二氧化碳气井测试与评价方法.docx

1、二 氧 化 碳 气 井 测 试 与 评 价 方 法张 川 如 虞 绍 永 编 著石 油 工 业 出 版 社内 容 提 要本 书 描 述 了 二 氧 化 碳 气 体 的 物 理 化 学 性 质 及 相 态 特 征 , 分 析 了 二 氧 化 碳 气 体 与 烃 类 气 体 的 区 别 。 同 时 , 介 绍 了 二 氧 化 碳 气 井 的 测 试 工 艺 、 产 能 评 价 及 储 量 计 算 方 法 , 从 理 论 及 实 践 上 分 析 了 二 氧 化 碳 气 井 测 试 工 艺 中 应 注 意 的 事 项 , 具 有 一 定 的 实 用 价 值 。本 书 可 供 现 场 从 事 气 井 测

2、 试 与 评 价 的 技 术 及 管 理 人 员 使 用 , 也 可 供 院 校 相 关 专 业 师 生 参考 。图 书 在 版 编 目 ( CIP) 数 据二 氧 化 碳 气 井 测 试 与 评 价 方 法 / 张 川 如 . 虞 绍 永 编 著 . 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 1999.2ISB N 7 - 5021 - 2439 - X . 二 . 张 虞 . 二 氧 化 碳 井 - 测 试 技 术 二 氧 化 碳 井 - 评 价 . T E15中 国 版 本 图 书 馆 CI P 数 据 核 字 (98) 第 30501 号石 油 工 业 出 版 社 出 版( 1 00

3、 0 1 1 北 京 安 定 门 外 安 华 里 二 区 一 号 楼 )石 油 工 业 出 版 社 印 刷 厂 排 版 印 刷 新 华 书 店 北 京 发 行 所 发 行*7 8 7 10 9 2 毫 米 1 6 开 本 7 印 张 1 8 6 千 字 印 1 1 0 0 01 9 99 年 2 月 北 京 第 1 版 1 9 99 年 2 月 北 京 第 1 次 印 刷ISB N 7 - 5 0 21 - 24 3 9 - X/ T E20 1 2定 价 : 15 . 00 元目 录第 一 章 二 氧 化 碳 的 物 理 化 学 特 征 ( 1 )第 一 节 CO2 的 物 理 性 质 和

4、有 关 图 表 ( 1 )第 二 节 CO2 的 状 态 方 程 与 流 体 密 度 方 程 ( 4 )第 三 节 CO2 气 体 的 偏 差 系 数 ( 7 )第 四 节 CO2 气 体 的 粘 度 和 混 合 气 体 粘 度 ( 14 )第 五 节 CO2 气 体 的 饱 和 蒸 汽 压 曲 线 ( 16 )第 六 节 超 临 界 CO2 气 体 的 特 性 及 其 共 生 的 烃 类 油 气 ( 18 )第 七 节 CO2 的 物 理 参 数 ( 21 )参 考 文 献 ( 22 )附 表 ( 23 )第 二 章 二 氧 化 碳 气 井 测 试 的 相 态 分 析 ( 25 )第 一 节

5、 相 态 的 识 别 方 法 ( 25 )第 二 节 静 止 状 态 垂 直 井 筒 的 相 态 规 律 ( 25 )第 三 节 流 动 状 态 垂 直 井 筒 的 相 态 规 律 ( 30 )第 四 节 测 试 过 程 中 地 层 条 件 下 的 相 态 特 征 ( 33 )参 考 文 献 ( 38 )第 三 章 二 氧 化 碳 气 井 测 试 工 艺 ( 39 )第 一 节 CO2 气 井 测 试 方 案 的 讨 论 ( 39 )第 二 节 CO2 气 井 防 冰 堵 测 试 工 艺 及 流 程 ( 42 )第 三 节 临 界 速 度 流 量 计 产 气 量 计 算 ( 47 )参 考 文

6、 献 ( 50 )第 四 章 二 氧 化 碳 气 井 测 试 资 料 解 释 方 法 ( 51 )第 一 节 CO2 气 井 与 烃 类 气 体 的 渗 流 特 征 ( 51 )第 二 节 CO2 气 井 不 稳 定 试 井 拟 压 力 计 算 方 法 ( 52 )第 三 节 CO2 气 井 压 力 不 稳 定 试 井 的 常 规 试 井 分 析 方 法 ( 54 )第 四 节 CO2 气 井 测 试 资 料 的 现 代 试 井 解 释 方 法 ( 57 )第 五 节 封 闭 气 藏 拟 稳 态 压 降 测 试 资 料 的 分 析 ( 60 )第 六 节 多 产 量 CO2 气 井 测 试 分

