan Gyulay, 1977)第8頁(yè)/共194頁(yè)第9頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-2 單組分烴的相圖(據(jù)Standing, 1952)第10頁(yè)/共194頁(yè)曲線。第11頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-3 烷烴的飽和蒸汽壓曲線1CH4；2C2H6；3C3H8；4iC4H10；5nC4H10；6iC5H12；7nC5H12；8C6H14；9C7H16；10C8H18；11C9H20；12C10H22第12頁(yè)/共194頁(yè)第13頁(yè)/共194頁(yè)所以單組分的飽和蒸汽壓線實(shí)際就是該組分的泡點(diǎn)和露點(diǎn)的共同軌跡。第14頁(yè)/共194頁(yè)第15頁(yè)/共194頁(yè)第16頁(yè)

3、/共194頁(yè)第17頁(yè)/共194頁(yè)第18頁(yè)/共194頁(yè)第19頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-9 烷烴的雙組分臨界點(diǎn)軌跡曲線圖（據(jù)Brown等，1948）第20頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-10 戌烷和正庚烷（占總重量的52%）的P-V圖（據(jù)Sage和Lacey, 1939）第21頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-11 多組分烴體系的P-T圖（據(jù)Amyx, 1960）第22頁(yè)/共194頁(yè)第23頁(yè)/共194頁(yè)第24頁(yè)/共194頁(yè)第25頁(yè)/共194頁(yè)第26頁(yè)/共194頁(yè)第27頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-13 低收縮原油的相圖 圖2-1-14 高收縮原油的相圖第28頁(yè)/共194頁(yè)第29頁(yè)/共194頁(yè)第30頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-1

4、5 逆行凝析氣的相圖 圖2-1-16 濕氣相圖第31頁(yè)/共194頁(yè)第32頁(yè)/共194頁(yè)圖2-1-17 干氣相圖第33頁(yè)/共194頁(yè)第34頁(yè)/共194頁(yè)第35頁(yè)/共194頁(yè)第36頁(yè)/共194頁(yè)第37頁(yè)/共194頁(yè)%1001NiiiiNNY第38頁(yè)/共194頁(yè)nRTpV nRTnbVVanp22RTbVVapMM2第39頁(yè)/共194頁(yè)ZnRTpV 式中 Z通常稱為壓縮因子，而這一方程稱之為壓縮狀態(tài)方程。壓縮因子（Z）是給定溫度、壓力下，實(shí)際氣體占有的體積與相同溫度和壓力下的理想氣體所占有的體積之比，即可表示為：第40頁(yè)/共194頁(yè)理想氣體實(shí)際氣體VVZ 當(dāng)Z值大于1時(shí)，即實(shí)際氣體較理想氣體難于壓縮

5、；當(dāng)Z值小于1時(shí)，即實(shí)際氣體較理想氣體容易壓縮；當(dāng)Z值等于1時(shí)，則實(shí)際氣體成為理想氣體。 壓縮因子不是一個(gè)常數(shù)，它隨氣體組成、溫度和壓力而變化。壓縮因子須通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。壓縮因子的實(shí)驗(yàn)測(cè)定成果一般用圖表方式表示，基本形狀如圖2-18所示。 圖2-19至2-21分別給出的是甲烷、乙烷和正丁烷的壓縮因子與壓力、溫度關(guān)系圖版。第41頁(yè)/共194頁(yè)第42頁(yè)/共194頁(yè)crppp crTTT 1.對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理對(duì)比壓力，對(duì)比溫度的定義：第43頁(yè)/共194頁(yè)來(lái)。第44頁(yè)/共194頁(yè)第45頁(yè)/共194頁(yè)niciipcpyp1niciipcTyT12.凱依視參數(shù)法凱依提出的視臨界參數(shù)的概念如下：凱依提出的視

