油层物理基础.pptx

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1、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1页/共142页一 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

2、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。第2页/共142页二 油层物理的研究对象储运工程储运工程油藏工程油藏工程对整个油气藏的认识对整个油气藏的认识GasGasOilOilWaterWater用户用户采油工程采油工程WOCWOCGOCGOC取一小块岩取一小块岩心出来研究心出来研究第3页/共142页三 油层物理学的研究内容岩石骨架岩石骨架孔隙孔隙(含有含有GasGas、OilOil、WaterWater等等)基质基质裂缝裂缝溶洞溶洞内容之一内容之一:如何获取如何获取地层岩石的物性参数地层岩石的物性参数(包括：包括：、S S、C Cf f等等)；地层流体的

3、物性参数；地层流体的物性参数(包括：包括：o o、g g、w w、R Rs s、B Bg g、B Bo o、B Bw w、Z Z、C CL L、C*C*、油藏相态特征等、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；多相共渗时岩石与流体相互作用的物性参数(P Pc c、K Kr r、润湿性、润湿性等等)。内容之二内容之二:分析讨论一些驱油机理分析讨论一些驱油机理。粒粒间间孔孔隙隙介介质质 单单重重介介质质裂裂缝缝孔孔隙隙介介质质裂裂缝缝溶溶洞洞介介质质双双重重多多重重介介质质第4页/共142页四 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

4、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.第5页/共142页五 油层物理学与其它课程的关系油藏物理学油藏物理学数数 学学物物 理理 学学有机化学有机化学物理化学物理化学表面化学表面化学流体力学流体力学渗流力学渗流力学油藏工程油藏工程采油工艺原理采油工艺原理油藏数值模拟油藏数值模拟现代试井分析现代试井分析提高原油采收率原理提高原油采收率原理采油新技术采油新技术油井增产措施油井增产措施自我体会：自我体会：学好油藏物理是学好其它专业课程的基础！学好油藏物理是学好其它专业课

5、程的基础！第6页/共142页六 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.第7页/共142页七 油层物理学的授课计划总学时60学时 理论学时50 实验学时10第一章 绪 论 2学时第二章 储层岩石的物理特性 12学时第三章 储层流体的高压物性 14学时第四章 多相流体的渗流特性 22学时第8页/共142页八 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.佳布著第9页/共142页九 课堂要求及考核方式听课原则:听

6、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20%+期末考试80%.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.第10页/共142页让我们共同努力!第11页/共142页第二章 储层流体的高压物性The Physical Properties of Reservoir FluidsThe Physical Properties of Reservoir Fluids 第一节 油藏烃类的相态特征第二节 油气

7、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12页/共142页第一节 油藏烃类的相态特征教学目的教学目的 掌握油气藏烃类的组成、分类方法，熟练掌握油藏烃类的掌握油气藏烃类的组成、分类方法，熟练掌握油藏烃类的相相态特征及表示方法，了解典型油气藏的相图特征。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、难点 教学重点教学重点 1 1、油藏烃类相态的表示方法、油藏烃类相态的表示方法 2 2、多组分体系相态特征、多组分体系相态特征 教学难点教学难点 1 1、双组分体系的相态特性、双组分体系的相态特性

8、 2 2、等温反凝析现象的解、等温反凝析现象的解释释教学内容教学内容 一、油气藏烃类的化学组成和分类一、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三、单、双、多组分体系的相态特征 四、几种典型油气藏相图四、几种典型油气藏相图第13页/共142页一 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 第14页/共142页1 石油与天然气的化学组成石油与石油与天然气天然气烷烃烷烃环烷烃环烷烃芳香烃芳香烃C C1 1CC4 4

9、常温常压下为气态常温常压下为气态,为天然气为天然气C C5 5CC1515 常温常压下为液态常温常压下为液态,为石油为石油C C16+16+常温常压下为固态常温常压下为固态,为石蜡为石蜡第15页/共142页2 石油与天然气的元素组成石油与石油与天然气天然气C CHHS SNNOO微量元素微量元素钒钒 镍镍 铁铁 钴钴 镁镁 钙钙 铝等铝等,0.003%,1000,:1000,易溶于笨易溶于笨,氯仿和二硫化碳氯仿和二硫化碳含硫量含硫量石油中所含硫石油中所含硫(硫化物或单质硫硫化物或单质硫)的百分数的百分数.对石油管线腐蚀极大对石油管线腐蚀极大,有毒有毒第19页/共142页二 油气藏的分类油气藏油