7、 析 及 湍 流 系 数 的 确 定 方 法 ( 63 )第 七 节 CO2 气 井 实 例 测 试 资 料 的 解 释 ( 66 )参 考 文 献 ( 70 )第 五 章 二 氧 化 碳 气 井 产 能 评 价 及 储 量 计 算 方 法 ( 72 )第 一 节 CO2 气 井 的 产 气 方 程 ( 72 )第 二 节 CO2 气 井 ( 藏 ) 的 分 类 ( 75 )第 三 节 CO2 气 田 储 量 计 算 方 法 ( 78 )参 考 文 献 ( 93 )第 六 章 关 于 二 氧 化 碳 气 井 测 试 与 开 采 的 几 个 问 题 ( 95 )第 一 节 混 合 气 体 的 偏

8、 差 系 数 计 算 ( 95 )第 二 节 CO2 开 采 的 几 个 问 题 ( 106)第 三 节 CO2 驱 油 及 吞 吐 ( 107)参 考 文 献 ( 111)附 表 ( 112)2前 言随 着 工 农 业 的 发 展 , 地 下 的 CO2 资 源 已 日 益 被 人 们 所 重 视 。 据 统 计 , 国 内 外 CO2 的 应 用 已 有 40 多 项 。 我 国 在 油 气 勘 探 开 发 过 程 中 , 已 在 16 个 省 市 的 31 个 地 区 先 后 发 现 了 天 然CO2 资 源 ; 这 些 地 区 包 括 江 苏 黄 桥 、 广 东 三 水 、 吉 林 万

9、 金 塔 、 河 北 任 丘 、 天 津 大 港 、 胜 利 滨南 以 及 东 海 、 南 海 等 。 国 内 部 分 地 区 已 对 天 然 CO2 资 源 进 行 了 开 采 , 并 应 用 于 机 械 、 化 工 、 食 品 、 饮 料 等 领 域 。 在 提 高 原 油 采 收 率 的 技 术 中 , 江 苏 富 民 地 区 已 将 天 然 CO2 气 应 用 于 石油 开 采 的 吞 吐 工 艺 技 术 , 并 取 得 了 较 好 的 经 济 效 益 。为 了 更 好 地 、 合 理 科 学 地 开 采 CO2 气 田 资 源 , 必 须 对 CO2 气 田 进 行 测 试 及 评

10、价 。 然 而 , CO2 气 井 的 测 试 在 我 国 还 是 一 个 新 的 问 题 。 据 广 泛 调 研 , 国 内 外 有 关 CO2 气 井 测 试 和 开 采 技 术 的 有 关 文 献 也 发 表 得 很 少 。 对 于 CO2 气 井 测 试 资 料 的 分 析 , 由 于 其 独 特 的 相 态 特 征 , 也 必 须 用 独 特 的 方 法 进 行 分 析 。 1977 年 广 东 三 水 第 一 口 高 产 CO2 气 井 失 控 井 喷 , 损 耗 天 然CO 气 2.16108 m3 。 该 井 在 测 试 过 程 中 因 孔 板 管 线 冰 堵 , 测 试 产

11、量 与 压 力 稳 定 程 度 都 达 不到 要 求 。 1982 年 在 吉 林 万 金 塔 地 区 , 对 三 口 CO2 气 井 进 行 了 测 试 , 采 用 油 嘴 保 温 措 施 方 法 , 结 果 也 没 有 解 决 好 孔 板 与 管 线 的 冰 堵 难 题 , 测 试 未 获 成 功 。 1983 年 原 地 质 矿 产 部 华 东 石 油地 质 局 在 苏 北 黄 桥 地 区 发 现 了 高 产 CO2 气 田 , 并 开 始 了 对 CO2 气 井 测 试 工 艺 的 研 究 工 作 。 在 后 来 的 测 试 过 程 中 , 运 用 基 础 科 学 有 关 CO2 的

12、理 化 特 性 , 结 合 油 气 井 测 试 的 相 关 技 术 , 研 究 出 了 一 套 适 合 于 CO2 气 井 测 试 的 独 特 方 法 。 该 方 法 不 采 取 地 面 保 温 措 施 , 也 能 保 证 气井 测 试 成 功 。近 年 来 , 运 用 该 方 法 已 对 10 多 口 气 井 进 行 了 成 功 的 测 试 。 由 于 CO2 气 体 和 烃 类 气 体 在 本 质 特 性 上 有 较 大 的 差 别 , 因 此 , 对 CO2 气 井 及 烃 类 气 井 的 测 试 也 有 很 大 不 同 。 总 结 其 影响 测 试 的 工 艺 特 点 , 有 以 下