6、臨界參數(shù)的概念如下：第46頁(yè)/共194頁(yè)niciipcprpypppp1niciiPCprTyTTTT1有了天然氣的視臨界參數(shù)，便可有了天然氣的視臨界參數(shù)，便可根據(jù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理求視對(duì)比參數(shù)根據(jù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理求視對(duì)比參數(shù)：第47頁(yè)/共194頁(yè)第48頁(yè)/共194頁(yè)第49頁(yè)/共194頁(yè)第50頁(yè)/共194頁(yè)6 .4541iciipcpyp9 .20541iciipcTyT93. 16 .4588prp48. 19 .205305prT第51頁(yè)/共194頁(yè)94.14 .4588prp53.1200305prTn查圖查圖2-21 得得Z=0.84第52頁(yè)/共194頁(yè)第53頁(yè)/共194頁(yè)gNNNaZyyZZ1

7、acZZ c疊加體積校正系數(shù)，它取決于氮?dú)獾臐舛?，溫度和壓力?第54頁(yè)/共194頁(yè)第55頁(yè)/共194頁(yè)第56頁(yè)/共194頁(yè)第57頁(yè)/共194頁(yè)92. 391.45180/ciiprpypp54. 146.235363/ciiprTyTT第58頁(yè)/共194頁(yè)818. 0711. 0107. 079. 0) 1 . 01 (07. 11 . 01gNNNaZyyZZ第59頁(yè)/共194頁(yè)第60頁(yè)/共194頁(yè)gCOCOCOZyyZZ2221/第61頁(yè)/共194頁(yè)556.0/pcpcTT)1 (556.0/BBTTpppcpcpcpcB天然氣中H2S的摩爾分?jǐn)?shù)；視臨界溫度校正系數(shù)，它取決于H2S和CO

8、2的濃度，由圖版2-30直接查出。第62頁(yè)/共194頁(yè)例2-3第63頁(yè)/共194頁(yè)第64頁(yè)/共194頁(yè)第65頁(yè)/共194頁(yè)39.5741iciipcpyp13.25041iciipcTyT根據(jù)圖2-30查得=30第66頁(yè)/共194頁(yè)45.23368.1613.25030556. 013.250556. 0/pcpcTT0 .5367.213.25045.23339.57302 .012 .0556.013.25045.23339.57)1 (556.0/BBTTpppcpcpcpc89.10 .53100/pcprppp43.145.233333/pcprTTT根據(jù)圖根據(jù)圖2-24查得查得Z=

9、0.79第67頁(yè)/共194頁(yè)gsggVVB第68頁(yè)/共194頁(yè)00pnRTVgspZnRTVg在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氣體體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氣體體積在油藏條件下，在油藏條件下，pTZTpVVBgsgg00第69頁(yè)/共194頁(yè))273()273(0tptZBg油氣藏溫度則可視為常數(shù)，故油氣藏溫度則可視為常數(shù)，故Bg可視為油氣藏壓可視為油氣藏壓力的函數(shù)，即力的函數(shù)，即pCZBg對(duì)于一定組成的天然氣，在一定溫度下對(duì)于一定組成的天然氣，在一定溫度下，根據(jù)不同的壓力值可做出根據(jù)不同的壓力值可做出如圖如圖2-31所示的所示的Bg-p關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。第70頁(yè)/共194頁(yè)rgpVVC1pZnRTV ppZnRTpZ

10、ZpZnRTpZnRTpZPnRTpVrrr112第71頁(yè)/共194頁(yè)ppZZpVVr111于是于是所以所以rgpZZpC11第72頁(yè)/共194頁(yè)prpcpcprpppppp或pppZpZprpr因因 而而故故 pcprppp1prpcpZppZ1第73頁(yè)/共194頁(yè)prprpcgprpZZppCC11第74頁(yè)/共194頁(yè)niiigMyM1gggVmpZnRTVg地下天然氣的密度可以定義為地下單位體積天然氣的質(zhì)量：根據(jù)天然氣的狀態(tài)方程可知：故 ZRTpMZnRTpmggg第75頁(yè)/共194頁(yè)aggraaagaagggZMZMRTzpMRTzpMr 假設(shè)天然氣和空氣兩者的特性都近似為理想氣體，即