10、气藏油藏油藏气藏气藏黑油油藏黑油油藏轻质油油藏轻质油油藏凝析气藏凝析气藏气藏气藏重重油油油油藏藏一一般般黑黑油油油油藏藏高高收收缩缩油油油油藏藏挥挥发发油油油油藏藏富富凝凝析析气气气气藏藏贫贫凝凝析析气气气气藏藏湿湿气气气气藏藏干干气气气气藏藏第20页/共142页三 原油的分类原原 油油按含按含硫量分硫量分低低硫硫原原油油 2 2%少少胶胶原原油油 2 25 5%少少蜡蜡原原油油 2 2%凝凝析析油油 密密度度 0 0.9 93 3轻轻质质原原油油 0 0.9 93 34 4第21页/共142页四 油气藏烃类的相态特征 相态及其表示方法 单组分体系的相态特征 双组分体系的相态特征 多组分体系的

11、相态特征 相图的应用 几种典型的相图 第22页/共142页1 相态及其表示方法体系体系:人为划分出来用于研究的对象人为划分出来用于研究的对象.相相:体系中某一均质的部分体系中某一均质的部分.物质可分别以固、液、气物质可分别以固、液、气 三种状态存在三种状态存在,称为固相、称为固相、液相、气相液相、气相组分组分:组成油藏烃类的每一类分子组成油藏烃类的每一类分子.组成组成:体系中所含组分以及各组分在总体系中所占比例体系中所含组分以及各组分在总体系中所占比例.体系相态的表示方法体系相态的表示方法:1 1 状态方程式状态方程式:描述物质描述物质P P、V V、T T关系的表达式关系的表达式.2 2 相

12、图相图:描述物质描述物质P P、V V、T T变化关系的图形变化关系的图形.第23页/共142页常用的三种相图常用的三种相图立体相图第24页/共142页平面相图油藏中常用的相图油藏中常用的相图第25页/共142页三角相图第26页/共142页2 单组分体系的相态特征两点两点:临界点临界点C,C,三相共存点三相共存点T T三线三线:饱和蒸汽压线饱和蒸汽压线,溶点线溶点线,升华线升华线三区三区:气相区气相区,液相区液相区,固相区固相区临界温度临界温度:高于该温度，无论施加多大高于该温度，无论施加多大压力，气体不可液化压力，气体不可液化 .临界压力临界压力:高于此压力，无论温度多少，高于此压力，无论温

13、度多少，液体和气体不会同时存在液体和气体不会同时存在.泡点压力泡点压力:温度一定，开始从液相中分温度一定，开始从液相中分离出第一批气泡的压力离出第一批气泡的压力.露点压力露点压力:温度一定，开始从气相凝析温度一定，开始从气相凝析出第一批液滴的压力出第一批液滴的压力.泡点线泡点线:露点线露点线:饱和蒸汽压线饱和蒸汽压线:单组分的饱和蒸汽压线为泡点线和露单组分的饱和蒸汽压线为泡点线和露点线的共同轨迹点线的共同轨迹.分析分析1-2 3-41-2 3-4相态变化相态变化第27页/共142页几种常见物质的饱和蒸汽压线几种常见物质的饱和蒸汽压线第28页/共142页3 双组分体系的相态特征临界凝析压力点临界

14、凝析压力点临界点临界点临界凝析温度点临界凝析温度点泡点线泡点线露点线露点线等液量线等液量线气相区气相区液相区液相区两相共存区两相共存区第29页/共142页双组分体系相态的特点1 1 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 曲线曲线.2 2 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而是泡点线和露点线的对接点.3 3 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,且临界压力高于各组分的临界压

15、力且临界压力高于各组分的临界压力,但临界温度确界于两组但临界温度确界于两组 分的临界温度之间分的临界温度之间.4 4 两组分中哪个组分的含量占优势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露点线或泡点线就靠近哪 一组分的饱和蒸汽压线。一组分的饱和蒸汽压线。5 5 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，两相区就越窄长一组分的含量占绝对优势，两相区就越窄长.6 6 两组分系统中，组成系统的物质不同其临界点也不同，而且两组分系统中，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