13、几 点 :(1 ) CO2 气 井 具 有 较 大 的 流 体 密 度 , 在 标 准 状 态 下 , CO2 的 密 度 较 甲 烷 密 度 约 大 3 倍 。 在 气 层 条 件 下 是 超 临 界 气 体 , 其 密 度 可 达 500 700kg/ m3 , 流 体 密 度 近 似 于 液 体 的 密 度 值 。(2 ) CO2 气 井 在 垂 向 井 筒 内 的 相 态 分 布 主 要 受 临 界 温 度 的 影 响 。 在 静 止 状 态 下 , 垂 向 井 筒 的 流 体 密 度 为 ( 包 括 液 相 、 气 相 或 饱 和 蒸 汽 相 等 ) 800 500kg/ m3 ,

14、其 上 部 为 液 相 , 下 部 为 气 相 , 流 体 密 度 分 布 呈 上 大 下 小 的 反 向 特 征 。 在 流 动 状 态 下 , 液 相 转 变 为 饱 和 蒸 汽 相 或 不 饱 和 蒸 汽 相 , 流 体 密 度 呈 上 小 下 大 的 正 常 重 力 分 布 。(3 ) CO2 的 偏 差 系 数 较 烃 类 气 体 有 较 大 的 区 别 。 如 果 在 储 气 空 间 体 积 相 同 的 条 件 下 , 由 于 CO2 的 偏 差 系 数 小 , 流 体 密 度 大 , 因 此 , 气 藏 的 地 质 储 气 丰 度 较 烃 类 气 体 大 。(4 ) CO2 气

15、井 测 试 过 程 会 产 生 连 续 相 态 变 化 , 因 此 , 当 降 压 吸 热 时 , 地 面 管 线 设 备 将 凝 结 成 很 厚 的 白 色 冰 霜 。 当 温 度 降 到 0 时 , 则 会 形 成 测 试 管 串 中 的 冰 堵 , 影 响 测 试 资 料 的 准 确 性 。(5 ) 由 于 CO2 在 井 筒 内 气 体 相 态 复 杂 , CO2 气 井 测 试 无 法 应 用 井 口 压 力 来 换 算 地 层 压 力 与 流 动 压 力 , 必 须 下 入 井 底 压 力 计 实 测 地 层 压 力 与 地 层 温 度 。(6 ) CO2 对 井 下 设 备 和

16、地 面 管 线 有 腐 蚀 作 用 , 腐 蚀 速 度 取 决 于 CO2 气 在 水 溶 液 中 的 含量 , 在 生 产 测 试 过 程 中 要 考 虑 用 缓 蚀 剂 抑 制 CO2 对 设 备 管 线 的 腐 蚀 。(7 ) CO2 的 开 采 是 非 连 续 性 的 , 因 销 售 市 场 而 定 。 因 此 , 产 气 量 是 不 稳 定 的 , 无 法 采 取 常 规 的 动 态 分 析 方 法 , 例 如 产 量 递 减 曲 线 法 , 来 预 测 气 藏 的 动 态 特 征 。(8 ) CO2 虽 然 是 无 毒 无 害 和 不 可 燃 的 气 体 , 但 当 地 面 浓 度

17、 超 过 2 % 时 , 对 人 体 有 窒 息 作用 , 将 危 及 人 身 安 全 。 因 此 , 在 开 采 和 测 试 过 程 中 必 须 采 取 有 效 的 安 全 防 范 措 施 。总 之 , 本 书 正 是 考 虑 了 以 上 CO2 气 体 的 独 特 的 理 化 特 性 , 从 理 论 和 实 践 中 研 究 和 总 结 出 了 CO2 气 井 的 测 试 和 评 价 方 法 。 近 年 来 , 通 过 在 吉 林 、 江 苏 及 辽 河 等 地 的 多 口 CO2 气 井 的 应 用 , 证 明 所 用 的 方 法 和 理 论 是 可 行 的 。 本 书 的 编 写 目 的

18、 就 是 要 将 这 些 方 法 介 绍 给 广 大 的 现 场 工 程 技 术 人 员 , 以 便 科 学 合 理 地 开 发 CO2 气 田 。此 外 , 本 书 主 要 作 者 由 于 长 期 在 油 田 从 事 现 场 工 作 , 理 论 水 平 有 限 , 因 此 , 书 中 难 免 会 有 各 种 缺 点 和 错 误 , 敬 请 专 家 和 有 关 技 术 人 员 指 正 。本 书 编 写 分 工 为 : 张 川 如 编 写 了 第 一 、 二 、 三 、 五 、 六 章 的 初 稿 ; 虞 绍 永 编 写 第 四 章 , 并 对 一 、 二 、 三 、 五 、 六 章 的 内 容

