第一章 油藏流体的物理性质 所谓油藏流体系指储藏于地下的石油、石油伴生气（天然气）和地层水，油藏流体的 特点是处于高温、高压下，特别是其中的石油溶解有大量的烃类气体，从而使处于地下的 油藏流体的物理性质与其在地面的性质有很大的不同。显然，为了合理开发油藏、首先就 必须搞清油气水在地下的性质，及其随温度、压力的变化；进而根据这些变化，付油藏的 动态作出分析。另外，伴随油藏开采的进程，由于温度、压力的变化，油气的相态也随之 改变，与此同时，油气组成也改变。因此，要使油藏开采作到合理，对油藏的相态和油气 组成的变化也必须研究。 本章在介绍油气水高压物性的同时，主要讨论气相和液相、溶解和分离、膨张和收缩 等及其带给这些物性的变化。 第-一节天然气的高压物性 本节着重介绍与油藏开采有关的一些天然气特性，主要是天然气在高温、高压下的物 理特性，即所谓高压物性，其中包括按气体组成计算和从图版来获得这些物性参数的方 法。 一、天然气的组成 地下采出的可燃气体统称天然气。天然气是以石蜡族低分子饱和烃气体和少量非烃气 体组成的混合物。按其化学组成，甲烷(CH)占绝大部分(70~98%)，乙烷(C2H)、丙 烷(CH)、丁烷(CHo)等含量不多。此外，天然气中还含有少量的非烃类气体，如硫化 氢(HS)、有机硫（硫醇RSH、硫醚RSR等）、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、敏(N2) 及水汽(HzO);有时也含微量的稀有气体，如氨(He)和氩(Ar)等。 表1一1给出了典型的天然气组成。 表1一1典型的天然气组成 单位：体积百分数 成 分 然 气 产自油井的气 甲 烷 7098 50~92 乙 烷 1~10 5-15 痕迹~5 214 丁 烷 痕迹一2 110 : 烷 痕迹】 痕迹~5 己 烷 痕迹~0.5 痕迹一3 庚烷以上 痕迹~无 无0.5 氨 痕迹~5 二氧化碳 痕迹】 痕迹~4 疏化氢 偶然疼迹 无一痕迹一6 PDG
天然气中所含硫化氢(HS)是无色有毒的气体，对人畜有害。由于硫化氢的比重大于 1,也就是说它比空气重，故很容易在低凹处聚集。国内外都曾发生过由此而引起的硫化 氢中毒致使人畜死亡的事故。事物总是有其两面性的，当天然气中疏化氢含量较高时，也 可以为人所利用，有名的拉克气田就是以生产硫磺为主要产品而称著世界的。目前我国富 含硫化氢的气田也已为国家提供大量的硫磺产品。氨是一种稀有气体，天然气中含氨如达 1.0%(重量百分数)便可视为有工业价值。我国第一座现代化提氨工厂已在四川一气田投 产多年。天然气中还含有二氧化碳气体，如果含量高、气源足，在石油工业上可用来提高 油藏的原油采收率。 天然气组分的全分析，目前广泛采用气相色谱仪来进行。 天然气可有好几种分类方法。按矿藏分类，可分为气藏气、油藏气和凝析气藏气，气 藏气主要含甲烷，含量达80%以上，乙烷至丁烷的含量一般不大，戊烷以上的重烃或含景 甚微，或不含。油藏气也称伴生气，它包括溶解气和气顶气，它的特征是乙烷和乙烷以上 的烃类含量较气藏气高。凝析气藏采出的天然气，除含大量的甲烷外，戊烷和戊烷以上的 烃类含量也较高，即含有汽油成份。 根据汽油蒸汽的含量，天然气又可划分为富气和千气。其中汽油蒸汽含量在100克/米3 以上的称为富气，在100克/米3以下者称为干气。顾名思意，富气富含汽油蒸汽，它比汽 油蒸汽含量低的于气湿得多，故富气又称湿气。应该指出，富气和干气也有按甲烷含量和 地面油气比的大小来划分的，这里不再赘述。 另外天然气按其含硫量的多少还可以划分为净气和酸气。每1米3天然气中含硫量小 于1克者称为净气，大于1克的为酸气。 天然气的组成一般有三种表示方法，即重量组成、体积组成和摩尔组成。以摩尔组成 为例可表示如下： N yi= (1一1) 式中N;一组分的摩尔数； y,一一组分的摩尔分数，当以小数表示时，∑y:=1。 体积组成等于摩尔组成。重量组成换算成摩尔组成可通过下面的例子来说明。 〔例1一1)重量组成换算成摩尔组成的换算结果如下： 组 分 重量分数 分子 量M 承最分数/分子假 尔分数Y, p 饮 0.71 18.0 0.044 0.85 乙 烷 0.14 30.1 0.005 0.09 烷 0.09 44.1 n.002 0.04 0.06 58.1 0.001 0.02 1.00 N,=0.052 1.00 二、天然气的分子量和比重 天然气是多组分的混合气体，本身没有一个分子式，因此不能象纯气体那样，由分子 式计算出其恒定的分子量。天然气的分子量是人们假想出的分子量，即所谓视分子量。它 4 PDG