16、界点轨迹曲线越扁平。如果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积愈大，临界凝析压力也愈高.第30页/共142页第31页/共142页第32页/共142页4 多组分体系的相态特征1 1、四点、四点 a a临界点临界点 b b临界凝析压力点临界凝析压力点 c c临界凝析温度点临界凝析温度点 d d地面分离的条件点地面分离的条件点2 2、三线、三线 a a泡点线泡点线 b b露点线露点线 c c等液量线等液量线3 3、四区、四区 a a液相区液相区 b b

17、气相区气相区 c c两相区两相区 d d反常区反常区第33页/共142页等温反凝析现象当体系处于当体系处于A A点时体系为单一气相。当压点时体系为单一气相。当压力降至力降至B B点时，由于压力下降，烃分子距点时，由于压力下降，烃分子距离加大，因而分子引力下降，这时被气态离加大，因而分子引力下降，这时被气态轻烃分子吸引的轻烃分子吸引的(或分散到轻烃分子中的或分散到轻烃分子中的)液态重烃分子离析出来，因而产生了第一液态重烃分子离析出来，因而产生了第一批液滴。而当压力进一步下降到批液滴。而当压力进一步下降到DD点时，点时，由于气态轻烃分子的距离进一步增大，分由于气态轻烃分子的距离进一步增大，分子引力

18、进一步减弱，因而就把液态重烃分子引力进一步减弱，因而就把液态重烃分子全部离析出来，这时在体系中就凝析出子全部离析出来，这时在体系中就凝析出最多的液态烃而形成凝析油。最多的液态烃而形成凝析油。第34页/共142页5 相态的应用第35页/共142页6 几种典型的油气藏相图1 1临界点系位于临界凝析临界点系位于临界凝析 压力点的右侧压力点的右侧;2 2 液体的等液量线比较密集液体的等液量线比较密集 地靠近露点线。地靠近露点线。1 1 临界点接近于临界凝析临界点接近于临界凝析 压力点压力点,地层温度与临界温度接近地层温度与临界温度接近;2 2 液体的等液量线比较稀疏液体的等液量线比较稀疏,且靠近泡点线

19、且靠近泡点线 地靠近露点线。地靠近露点线。第36页/共142页1 1 地层温度和分离器温度均在地层温度和分离器温度均在 两相区外两相区外;2 2 临界点较低临界点较低;3 3 底下和地面均无液烃析出。底下和地面均无液烃析出。1 1 地层温度高于临界凝析温度地层温度高于临界凝析温度,但分离器条件位于两相区内但分离器条件位于两相区内;2 2 临界点较高临界点较高;3 3 地面有液烃析出。地面有液烃析出。第37页/共142页1 1 地层温度介于于临界温度和临界凝析温度之间地层温度介于于临界温度和临界凝析温度之间,2 2 气藏压力位于包络线外气藏压力位于包络线外;3 3 原始状态下烃类体系为单相气体原

20、始状态下烃类体系为单相气体;4 4 地面分离器条件下可获得地面分离器条件下可获得25%25%左右的液体。左右的液体。第38页/共142页第二节 油气系统的溶解与分离教学目的教学目的 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烃类相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烃类相态变化的关系，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

21、计算。力和气液平衡的计算。教学重点、难点教学重点、难点 教学重点教学重点 1 1、气体的溶解和油气分离的过程与分类、气体的溶解和油气分离的过程与分类 2 2、相态方程的建立与应用、相态方程的建立与应用 3 3、平衡常数的获取方法、平衡常数的获取方法 教学难点教学难点 1 1、相态方程在多级分离中的应用、相态方程在多级分离中的应用 2 2、收敛压力的理解，平衡常数的计算、收敛压力的理解，平衡常数的计算 教学内容教学内容 1 1、天然气从原油中的分离、天然气从原油中的分离 2 2、天然气向原油中的溶解、天然气向原油中的溶解 3 3、相态方程的建立、相态方程的建立 4 4、相态方程应用举例、相态方程