19、 进 行 了 修 改 整 理 。 四 川 石 油 管 理 局 的 王 鸣 华 在 早 期 曾 给 予 很 大 的 帮 助 ; 陈 元 千 教 授 对 初 稿 提 出 了 一 些 修 改 意 见 ; 刘 慰 宁 教 授 对 本 书 稿 进 行 了 审 阅 并 写 出 了 书 面 评 语 。 另 外 , 高 焕 章 、 胡 承 先 、 田 相 媛 、 周 正 平 、 何 宏 现 、 叶 芳 春 等 同 志 也 做 过 一 些 工 作 , 特 在 此 一 并 表 示 衷 心 的 感 谢 。 1 第 一 章 二 氧 化 碳 的 物 理 化 学 特 征第 一 节 CO2 的 物 理 性 质 和 有 关

20、图 表 1 2在 标 准 状 态 下 , CO2 是 无 色 无 臭 略 有 酸 味 的 气 体 , 比 空 气 重 , 相 对 密 度 为 1.5192 , 不 能 燃 烧 。 CO2 气 体 是 一 种 容 易 被 液 化 的 真 实 气 体 。 随 着 环 境 温 度 与 压 力 的 变 化 , 其 物 理 状 态 可 有 气 态 、 液 态 和 固 态 三 相 。 在 常 温 下 ( 31 以 下 ) 能 压 缩 呈 液 体 , 常 压 下 ( 0.535M Pa 以 下 ) 能 冷 凝 呈 固 体 干 冰 , 随 着 温 度 的 升 高 , 固 态 干 冰 又 可 升 华 呈 蒸 汽

21、 。 图 1 - 1 为 CO2 气 体 的 相 态 分 布 图 。表 1 - 1 , 表 1 - 2 分 别 给 出 了 CO2 密 度 随 温 度 变 化 的 规 律 。 2 , 其 密 度 ( ) 值 将 随 温 度 增 高 而 降 低 , 变 化 范 围 为 = 463.9 1177.9kg/ m3 ; 而 汽 态 CO2 密 度 则 随 着 温 度 增 高 而 增 高 , 范 围 为 = 13.8 463.9kg/ m3 。 固 态 干 冰 的 密 度 值 范 围 为1512.4 1595.2 kg/ m3 ( - 100 时 ) ; 随 着 温 度 的 增加 , 其 值 将 少 有

22、 下 降 。 图 1 - 2 为 CO2 两 相 区 的 密 度 图 。图 1 - 3 是 用 CO2 温 熵 图 所 作 的 相 态 分 布 图 。 该 图 表 明 : 高 于 临 界 温 度 ( 31.15 ) 是 气 相 区 。 而当 温 度 低 于 临 界 温 度 时 , 可 划 分 为 三 种 物 理 状 态 : (1 ) 压 力 高 于 饱 和 蒸 汽 压 线 所 对 应 的 温 度 , 即 饱 和 液 体 线 左 方 是 过 冷 液 相 区 ; ( 2) 压 力 低 于 饱 和 蒸 汽 压 线 所 对 应 的 温 度 , 即 干 饱 和 蒸 汽 压 线 右 方 是 过 热 蒸 汽

23、 区 ( 或 叫 不 饱 和 蒸 汽 区 ) ; ( 3 ) 饱 和 液 体线 和 干 饱 和 蒸 汽 线 所 包 围 的 区 域 称 作 为 汽 液 两 相 区 , 亦 称 饱 和 蒸 汽 区 。 在 汽 液 两 相 区 , 因 其 汽 液 两 相 的 比 例 不 同 ( 亦 称 作 干 湿 程 度 不 同 ) , 可 划 分 不 同 的 区 域 。图 1 - 1 CO2 相 态 分 布 图 1 7 4 井 静 态 实 测 点 ; 1 7 4 井 流 量 实 测 点设 X 为 含 液 体 量 的 湿 度 , 则 : X = 0 为 饱 和 液 体 线 ; X = 0.1 , X = 0.2

24、, , 随 着 X增 大 , 含 液 体 的 比 例 减 少 ; X = 1 是 干 饱 和 蒸 汽 线 , 此 时 其 液 相 含 量 为 零 。在 两 相 区 内 , 因 其 干 湿 程 度 不 同 , 其 密 度 有 较 大 变 化 , 故 其 偏 差 系 数 也 将 有 较 大 变 化 。 对 于 CO2 流 体 来 说 , 如 图 1 - 1 所 示 , 临 界 温 度 是 至 关 重 要 的 物 性 参 数 。 当 温 度 高 于 临界 温 度 时 , 在 任 何 压 力 值 下 , CO2 都 不 会 变 成 液 体 。 临 界 压 力 是 划 分 单 相 区 和 多 相 区 的