是把0℃、760毫米汞柱、体积为22.4米3的天然气所具有的重量定义为该天然气的公斤分 子量。天然气的组分不同，其分子量也不同：天然气的组分相同，而各组分含量不同时， 其分子量也不相同。因此，天然气的视分子量是根据天然气各组分含量计算出来的，即 M=EyiMi (1-2) 式中M:一组分i的分子量： y—一组分的摩尔分数， M一一天然气的视分子量。 〔例1一2〕根据例1一1的天然气摩尔组成算得的天然气分子量如下： 分 摩尔分数y: 分子量M: yiM 烷 0.e5 16.0 13.60 乙 烷 0.09 30.1 2,71 丙 0.04 44,1 1,76 T 烷 0,02 58,1 1,16 1.00 M=19.23 天然气的比重定义为：同温、同压下天然气的重度与干燥空气的重度之比。显然、其 比重是一无因次量，用符号可表示如下，即 Y=Pt (1-3) P. 式中°：和P分别为天然气和空气的重度，Y为天然气的比重。 气体比重可近似地认为是不随温度和压力变化的常数。 假设气体和空气两者的特性都遵循理想气体定律，式(1一3)可表示如下，即 MP/RT MM Y=M,P/RT=,=29 Y=M/29 (1-4) 式中M和M,其中M.=29一一分别为天然气和空气的视分子量， P和T—一分别为压力和温度： R—气体常数； Y一天然气的比重。 严格讲式(1一4)只是在天然气和空气服从理想气体定律时才是真实的，但通常天然 气的比重都可按式(1一4)来计算。显然，例1一1所给的天然气的比重为 Y=M/29=19.23/29=0.66 天然气的比重一般在0.5~0.7之间，个别含重烃或其它非烃类组分多者可能大于1。 三、天然气的状态方程 天然气的压缩状态方程是油藏工程中常用的状态方程，它可以由理想气体状态方程经 修正得到。众所周知，表征理想气体的体积与压力、温度关系的状态方程可以写成下式， PV=nRT (1-5) 式中P一气体的压力，大气压： PDG
V在压力P下的气体体积，升， T一一绝对温度，K, 丑一气体的摩尔数： R一一一通用气体常数、等于0.08205升·大气压/度·摩尔。 天然气是真实气体，它与理想气体的差别是，真实气体分子有一定的体积大小和质 量，而且分子之间有作用力；而理想气体分子则假设的是无体积大小和质量的质点，而且 分子之间也无作用力存在。显然，只有在低压下才可考虑把式(1-5)用于天然气的PVT 计算；而在高压下必须对该式进行修正，即引人一系数乙，从而得到天然气的压缩状态方 程如下， PV=ZuRT (1-6) 式中Z通常称之为压缩因子，它是给定压力和温度下，实际气体占有的体积与相同压力和 温度下的理想气体所占有的体积之比。实际气体由于分子本身具有体积，放较理想气体不 易压缩；而分子间的引力又使实际气体较理想气体易于压缩。压缩因子Z的大小拾徐反映 出这两个相反因素的综合结果。当Z值大于1时，即气体较理想气体难压缩；当Z值小于1 时，即气体较理想气体易压缩；而当Z值等于1时，实际气体则成为理想气体。乙值大小 与气体性质、温度和压力有关，通常必须用实验测出，做成图版备查，如图1一1到1一3 分别给出的是甲烷、乙烷和丙烷的压缩因子图版。 t:2 520C-40 340280 l.0 60 140 120 100 .60 1 0.6 60 70 175 1.3 280 52000 200 160 120 100 80 60 40 70 105 20350420 490 560 630 700 绝对压力，大气压 图1一1甲烷的压缩因子图版 6 邻 周 PDG
L.1 20℃ 140 320 280 240 20 0 26 0 200 240 0 400 520 20 400 320 0.1 240 2u0 70 105 360 20 490 560. 630 700 重对压力，大气压 图1一2乙烷的压缩因子图版 天然气是多组分烃类的气体混合物，它的工值可按对应状态定律求出。首先规定对应 温度T,和对应压力P如下： (1-7) P=P 式中T和P为气体所处的温度和压力；T:和P。为该气体的临界温度和临界压力。一些纯烃 和非烃气体的临界参数如表1一2所示。 对应状态定律指出，在相同的对应温度和对应压力下，所有的纯烃气体具有相同的压 缩因子。此外，对应状态定律还适用于气体和液体的许多其它物理性质。图1一1到图1一 3给出的三种纯烃气体经对应状态处理后如图1一4所示。 PDG