22、应用举例 第39页/共142页一一 天然气从原油中的分离天然气从原油中的分离1 1 闪蒸分离或一次脱气闪蒸分离或一次脱气 A A 定义定义:在油气分离过程中分离出的气体与油始在油气分离过程中分离出的气体与油始 终保持接触且系统的组成保持不变的脱终保持接触且系统的组成保持不变的脱 气方式气方式.B B 脱气过程脱气过程:C PV:C PV关系图关系图:PPb PPb PPb PPb PPb第40页/共142页 D D 现场接触脱气示意图现场接触脱气示意图:E E 接触脱气的特点接触脱气的特点:a分离出的气量较多，溶解油气比高。分离出的气量较多，溶解油气比高。b分离出的气体较重，即气中重质组分含分

23、离出的气体较重，即气中重质组分含量量 较多（含轻质油较多）。较多（含轻质油较多）。c脱气之后的原油比重较大。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VgVo地层油地面原油第41页/共142页2 2 多级分离多级分离 A A 定义定义:在油气分离过程中将每一级脱出的气在油气分离过程中将每一级脱出的气体体 排除后排除后,液体再进入下一级进行油气分液体再进入下一级进行油气分离离 的脱气方式的脱气方式.B B 脱气过程脱气过程:C C 多级脱气的特点多级脱气的特点:a a系统的组成不断变化系统的组成不断变化b b脱出的气量较单级脱脱出的气量较单级脱 气

24、少，所以测得的油气少，所以测得的油 气比也小。气比也小。c c分出的气量较轻，即分出的气量较轻，即 气体中量质组分（轻气体中量质组分（轻 油）含量少。油）含量少。d d脱气原油比重小，量脱气原油比重小，量 较多，质量亦好。较多，质量亦好。第42页/共142页矿 场 多 级 脱 气 流 程 图矿 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第43页/共142页3 3 油田开发和生产过程中的脱气过程油田开发和生产过程中的脱气过程 A A 地层中地层中:油层中的脱气介于

25、接触脱气和微分分油层中的脱气介于接触脱气和微分分 离之间离之间,因为气从油中脱出后存在流速因为气从油中脱出后存在流速 差异形成微分分离差异形成微分分离,而气体在孔隙中又而气体在孔隙中又 始终与原油接触形成接触脱气始终与原油接触形成接触脱气.B B 井筒中井筒中:当井筒中气相与液相的流速相差不大时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油井中的脱气过程与接触脱气近,而当而当 当气体在井筒中的气体超越原油出现当气体在井筒中的气体超越原油出现 滑脱滑脱”现象时现象时,井筒中的脱气方式又介井筒中的脱气方式又介 于接触脱气和微分分离之间于接触脱气和微分分离之间.C C 地面储运过

26、程中地面储运过程中:地面储运过程中的脱气过程地面储运过程中的脱气过程 为较理想的分离过程为较理想的分离过程.第44页/共142页二二 天然气向原油中的溶解天然气向原油中的溶解1 1 天然气在原油中的溶解度天然气在原油中的溶解度 A A 定义定义:在标准状态下单位体积的地面原油所溶在标准状态下单位体积的地面原油所溶 解的天然气量解的天然气量(标准状况下的体积标准状况下的体积).).用用RsRs 表示表示,单位为米单位为米3 3/米米3 3.B B 计算公式计算公式:Rs=Rs=P P -溶解系数溶解系数:单位压力、单位压力、单位体积的原油中溶单位体积的原油中溶 解气量解气量.单位单位:米米3 3

27、/(/(米米3 3MPa)MPa)第45页/共142页2 2 溶解度的影响因素溶解度的影响因素 A A 压力压力:B:B 温度温度:C C 组成组成:D:D 密度密度:第46页/共142页3 3 溶解与分离的关系溶解与分离的关系 A A 接触脱气时的溶解曲线和分离曲线相重合接触脱气时的溶解曲线和分离曲线相重合.而而 微分脱气时的溶解曲线和分离曲线不重合微分脱气时的溶解曲线和分离曲线不重合.B B 轻组分的溶解曲线和分离曲线较接近轻组分的溶解曲线和分离曲线较接近.而重而重组组 分的溶解曲线和分离曲线高压时相差较小分的溶解曲线和分离曲线高压时相差较小,低低 压时相差较大压时相差较大.第47页/共1