25、 分 界 线 ; 当 压 力 高 于 临 界 压 力 时 , CO2 呈 单 相 气 体 或单 相 液 体 : 当 温 度 高 于 临 界 温 度 时 呈 超 临 界 气 相 ; 当 温 度 低 于 临 界 温 度 时 呈 过 冷 液 相 。 当 压 力 低 于 临 界 压 力 时 , 则 将 出 现 汽 相 区 、 液 相 区 和 两 相 区 。 如 果 温 度 再 继 续 降 低 到 - 56.6 时 , 则 还 可 能 出 现 汽 、 固 、 液 三 相 点 或 固 、 汽 两 相 区 。 2 图 1 - 2 两 相 区 的 密 度 图表 1 - 1 二 氧 化 碳 的 密 度 随 温

26、度 的 变 化温 度 密 度 , k g/ m3 温 度 密 度 , k g/ m3 液 体 蒸 汽 液 体 蒸 汽3 1. 0 46 3 . 9 4 6 3. 9 - 12 . 5 9 93 . 8 6 5 .33 0. 0 59 6 . 4 3 3 4. 4 - 15 . 0 1 00 6 . 1 6 0 .22 7. 5 66 1 . 0 2 7 5. 1 - 17 . 5 1 01 8 . 5 5 5 .72 5. 0 70 5 . 8 2 4 0. 0 - 20 . 0 1 02 9 . 9 5 5 .42 2. 5 74 1 . 2 2 1 2. 0 - 22 . 5 1 04 1

27、 . 7 4 7 .52 0. 0 77 0 . 7 1 9 0. 2 - 25 . 0 1 05 2 . 6 4 3 .81 7. 5 79 5 . 5 1 7 8. 7 - 27 . 5 1 06 3 . 6 4 0 .21 5. 0 81 7 . 9 1 5 8. 0 - 30 . 0 1 07 4 . 2 3 7 .01 2. 5 83 8 . 5 1 4 4. 7 - 32 . 5 1 08 4 . 5 3 3 .91 0. 0 85 8 . 0 1 3 3. 0 - 35 . 0 1 09 4 . 9 3 1 .27. 5 87 6 . 0 1 2 2. 3 - 37 . 5 1

28、10 5 . 0 2 8 .75. 0 89 3 . 1 1 1 3. 0 - 40 . 0 1 11 5 . 0 2 6 .22. 5 91 0 . 0 1 0 4. 3 - 42 . 5 1 12 5 . 0 2 3 .90. 0 92 4 . 8 9 6 .3 - 45 . 0 1 13 4 . 5 2 1 .8- 2 . 5 94 0 . 0 8 9 .0 - 47 . 5 1 14 4 . 4 1 9 .9- 5 . 0 95 3 . 8 8 2 .4 - 50 . 0 1 15 3 . 5 1 8 .1- 7 . 5 96 8 . 0 7 6 .2 - 55 . 0 1 17 2

29、. 1 1 4 .8- 10 . 0 98 0 . 8 7 0 .5 - 56 . 6 1 17 7 . 9 1 3 .8 3 表 1 - 2 二 氧 化 碳 的 密 度 随 温 度 的 变 化密 度 , kg/ m3 密 度 , kg/ m3温 度 固 体 蒸 汽温 度 固 体 蒸 汽- 56 . 6 1 51 2 .4 1 3 .8 4 - 8 0 1 56 6 . 1 2 . 51 0- 60 . 0 1 52 1 .9 1 0 .9 7 - 8 5 1 57 4 . 8 1 . 67 2- 65 . 0 1 53 4 .6 7 . 74 - 9 0 1 58 2 . 2 1 . 08

30、7- 70 . 0 1 54 6 .1 5 . 39 - 9 5 1 58 8 . 9 0 . 69 3- 75 . 0 1 55 6 .5 3 . 71 - 1 0 0 1 59 5 . 2 0 . 42 8- 78 . 9 1 56 4 .0 2 . 74图 1 - 3 CO2 气 井 相 态 分 布 图图 1 - 4 是 安 德 鲁 在 1869 年 通 过 对 CO2 所 作 的 等 温 压 缩 实 验 , 得 到 的 CO2 气 、 液 等 温线 图 。 该 图 纵 坐 标 为 压 力 , 横 坐 标 为 比 容 3 。据 热 工 学 的 定 义 : 比 容 为 密 度 的 倒 数