11、天然氣的壓縮因子（Zg）和空氣的壓縮因子（Za）都視為1，則：79.28gaggMMMr第76頁(yè)/共194頁(yè)dydvAF寫成等式則為：寫成等式則為： dydvAFg第77頁(yè)/共194頁(yè)圖2-2-15 兩層氣體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的示意圖（據(jù)Amyx, 1960）第78頁(yè)/共194頁(yè)vgg31第79頁(yè)/共194頁(yè)第80頁(yè)/共194頁(yè)圖2-2-13 一定溫度下的BgP關(guān)系曲線第81頁(yè)/共194頁(yè)第82頁(yè)/共194頁(yè)第83頁(yè)/共194頁(yè)圖2-2-17 1個(gè)大氣壓（0.1MPa）下天然氣的粘度（據(jù)Carr等，1954）第84頁(yè)/共194頁(yè)圖2-2-18 g/g1與Ppr、Tpr關(guān)系圖（據(jù)Carr等，1954）第8

12、5頁(yè)/共194頁(yè)1gg11gggg第86頁(yè)/共194頁(yè)第87頁(yè)/共194頁(yè)圖2-2-19 處于飽和時(shí)天然氣中水蒸汽含量與溫度壓力的關(guān)系曲線圖（據(jù)McCarthy等，1950）第88頁(yè)/共194頁(yè) 氣體水分子的形成與氣體的組分、水的化學(xué)性質(zhì)、壓力和溫度條件有關(guān)。水化物形成的最重要條件是必須存在液態(tài)水。第89頁(yè)/共194頁(yè)圖2-2-21 預(yù)測(cè)水化物形成的壓力-溫度曲線（據(jù)Katz, 1959）第90頁(yè)/共194頁(yè)第91頁(yè)/共194頁(yè)第92頁(yè)/共194頁(yè)第93頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-2 單組分的溶解曲線（據(jù)何更生，1993）第94頁(yè)/共194頁(yè)3-3第95頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-3 天然氣在石油中溶

13、解度隨壓力變化曲線圖（據(jù)Burcik，1957）第96頁(yè)/共194頁(yè)第97頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-4 天然氣溶解度與飽和壓力和石油比重關(guān)系（據(jù)Beal, 1946）第98頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-5 溶解度與溫度的關(guān)系（據(jù)卡佳霍夫，1956）第99頁(yè)/共194頁(yè)第100頁(yè)/共194頁(yè)第101頁(yè)/共194頁(yè)第102頁(yè)/共194頁(yè)第103頁(yè)/共194頁(yè)油樣分離出來(lái)的總氣量（標(biāo)準(zhǔn)米3/米3）一次脫氣級(jí)次脫氣分離出來(lái)的氣量差%A油田59.641.430.6B油田83.071.513.9C油田175.4144.51736第104頁(yè)/共194頁(yè)第105頁(yè)/共194頁(yè)第106頁(yè)/共194頁(yè)TooopvvC)(

14、1 地層石油的壓縮系數(shù)主要決定于石油和天然氣的組成、溶解氣量以及壓力和溫度條件。第107頁(yè)/共194頁(yè)油田名稱BoRsi米3/米3CO(1/0.1MPa)油田名稱BoRsi米3/米3CO(1/0.1MPa)大慶油田Cr層1.12948.27.7105蘇羅馬什油田1.1758.411.4105任丘油田P2層0.4105蘇杜依瑪茲油田11.1311.16860-709.5105孤島渤26-18井G層1.09537.37.310521.24760-70/大港西區(qū)44井M層1.0965.87.3105加拿大帕賓那油田狄姆砂層1.4289/玉門L油層1.1579.6105伊朗阿賈加里1

15、90/第108頁(yè)/共194頁(yè)壓力間隔（0.1MPa)平均壓縮系數(shù)Co=（1/0.1MPa)壓力間隔（0.1MPa)平均壓縮系數(shù)Co=（1/0.1MPa)344-29224.7194-19038.9292-24230.2Ps-190(0.1MPa)242-19436.0第109頁(yè)/共194頁(yè)2121ppvvoooVodvodpC1212ln)(oooVVppC)12(12ppcoooeVV第110頁(yè)/共194頁(yè)地層溫度平均壓縮系數(shù)105/0.1MPa209.110524.712628.9第111頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-9 飽和壓力下的石油比重與平均壓縮系數(shù)關(guān)系圖（據(jù)Calhoun等，1953）