28、42页三三 相态方程及其应用相态方程及其应用1 1 相态方程相态方程 表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达式。表征温度、压力、油气组成与溶解度的关系表达式。2 2 研究相态方程的目的研究相态方程的目的 A A 预测开发过程中地层压力和温度变化时油藏流预测开发过程中地层压力和温度变化时油藏流 体的相态变化特征体的相态变化特征;B B 预测地层流体流到地面后的气、液数量预测地层流体流到地面后的气、液数量,为油为油 气处理、集输工艺流程设计提供有效依据气处理、集输工艺流程设计提供有效依据;C C 相图计算相图计算.第48页/共142页3 3 理想溶液相态方程理想溶液相态方程A A 理想溶液理想

29、溶液:各组分混合时产生互溶，彼此无化学作用，各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。间的分子吸力和斥力都不变。B 拉乌尔定律拉乌尔定律:在理想溶液的蒸汽中，任一组分的液相分压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等于该组分在液相中的摩尔分数乘以该纯组分 的蒸汽压的蒸汽压.C 道尔顿分压定律道尔顿分压定律:理想混合气体中，任意组分的分压等于理想混合气体中，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在气相中该组分的摩尔分数乘以总压.第4

30、9页/共142页D 理想溶液相态方程理想溶液相态方程 设设:N-N-烃类系统的总摩尔数烃类系统的总摩尔数 N Ng g-平衡条件下气体的总摩尔数平衡条件下气体的总摩尔数 N NL L-平衡条件下液体的总摩尔数平衡条件下液体的总摩尔数 y yi i-第第i i组分在气相中的摩尔分数组分在气相中的摩尔分数 x xi i-第第i i组分在液相中的摩尔分数组分在液相中的摩尔分数 n ni i烃类系统中第烃类系统中第i i组分的摩尔分数组分的摩尔分数根据烃类系统的物质平衡关系有：根据烃类系统的物质平衡关系有：第50页/共142页 当气液达到平衡时当气液达到平衡时,i i组分在气相中的组分在气相中的分压和

31、在液相中的分压应该相等分压和在液相中的分压应该相等,于是有于是有:第51页/共142页理想溶液相态方程理想溶液相态方程第52页/共142页同理有同理有:当当N=1N=1时有时有:理想溶液理想溶液相态方程相态方程第53页/共142页E 理想溶液相态方程的求解步骤理想溶液相态方程的求解步骤(试凑试凑法法)设定一NL(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Yi(或Xi)计算Yi=1计算Xi计算液相数量N*NL计算气相数量N*Ng设系统的总摩尔数为NYesNo第54页/共142页F 理想溶液泡点压力、露点压力计算理想溶液泡点压力、露点压力计算 在泡点在泡点:Ng=0 NL=1（1mo

32、le）P=Pb 由相态方程有由相态方程有:泡点方程在露点在露点:Ng=1 NL=0（1mole）P=Pd由相态方程有由相态方程有:露点方程第55页/共142页4 4 实际溶液相态方程实际溶液相态方程A A 理想溶液相态方程式的局限性理想溶液相态方程式的局限性:（1 1）道尔顿分压定律的假设前提为气体应具有由理）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。想气体组成的理想溶液的性质。（2 2）拉乌尔定律是以液体具有理想溶液性质的假设）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

33、似时，该混合物的性质才接近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。理想溶液，而油气系统并非如此。（3 3）从实际观点出发，在临界温度以下，纯化合物）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，凡温度高之内。例如，含有甲烷的混合物，凡温度高 于于-82.5-82.5（甲烷的临界温度）的场合，就不

34、（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。能用前面介绍的相态方程进行计算。第56页/共142页B B 实际溶液相态方程式实际溶液相态方程式:在理想溶液中在理想溶液中,气液平衡时有气液平衡时有: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第57页/共142页平衡常数平衡常数-指系统中某一组分（如指系统中某一组分（如i i组分）在组分）在 一定的压力和温度的条件下，气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值上，平衡常