31、, 它 是 单 位 工 质 质 量 所 占 有 的 容 积 , 用 符 号 v( m3/ kg) 来 表 示 :式 中 V 容 积 , m3 ;m 质 量 , kg。v = V m ( 1 - 1) 4 R =该 实 验 在 压 容 图 上 有 一 些 等 温 线 簇 , 即 : ( 1) 当 温 度 高 于 31 时 , 等 温 线 簇 近 似 于理 想 气 体 的 等 温 线 , 呈 等 轴 双 曲 线 形 状 。 ( 2) 当 温 度 低 于 31 时 , 不 同 的 等 温 线 簇 中 都 有 一 段 水 平 线 段 , 这 些 线 段 说 明 气 体 凝 结 成 液 体 的 过 程

32、。 例 如 : 点 e, d,b 为 不 同 压 力 下 的 气 体 凝 结 ,至 点 b 为 凝 结 结 束 后 呈 液 相 区 。 当 温 度 升 高 到 31 时 ,相 应 于 两 相 共 存 的 水 平 线 段 浓 缩 呈 一 点 , 说 明 温 度 高 于 临界 温 度 以 后 就 不 再 液 化 。 ( 3) 如 果 将 开 始 凝结 的 各 点 e , e , e, c 连 成 一 条 线 , 则 该 线 即 为 饱 和 蒸 汽 压 线 。 如 果 再 将 凝 结 终 结 点 b , b , b , c 连 成 一 条 线 , 则 该 线 为 饱 和 液 体 线 。 该 曲 线

33、左 方 为 比 容 最 小 ( 即 密 度 最 大 ) 的 液 相 区 ; 饱 和 蒸 汽 压 线 的 右 方 为 不 饱 和 汽相 区 。图 1 - 4 CO2 的 压 容 图第 二 节 CO2 的 状 态 方 程 与 流 体 密 度 方 程一 、 CO2 的 状 态 方 程据 波 义 耳 查 理 定 律 , 理 想 气 体 的 状 态 方 程 式 可 用 下 式 来 表 示 :p V = n R T ( 1 - 2)式 中 p气 体 的 绝 对 压 力 , MPa;V 气 体 的 体 积 , m3 ;T 气 体 的 绝 对 温 度 , K ;n 在 p , V , T 条 件 下 的 摩

34、尔 数 ;R 气 体 常 数 。按 我 国 法 定 计 量 单 位 , 通 用 气 体 常 数 的 定 义 是 : 在 标 准 状 态 下 ( 即 压 力 为 0.101325 M Pa; 温 度 为 273.15K 时 ) 1 摩 尔 的 气 体 所 占 据 22.4m3 的 标 准 容 积 。 故 通 用 气 体 常 数 的 值 计 算 如 下 :0 .1 01 32 5 22 .41 237.15 = 0.008314 M Pa m3 kmolK或R = 8.3143 J/ ( mol K) = 8314.3 J/ ( kmol K )在 有 些 情 况 下 , 真 实 气 体 也 可

35、以 近 似 地 看 成 理 想 气 体 。 如 远 离 液 态 的 真 实 气 体 皆 可 以 看 5 22成 接 近 于 理 想 气 体 。 但 接 近 液 态 的 真 实 气 体 都 必 须 作 为 真 实 气 体 。CO2 在 常 规 的 条 件 下 ( 25 , 0.1 M Pa ) 较 空 气 重 50 % 。 当 温 度 低 于 31 时 会 产 生 液化 , 流 体 密 度 变 大 , 并 有 较 低 的 偏 差 系 数 。 考 虑 CO2 的 特 性 必 须 按 真 实 气 体 来 对 待 , 其 气 体 常 数 与 通 用 气 体 常 数 亦 应 该 有 一 定 的 区 别

36、。据 文 献 1 2 , 在 标 准 状 态 下 , 1 摩 尔 气 态 的 CO 将 占 据 22.26m3 的 容 积 ( 分 子 容 积22.26m3/ kg) 。 如 果 仍 沿 用 以 上 公 式 , 则 CO 的 气 体 常 数 应 为 :RCO2 = 0.10 13 25 2 2.26 1 237.15 = 0.0082573 MPa m3 kmolK若 采 用 法 定 计 量 单 位 , 则 RCO2 = 8314.3/ 44.01 = 188.9 gRC O2常 数 值 , 则 RC O2 = 8257.3/ 44.01 = 187.6 g 2 气 体 的 相 对 分 子 质