16、地層石油的壓縮系數(shù)在油田上一般由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定。常用的是根據(jù)飽和壓力時(shí)的比重，用圖2-3-9查出。第112頁(yè)/共194頁(yè)osooVVB %100oosooVVVE%1001oooBBE第113頁(yè)/共194頁(yè)油田名稱油層溫度溫度油層壓力0.1MPa飽和壓力0.1MPa溶解氣量米3/米3體積系數(shù)收縮率(%)赫列布諾夫卡（蘇）23727250.51.1210.7羅馬什金（蘇）4017085501.1513.0阿赫蒂爾卡（蘇）5816215296.71.2821.8新季米特里耶夫斯克（蘇）103345238216.71.6840.5愛(ài)爾克茜齊（美）823072385062.6261.8-9大慶4570-

17、12064-110451.09-1.158.3-13.0第114頁(yè)/共194頁(yè)溫度油氣比（米3/米3）體積系數(shù)20175.31.5340183.71.55第115頁(yè)/共194頁(yè)第116頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-10 地層石油體積系數(shù)和壓力的關(guān)系第117頁(yè)/共194頁(yè)數(shù)(見(jiàn)圖2-3-11)第118頁(yè)/共194頁(yè)第119頁(yè)/共194頁(yè))(1212ppCosoosooeVVVV)12(12ppoCeBBoo)(psipoCeBBoso第120頁(yè)/共194頁(yè)第121頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-12 油氣兩相體積變化示意圖（據(jù)何更生，1993）第122頁(yè)/共194頁(yè))()(stossoppVptVVu第123

18、頁(yè)/共194頁(yè)gosstsiBVRR)(gstsiogstsiosoosgosstsioBRRBBRRVVVBVRRVu)()()(第124頁(yè)/共194頁(yè)第125頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-13 石油體積系數(shù)與壓力的關(guān)系（據(jù)Burcik, 1957）第126頁(yè)/共194頁(yè)第127頁(yè)/共194頁(yè)第128頁(yè)/共194頁(yè)oooVm六、地層石油的密度和比重第129頁(yè)/共194頁(yè)第130頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-15 油層石油密度與溫度、壓力關(guān)系圖1-70阿赫提爾斯克原油 2-84新季米特里耶夫斯克原油（據(jù)卡佳霍夫，1956）第131頁(yè)/共194頁(yè)第132頁(yè)/共194頁(yè)已各某井地面脫氣石油密度為0.876克/

19、厘米3，地層油氣（天然氣溶解度）為138米3/米3，天然氣比重0.75，而飽和壓力時(shí)地層石油的體積系數(shù)為1.42，試求地層壓力等于飽和壓力時(shí)的地層石油密度。例28第133頁(yè)/共194頁(yè)第134頁(yè)/共194頁(yè))(1poooCppspoposoooddpC)/ln()(ososopppC得 )psCoposoe對(duì)比式244與249可見(jiàn)，在同樣條件下有：oososoBB由上式也可可以算出任何一個(gè)高于飽和壓力地地層壓力下的石油密度。第135頁(yè)/共194頁(yè)wood/第136頁(yè)/共194頁(yè)5 .13105 .141API第137頁(yè)/共194頁(yè)dydvAFo七、地層石油的粘度七、地層石油的粘度第138頁(yè)/共

20、194頁(yè)oo0第139頁(yè)/共194頁(yè)sm /2smmkgsPacmgPST/4101/103 1 .0/ 1 11233第140頁(yè)/共194頁(yè)第141頁(yè)/共194頁(yè)葡萄花（葡萄花層）杏樹崗（薩爾圖層）喇嘛甸（葡萄花層）辛1坨1營(yíng)1辛2辛6比重0.83930.85750.8630.88760.93370.94140.95210.9534膠質(zhì)瀝青質(zhì)%6.81316.527.636.741.949.564.5粘度厘泊（ 50 ）10.818.922.858.54908865120.56400第142頁(yè)/共194頁(yè)第143頁(yè)/共194頁(yè)第144頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-17 原油粘度與壓力溫度的關(guān)系（據(jù)

