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第二章 天然气的相特性 烃类的相特性 烃－水系统相特性 烃－二氧化碳系统相特性 在天然气开采、集输及处理与加工过程中，天然气往往会发生相态的变化，液态变成气相或气相变成液相。含水天然气在加工过程中会生成水合物固体或所含水蒸汽冷凝出现水相，含二氧化碳的天然气在低温下会生成固体等等。所以研究天然气的相态特性以及含水和二氧化碳天然气的相态特性，对于指导天然气的开采和加工具有重大的指导意义。本章要研究的相态体系为： 纯组分体系的相态特性 两组份体系的相态特性 多组份体系的相态特性 相态特性的实际应用 第一节 烃类的相态特性 一、纯组分体系 由相律，F= C-φ+2 可知 纯组分，C＝1； 当 Φ＝1时，F＝2 Φ＝2时，F＝1 Φ＝3时，F＝0 体系的最大自由度为 2，当固定一个变量时，利用平面坐标即可描述其相态关系。 FH－气、固相平衡线 HD－固、液相平衡线 HC－气、液相平衡线 H点－三相点 C点－临界点（Pc,Tc) 气体、过热蒸汽、超临 界流体的区别 1. 纯组分的 P-T图 压缩液体 气体 超临界气体 过热蒸汽 2. 纯组分体系的 p-h 和T-S 图 二、两组份体系 ① M点温度：气、液能够平衡共存的最高温度，称为临界冷凝温度（TM）。 ② N点压力：气、液能够平衡共存的最高压力，称为临界冷凝压力（PN） ③ TM-TC、PN-PC并不重合 ④ 反凝析现象：由HJ线和KL线说明 天然气多属于多组分体系。由于多组份体系中的（C－1）个组分已经固定，所以其自由度和两组分体系相同，相图也和二组份相图类似。但由于对组分体系中组分之间沸点差别较大，因此它们的相包络区比两组份体系更宽一些，见图2－5所示。 三、多组份体系 四、 相特性的实际应用 原油储层：在泡点线上边，储层为液体，即原油层。 凝析气储层：在露点线外，气体储层，开采中（降压）有液体析出，所以叫凝析气储层。 天然气储层：DD’线有液体析出，称为富天然气层；EE’线为“干”（或“贫”）天然气层。 相图的形状及临界点的位置与储层流的组成有密切关系。图2－6给出了临界点的可能位置： A－B：干天然气（甲烷摩尔数大于80％）临界点的可能位置； B－C：富天然气临界点可能的位置； C点：多数原油储层临界点的可能位置； D：重质油储层临界点可能的位置。 天然气中水的危害 天然气水含量的预测 天然气水合物 水合物形成条件预测 烃－水体系的相特性 第二节 烃－水体系相特性 不论是气田气还是伴生气，从井口采出后都含有饱和水。天然气中含有的这种饱和水蒸气的量通称为天然气的含水量；以液态的形式存在于天然气中水，我们称之为游离水或液态水。 天然气中水的危害： ① 降低了天然气的热值和输气管道的输送能力。 ② 当温度降低或压力增加时，天然气中的水会呈液相析出，在管道或设备中造成积液，增加流动压降，加速天然气中酸性组分对管道和设备的腐蚀。 ③ 液态水在冰点时会结冰，在高压低温下形成水合物，堵塞管道或阀门。因此，在天然气的加工处理过程中，首先要除去天然气中的水。 一、天然气中水的危害 预测方法 用图来查取天然气的水含量。根据天然气的温度、 压力及酸性组分含量来确定其水含量。 应用状态方程来进行多组份平衡计算来求取 天然气中的水含量，如用 SRK、PR等方程。 1. 不含酸性组分的天然气含水量预测（见图2－7） 二、天然气含水量的预测方法 图解法 状态方程法 应用图2－7时应注意以下几点： ①图中水合物形成曲线（虚线）以下是水合物形成区，气体和水合物呈平衡状态。 ②水合物曲线以上是液态水析出区，气体与液态水之间程平衡。 ③纵坐标是相对密度为0.6，并与纯水接触时天然气的饱和含水量, 单位为g/103m3。 ④已知天然气的含水量和压力，可查天然气的水露点。 ⑤当天然气的相对密度不是0.6或者气体与含盐水接触时，应对天然气的含水量进行校正，其校正方法如下 当气体相对密度不是0.6时，可从附图中查得校正系数CRD，其定义式为： 当气体与盐水接触时，可从附图中查得校正系数CB，其定义式为： 因此，当气体密度不是0.6，且与盐水接触时，含水量W为 W0 — 由图2－7查得的未经校正天然气含水量 ，g/103m3 2. 含酸性组分的天然气水