35、数等于该组分在气 相和液相中摩尔分数的比值。相和液相中摩尔分数的比值。将Ki=Yi/Xi即Yi=Ki*Xi代入(取N=1mole)化简得:第58页/共142页实际溶液相态方程式实际溶液相态方程式.问题是问题是K Ki i如何求取呢如何求取呢?要运用该方程就必须首先确定Ki第59页/共142页平衡常数平衡常数K Ki i的求取的求取-图版法图版法:单组分单组分:收敛点收敛压力4.2MPa5.6MPa7.0MPa21.0MPa28.5MPa35.0MPa70.0MPa第60页/共142页平衡常数的特性平衡常数的特性:a a在低压情况下，每条曲线的斜率几乎都等于在低压情况下，每条曲线的斜率几乎都等于

36、-1-1。b b每一条曲线与每一条曲线与K=1.0K=1.0相交处的压力等于该曲线所代表的组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。分在给定温度下的蒸汽压。c c除了甲烷之外，每一曲线随压力增加平衡常数减小，压力除了甲烷之外，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到某一值时，平衡常数有最小值，然后又随压力增大而 增大。增大。d d在较高压力时，每一条曲线都有收敛于平衡常数等于在较高压力时，每一条曲线都有收敛于平衡常数等于1.01.0 的趋势。平衡常数收敛于的趋势。平衡常数收敛于1 1时的压力称之为收敛压力。时的压力称之为收敛

37、压力。e 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 以收敛为以收敛为1.01.0，且收敛压力即为该混合物的临界压力。，且收敛压力即为该混合物的临界压力。f f如果给定的温度是不包括临界温度的任何一个温度，那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义不成立了，这时，如果人为地

38、按这些曲线的变化趋势外 推到平衡常数为推到平衡常数为1.01.0的某一汇聚点，这时这个点所对应的的某一汇聚点，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。压力值是虚拟的收敛压力值，称之为视收敛压力。第61页/共142页组成对平衡常数的影响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第62页/共142页5 5 实际溶液相态方程的应用实际溶液相态方程的应用A A 泡点压力和露点压力的计算泡点压力和露点压力的计算(试算法试算法)泡点方程泡点方程:在泡点在泡点 Ng0NL1 (N=1)露点方程露点方程:

39、在露点在露点 Ng1 NL0 (N=1)第63页/共142页泡点压力和露点压力计算步骤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niki=1输出PbYesNo设定一Pd根据温度和压力查Ki计算ni/ki=1输出PdNoYes第64页/共142页B B 级次脱气计算级次脱气计算(举例说明举例说明)脱气温度脱气温度4949一次脱气一次脱气脱气绝对压脱气绝对压力力0.10.1多级脱气多级脱气第一级压力第一级压力3.53.5第二级压力第二级压力0.460.46第三级压力第三级压力0.10.1组组 分分n ni i平衡常数平衡常数KiKi3.5MPa3.5MPa0.46MPa0.46

40、MPa0.1MPa0.1MPaC1C10.44040.44048.18.160.060.0265265C2C20.04320.04321.651.6510.610.646.546.5C3C30.04050.04050.590.593.43.414.314.3C4C40.02840.02840.230.231.251.255.355.35C4C40.01740.01740.0880.0880.4150.4151.721.72C6C60.02900.02900.0390.0390.170.170.700.70C7C7+0.40110.40110.0030.0030.0130.0130.0520.0

41、52级次脱级次脱气条件气条件平衡平衡常数常数第65页/共142页单级脱气计算结果单级脱气计算结果组分组分油井产物油井产物的摩尔浓的摩尔浓度度(n ni i)0.1MPa,490.1MPa,49度度的平衡常数的平衡常数KiKiNNL L=0.398=0.398NNL L=0.397=0.397NNL L=0.3973=0.3973C1C10.44040.44042652650.00280.00280.00280.00280.00280.0028C2C20.04320.043246.546.50.00150.00150.00150.00150.00150.0015C3C30.04050.04051

42、4.314.30.00450.00450.00450.00450.00450.0045C4C40.02840.02845.355.350.00790.00790.00790.00790.00790.0079C4C40.01740.01741.721.720.01220.01220.01220.01220.01220.0122C6C60.02900.02900.700.700.03540.03540.03540.03540.03540.0354C7C7+0.40110.40110.0520.0520.93500.93500.93710.93710.93570.9357 X Xi i0.99930