37、 量M = 44.01。以 上 计 算 结 果 表 明 : 两 种 方 法 所 计 算 的 气 体 常 数 与 通 用 气 体 常 数 误 差 并 不 太 大 。二 、 CO2 的 密 度 方 程密 度 是 质 量 ( m ) 与 体 积 ( V ) 的 比 值 , 即 : = m V ( kg/ m3 ) ( 1 - 3)气 体 的 摩 尔 数 ( n ) 是 质 量 ( m ) 与 相 对 分 子 质 量 之 比 , 故 有 :n = m M ( 1 - 4)代 入 式 ( 1 - 2 ) , 即 得 :p V = m R T ( 1 - 5)M考 虑 偏 差 系 数 对 真 实 气 体

38、的 影 响 , CO2 的 密 度 可 计 算 为 :p = m R T ZV M ( 1 - 6) C O = p M 2 ZRCO2 T( 1 - 7)气 体 的 相 对 分 子 质 量 可 表 示 为 :M = Mai rg ( 1 - 8)式 中 Ma i 空 气 的 相 对 分 子 质 量 (28.97 ) ;MCO2 的 相 对 分 子 质 量 (44.01 ) ;rg CO2 的 相 对 密 度 , 纯 CO2 的 相 对 密 度 为 rg = 1.5192。 故 , 式 ( 1 - 7 ) 又 可 以 写 成 : 6 CO 2 8.97 rg p= ( 1 - 9)2 ZRCO

39、 T2在 石 油 与 天 然 气 工 业 中 , 常 用 压 力 梯 度 的 概 念 , 故 , 若 将 井 筒 内 某 点 的 CO2 的 密 度( kg/ m3 ) 用 压 力 梯 度 ( 单 位 为 MPa/ 100m ) 来 表 示 , 则 上 式 可 改 写 为 : C O2 89 7 rg GD= (1 - 10)2 ZRCO T2其 中GD = d pd D式 中 GD 井 筒 内 某 点 的 压 力 梯 度 , MPa/ 100m ;D深 度 , m。在 实 际 CO2 气 井 测 试 过 程 中 , 由 于 井 下 流 体 密 度 的 复 杂 性 , 常 用 垂 直 井 筒

40、实 测 压 力 梯度 ( 即 井 下 压 力 计 每 100m 的 压 力 差 值 ) 来 表 示 CO2 气 井 垂 直 井 筒 内 的 流 体 密 度 变 化 。 据 实际 CO2 气 井 测 试 资 料 表 明 , 应 用 式 ( 1 - 7 ) 所 计 算 的 流 体 密 度 和 压 力 计 实 测 的 流 体 密 度 相一 致 。 由 于 CO2 的 气 体 常 数 与 通 用 气 体 的 气 体 常 数 误 差 并 不 太 大 , 实 际 计 算 时 还 可 选 用 通用 气 体 的 气 体 常 数 。 表 1 - 3 为 随 压 力 和 温 度 变 化 的 CO2 密 度 数 据

41、 表 , 该 表 列 出 了 不 同 压力 、 温 度 下 的 密 度 值 。 因 此 可 以 利 用 数 据 表 查 出 不 同 压 力 和 温 度 下 的 流 体 密 度 ( 也 可 以 进 行 内 插 求 值 ) 。表 1 - 3 二 氧 化碳 的 密 度 ( kg/ m3 )温 度 , 压 力 , 1 02 kP a2 5 50 7 5 10 0 1 5 0 2 00 2 5 0 3 00 35 00 6 0 .1 94 7 9 5 4 9 69 9 9 7 1 01 7 10 3 5 1 0 53 10 6 71 0 5 6 .1 86 4 8 9 1 9 14 9 5 0 9 77

42、 10 0 0 1 0 19 10 3 52 0 5 2 .7 1 42 . 3 8 1 0 8 55 9 0 1 9 3 3. 5 96 0 9 8 3. 2 10 0 33 0 4 9 .9 1 26 . 1 6 5 5 78 2 8 5 0 8 8 8. 7 9 1 9 9 46 9 68 . 54 0 4 7 .6 1 13 . 5 23 0 .5 63 8 7 8 5 8 4 1. 5 87 7 . 1 9 0 7. 7 9 33 . 95 0 4 5 .6 1 05 . 2 19 3 .2 3 90 . 1 7 0 5 7 8 5. 5 83 4 . 7 8 6 8. 7 89 9

43、6 0 4 3 .7 9 8. 4 17 2 .6 2 86 . 8 6 0 4 7 24 78 8 . 9 8 2 9. 2 8 63 . 47 0 4 2 .1 9 3. 0 15 8 .4 2 47 . 8 5 0 4 6 6 0. 5 73 7 . 9 7 8 8. 2 82 78 0 4 0 .6 8 8. 3 14 6 .9 2 21 . 5 4 3 0 5 9 3. 5 68 7 . 2 7 4 6. 6 7 89 . 89 0 3 9 .1 8 4. 5 13 8 .1 2 01 . 9 3 7 3 5 3 2. 5 63 5 . 9 7 04 7 52 . 21 0 0 3