21、卡佳霍夫，1956）第145頁(yè)/共194頁(yè)圖2-3-18 在油層溫度下地面脫氣石油粘度與石油比重的關(guān)系圖（據(jù)Beal, 1946）圖2-3-19 溶解氣對(duì)地層石油粘度的影響（據(jù)Beal, 1946）第146頁(yè)/共194頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 油層水的物理性質(zhì)油層水的物理性質(zhì)第147頁(yè)/共194頁(yè)圖2-4-2 地層水中天然氣溶解度與壓力、溫度及礦化度的關(guān)系（據(jù)Dodson和Standing, 1944）第148頁(yè)/共194頁(yè)wswwVVB第149頁(yè)/共194頁(yè)第150頁(yè)/共194頁(yè)圖2-4-3 地層水的體積系數(shù)與溫度和壓力的關(guān)系溶有天然氣水；純水（據(jù)Dodson和Standing, 1944）第151頁(yè)

22、/共194頁(yè))1)(1 (WTWPwVVB第152頁(yè)/共194頁(yè)圖2-4-4 VWT與地層溫度的函數(shù)關(guān)系（據(jù)William D, McCain, Jr., 1973）圖2-4-5 VWP與地層溫度及壓力的函數(shù)關(guān)系（據(jù)Dodson和Standing, 1944）第153頁(yè)/共194頁(yè)TwwwpVVC)(1第154頁(yè)/共194頁(yè)第155頁(yè)/共194頁(yè)圖2-4-6 油層水的壓縮系數(shù)（a）不含溶解氣的水的壓縮系數(shù)；（b）含有溶解氣時(shí)水的壓縮系數(shù)校正（據(jù)Dodson和Standing, 1944）第156頁(yè)/共194頁(yè)wwwVm第157頁(yè)/共194頁(yè)圖2-4-7 計(jì)算地層水密度的諾模圖（據(jù)Schowal

23、ter, 1979）第158頁(yè)/共194頁(yè)第159頁(yè)/共194頁(yè)圖2-4-9 水的粘度與礦化度的關(guān)系（據(jù)卡佳霍夫，1957）A純水 B含鹽量為60000mg/L的水第160頁(yè)/共194頁(yè)第161頁(yè)/共194頁(yè)第162頁(yè)/共194頁(yè)圖2-5-2 油層油高壓物性儀示意圖1PVT筒；2.2高壓電動(dòng)計(jì)量泵；3.3壓力表；4油氣分離瓶；5氣量瓶；6.6超級(jí)恒溫水??；7井下取樣器和水套；8高壓粘度計(jì)；8粘度計(jì)附帶的電秒表；9電動(dòng)控制箱；10鹽水罐；11閥門；高壓管線；恒溫水管線第163頁(yè)/共194頁(yè)第164頁(yè)/共194頁(yè)pVoVCoo1第165頁(yè)/共194頁(yè)圖2-5-3 高壓物性測(cè)定流程示意圖1恒溫水浴；

24、2PVT筒；3油氣分離瓶；4氣量表或氣量瓶；5盛傳壓介質(zhì)容器；6壓力表；7計(jì)量泵第166頁(yè)/共194頁(yè)OoooWVB/oosWVRsi/第167頁(yè)/共194頁(yè)Euobo)(第168頁(yè)/共194頁(yè)第169頁(yè)/共194頁(yè)第170頁(yè)/共194頁(yè)oiiipxp iiypppypii第六節(jié) 油層烴類的相態(tài)方程第171頁(yè)/共194頁(yè)oiiipxpyppxyoii第172頁(yè)/共194頁(yè)第173頁(yè)/共194頁(yè)giiiNyNxNn1消去yi得goiiiNppxinxNn1或 goieiiNppNNnx在平衡條件下，該烴類系統(tǒng)在氣。液兩相中摩爾分?jǐn)?shù)之和等于1，即：naiix1naiiy1第174頁(yè)/共194頁(yè)同樣的方法消去xi得111niniNgppeoNeNniiy111niniNgppeoNeNniix第175頁(yè)/共194頁(yè)111niniNgppeoNeniiy111niniNgppeoNeniix上述各式就是理想溶液計(jì)算平衡狀態(tài)下氣、液兩相組成和數(shù)量的方程。求解時(shí)都需應(yīng)用試算法 第176頁(yè)/共194頁(yè)1nsioisippnnioiispnp1第177頁(yè)/共194頁(yè)1