油燃而声 第17期 | 地下油气藏中的流体
地下油气藏中的流体
地下油气藏中可能存在油、气、水三种（或相）不同的流体,或某一相（如原油）、某两相（如油、水）或三相同时流动。地层中原油的最大特点是溶解有大量的天然气，溶解在原油中的 天然气好似原油的润滑剂，有了它，原油容易流动，没有它，原油流动困难，甚至可能寸步难行，不同类型油藏的地层原油溶解天然气的量有很大差别。稠油之所以“稠”，就是因为溶解的天然气量很少，有的甚至没有溶解天然气。因此，地下原油中溶解的天然气的多少或量很重要，这个“量”的大小与某一特定的“压力值”直接相关。这个压力值很关键、很特别。如果地层压力低于这个压力值，溶解在原油中的天然气就从原油中开始“逃逸”出来；反之，如果地层压力高于这个压力值，也几乎不可能再有天然气进到原油中，因为原油中的天然气已经很饱和了，再也“盛”不下了，这个压力值专业上称之为泡点压力或饱和压力。
▲泡点压力或饱和压力示意图
油藏采掘过程中应当尽量维持地层压力高于这个“饱和压力值”，避免天然气从原油中“逃逸”出来。为什么原油采掘过程中不让它“逸”出来呢？因为它“逸”出来会消耗地层能量、增加地下原油的黏度和流动阻力，而且跑得比原油快，原油流动变得困难，就难以采掘出来了。
地下油气藏中，地层水中也有天然气的溶解。但通常它的数量很少，对油气采掘影响小。在大多数的实际研究和应用中，一般不考虑天然气在水中的溶解。
地下油气藏中的石油、天然气能否被成功采掘出来，除了与岩石中隐藏的“玄机”密切相关外，还与流体的压缩性、收缩性与膨胀性、黏度、密度等性质有很大关系。大家对黏度、密度都比较熟悉，因此，这里主要介绍流体的压缩性、收缩性与膨胀性。
知识小讲堂
Part 01
不同流体压缩能力不同
——流体的压缩性
简而言之，流体的压缩性是指流体的体积或密度随温度、压力的变化而变化。它可以衡量地下油气藏采掘过程中压力降低时的岩石、原油或气体、地层水的能量大小。天然气的压缩性比液体（原油、水）大得多，液体的压缩性比岩石的要大。通常是气体 > 原油 > 水 > 岩石。
Part 02
不同流体地下、地面“体态”各不同——流体的收缩性与膨胀性
在新闻报道中我们经常听到“某一盆地或某一地区发现油气藏， 该油气藏探明地质储量多少多少”。其实，这个地质储量是指油气藏中的油气在地面标准状态下（压力为1个大气压，温度为 20℃）的体积，而不是指地下体积。事实上，流体尤其是油气，地面、地下体积存在很大差异——这就是流体的收缩性与膨胀性。
我们知道，当我们对装有一定量气体的气球施加压力或改变温度时，气球的形状和体积均会发生变化。同样，油气藏流体在不同的压力和温度作用下也会发生形状和体积变化。
为了将在地层压力和温度下的流体体积转化为相同质量流体在地面状态下的体积，科学家们引入了流体体积系数的概念，即某一相流体地下体积与地面体积的比值，或者说地下体积是地面体积的多少倍。
通常，地层水溶解的天然气不多，地层水的体积系数并不大，一般在1.01 ～ 1.06，说明地层水在地下、地面体积差别不大。
▲天然气在石油和水中的溶解示意图
地下原油与地面原油相比，最大的不同在于地下原油溶解了天然气；同时，地下原油因油层的温度高（有的油藏温度已达 200 ℃）而膨胀，因地层压力大（有的地层压力已达到 200MPa，相当于一个指甲大小的面积上承受了 2000kg 的压力）而收缩。总体来看，一般情况下，地下原油的体积总是大于地面体积，或者说原油的体积系数一般大于1。
显然，地下天然气由于具有很大的压缩性，当从地下采掘到地面后，会发生几十倍甚至几百倍的膨胀，或者说天然气的体积系数总是远远小于1的。
▲原油的收缩示意图
▲天然气的膨胀示意图
我们下期再见！
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图文来源 | 《油气简史》
插画 | 侯雪梅
编辑 | 张奉圩
责编 | 王思翔
审核 | 刘仲铭