44、7 .8 8 1. 0 13 0 .5 1 87 . 7 3 3 3 4 8 1. 5 5 8 8 6 63 71 61 5 0 3 2 .5 6 7. 4 10 5 .4 1 46 . 1 23 3 .7 3 2 6. 7 41 5 . 1 4 9 2. 5 5 54 . 92 0 0 2 8 .8 5 8. 6 8 9 . 0 12 2 1 9 0 2 5 9. 1 32 7 . 1 3 9 0. 7 4 49 . 1注 : 数 据 为 汽 相 区 ; 数 据 为 液 相 区 。 7 2根 据 表 1 - 3 可 以 绘 出 CO2 密 度 图 ( 如 图 1 - 5 所 示 ) 。 图

45、1 - 5 表 明 , CO2 的 密 度 和 压 力 呈 正 比 关 系 , 即 压 力 越 高 , 密 度 越 大 ; 与 温 度 却 呈 反 比 关 系 , 即 温 度 越 高 , 密 度 越 小 。 当 温 度 低 于 31 时 , 汽 液 两 相 区 的 密 度 变 化 较 大 。 通 过 对 数 口 CO2 气 井 的 实 际 资 料 分 析 发 现 : 静 止 状 态 时 , 垂 直 井 筒 内 的 流 体 密 度 变 化 是 上 大 下 小 , 呈 反 向 特 征 ; 而 在 流 动 状 态 时 , 垂 直 井 筒 内 的 流 体 密 度 则 呈 正 常 重 力 分 布 特 征

46、 。图 1 - 5 CO2 的 密 度 图第 三 节 CO 气 体 的 偏 差 系 数 3一 、 CO2 气 体 的 偏 差 系 数偏 差 系 数 亦 称 为 压 缩 因 子 , 系 指 在 相 同 压 力 与 温 度 条 件 下 的 实 际 气 体 体 积 与 理 想 气 体 体 积 的 比 值 。令 阿 马 格 数 A 为 :A = p Vpo Vo (1 - 11)偏 差 系 数 Z 为 :V oZ = V (1 - 12)而Z = p V p V TscR T 或 Z =故po V o T (1 - 13)Z = ATs cT (1 - 14)式 中 po , Vo 理 想 气 体 的

47、 压 力 与 体 积 ;p , V真 实 气 体 的 压 力 与 体 积 ;T sc 标 准 状 态 的 气 体 温 度 , K ;T 实 际 气 体 温 度 , K。偏 差 系 数 Z 和 对 比 压 力 与 对 比 温 度 有 关 。 相 同 的 对 比 压 力 和 对 比 温 度 下 应 具 有 相 同 的 8 偏 差 系 数 。对 于 常 规 烃 类 天 然 气 来 说 , 其 偏 差 系 数 Z 的 求 取 , 可 采 用 凯 氏 定 律 ( Kay s Rule ) 和 压 缩 系 数 图 版 ( 图 1 - 6 ) 法 。 使 用 时 应 先 求 得 混 合 气 体 的 对 比

48、温 度 及 对 比 压 力 , 公 式 如 下 :对 比 温 度 :对 比 压 力 :图 1 - 6 烃 类 气 体 的 压 缩 系 数 图 版Tr = T/ Tc (1 - 15)pr = p/ pc (1 - 16)式 中 T c 气 体 的 临 界 温 度 , K;pc 气 体 的 临 界 压 力 , MPa ;T 真 实 气 体 的 绝 对 温 度 , K ;p真 实 气 体 的 绝 对 压 力 , MPa。 9 Z =然 后 , 再 利 用 Tr 与 pr 的 值 在 图 1 - 6 中 查 取 Z 值 。对于 CO2 气 体 , 由 于 其 相 态 变 化 较 大 , Z 值 的 变 化 幅 度 也 大 , 因 此 , CO2 气 体 的 Z 值 求 取 不 能 简 单 采 用 通 用 气 体 的 偏 差 系 数 图 版 。通 常 求 取 CO2 的 Z 值 的 方 法 有 如 下 三 种 :(1 ) 实 验 室 内 用 天 然 CO2 试 样 测 定 偏 差 系 数 。 具 体 方 法 是 : 首 先 在 气 藏 平 均 压 力 和 温 度 下测 定 某 一 试 样 的 体 积 , 然 后 , 在 大 气 压 下 , 在 能 使 气 样 为 蒸 汽 相 的 温 度 下 再 测 定