43、.99931.00141.00141.00001.0000第66页/共142页多级脱气计算结果多级脱气计算结果组分组分油井产物油井产物的摩尔浓的摩尔浓度度(n ni i)3.5MPa,493.5MPa,49度度的平衡常数的平衡常数KiKiNNL L=0.582=0.582NNL L=0.418=0.418C1C10.44040.44048.18.10.11100.11100.89910.8991C2C20.04320.04321.651.650.03390.03390.05600.0560C3C30.04050.04050.590.590.04890.04890.02880.0288C4C40

44、.02840.02840.230.230.04190.04190.00960.0096C4C40.01740.01740.0880.0880.02810.02810.00250.0025C6C60.02900.02900.0390.0390.04850.04850.00190.0019C7C7+0.40110.40110.0030.0030.68770.68770.00210.0021 X Xi i1.00001.00001.00001.0000第一级脱气计算结果第67页/共142页多级脱气计算结果多级脱气计算结果组分组分油井产物油井产物的摩尔浓的摩尔浓度度(n ni i)0.46MPa,0.

45、46MPa,4949度的平衡度的平衡常数常数KiKiNNL L=0.844=0.844NNL L=0.156=0.156C1C10.11100.111060.060.00.01090.01090.65300.6530C2C20.03390.033910.610.60.01350.01350.14300.1430C3C30.04890.04893.43.40.03550.03550.12070.1207C4C40.04190.04191.251.250.04030.04030.05040.0504C4C40.02810.02810.4150.4150.03090.03090.01280.0128

46、C6C60.04850.04850.170.170.05570.05570.00950.0095C7C7+0.68770.68770.0130.0130.81320.81320.01060.0106 X Xi i1.00001.00001.00001.0000第二级脱气计算结果第68页/共142页多级脱气计算结果多级脱气计算结果组分组分油井产物油井产物的摩尔浓的摩尔浓度度(n ni i)0.1MPa,490.1MPa,49度度的平衡常数的平衡常数KiKiNNL L=0.9486=0.9486NNL L=0.0514=0.0514C1C10.01090.01092652650.00070.000

47、70.19650.1965C2C20.01350.013546.546.50.00380.00380.18850.1885C3C30.03550.035514.314.30.02100.02100.30220.3022C4C40.04030.04035.355.350.03300.03300.17750.1775C4C40.03090.03091.721.720.02990.02990.05130.0513C6C60.05570.05570.700.700.05660.05660.03960.0396C7C7+0.81320.81320.0520.0520.85500.85500.04440.

48、0444 X Xi i1.00001.00001.00001.0000第三级脱气计算结果第69页/共142页单级脱气和多级脱气比较 脱气方式脱气方式计算公式计算公式计算结果计算结果一次脱气一次脱气NNL L0.39730.3973NNg g0.60270.6027多级脱气多级脱气NNL L=N=NL1L1*N*NL2L2*N*NL3L30.4660.466NNg g=N=Ng1g1+N+NL1L1*N*Ng2g2+N+NL1L1*N*NL2L2*N*Ng3g3 0.5340.534第70页/共142页C C 相图的计算相图的计算一个相图应该包括四个部分：一个相图应该包括四个部分：泡点线泡点线

49、露点线露点线 临界点临界点 两相区内等液量线两相区内等液量线 相图的计算分为四种情况：相图的计算分为四种情况：T=TcCT=TcC、DD两点两点 T TTcATcA、B B两点两点 T TTcETcE、F F两点两点 等液量线的确定等液量线的确定 第71页/共142页A A、温度等于临界温度时，相图的计算：、温度等于临界温度时，相图的计算：a 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CDCD线。线。b b根据系统组成，计算临界压力，那么临界状态点根据系统组成，计算临界压力，那么临界状态点C C即可

50、确定。即可确定。c c令计算的临界压力等于该系统的收敛压力（因为令计算的临界压力等于该系统的收敛压力（因为T=TcT=Tc，所以收敛压力不必反复试算），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（，根据这个收敛压力选出合适的图版，假定不同压力（P PPcPc）试算）试算 ，若，若 =1=1，则所假定压力即为临界温度下的露点压力，即图中，则所假定压力即为临界温度下的露点压力，即图中D D点，试算方法与前面介绍点，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的如何用露点方程计算露点压力相同。第72页/共142页B B、温度高于临界温度时相图的计算、温度高于临界温