Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Расчет физических свойств пластовых нефтей при однократном разгазировании



Целью настоящего практического занятия является изучение существующих методик определения физических свойств пластовой нефти в процессе ее однократного разгазирования при движении в подъемных трубах нефтяных скважин. В большинстве инженерных задач по технологии добычи нефти и оптимизации режимов эксплуатации скважин свойства нефти, такие как плотность, вязкость, газасодержание, объемный коэффициент и другие, входят в качестве базовых параметров. Умение грамотно рассчитывать свойства пластовых нефтей в различных термодинамических условиях отличает инженера-разработчика нефтяных меторождений. Занятие предполагает интенсивное использование ПЭВМ студентом.

В результате выполнения практической работы студенты должны:

· усвоить теоретические представления об основных параметрах пластовой нефти и нефтяного газа, используемых в технологических расчетах по эксплуатации скважин и оптимизации работы погружного оборудования в них;

· изучить методики и формулы для расчета важнейших физических свойств нефти и газа при различных значениях давления и температуры в трубах НКТ в случае однократного разгазирования нефти;

· самостоятельно решить две задачи для закрепления материала с использованием персонального компьютера;

· углубить свои представления о сложности инженерных задач скважинной добычи нефти, которые необходимо уметь решать при всех способах эксплуатации нефтяных скважин.

 

Введение

Нефть является сложным как по составу, так и по физическим свойствам веществом. При решении технологических задач, связанных с разработкой месторождений, эксплуатацией скважин, сбором и подготовкой нефти к транспорту, необходимо знание таких основных физических характеристик нефти, как молекулярная масса, давление насыщения, растворимость газов в нефти, плотность, вязкость, объемный коэффициент, поверхностное натяжение на границах с различными средами.

Физические свойства нефти в пластовых условиях значительно отличаются от свойств дегазированных нефтей в силу влияния давления, температуры и растворимости газа. В целом нефть можно рассматривать как смесь жидких углеводородных и неуглеводородных составляющих, физические свойства которой можно определить на основе расчета фазовых равновесий с использованием констант фазового равновесия. Однако этот метод довольно трудоемок и часто дает значительное отклонение от экспериментальных измерений. В настоящее время накоплен большой статистический материал по результатам экспериментальных исследований пластовых нефтей многих месторождений в России и за рубежом. Обработка этого материала позволила получить обобщающие графические и аналитические зависимости для определения физических свойств нефтей в условиях их движения как в пласте, так и в скважинах.

В процессах, связанных с добычей нефти, важное значение имеет определение количества газа и жидкости при различных термодинамических условиях. Количество газа, растворенного в нефти или выделившегося из нее при определенных термодинамических условиях, зависит от способа разгазирования: одно- или многократного. Ориентировочно можно считать, что установившееся движение газожидкостной смеси в скважине - процесс однократный.

Обычно при экспериментальном исследовании пластовых нефтей давление насыщения определяется при пластовой температуре, а разгазирование осуществляют при T = 20°C.

Дегазированная нефть - это нефть, остающаяся после сепарации пластовой нефти в процессе ее однократного разгазирования до давления Р = 0, 1 МПа при T = 20°C.

Ниже приводится корреляционный метод расчета однократного разгазирования нефти при 293< T< Тпл.

 

Методика расчета свойств нефти при однократном разгазировании

для Р < Рнас и Т < Тпл

Данный метод расчета необходим для определения характеристик газожидкостных смесей в пласте и, особенно в скважинах, в которых разгазирование нефти рассматривается как однократный процесс при переменных термодинамических условиях, зависящих от режима работы скважины, ее конструкции и геотермического градиентаGEO_GRADIENT

Исходные данные для расчета

ρ нд - плотность дегазированной нефти ( Ро = 0, 1 МПа, Тст = 293°К ), кг/м3;
μ нд - динамическая вязкость дегазированной нефти при тех же условиях, МПа;
Г - газонасыщенность (газосодержание) пластовой нефти, т.е. отношение объема газа, растворенного в нефти, к массе сепарированной нефти, м3/т (объем газа приведен к нормальным условиям);
ρ го - относительная по воздуху плотность газа;
Тпл - пластовая температура, °К;
Рпл - пластовое давление, МПа;
Рнас - давление насыщения пластовой нефти газом при пластовой температуре, МПа;
Ya - молярные доля азота в попутном газе однократного разгазирования нефти до 0, 1 МПа при Тст = 293°К
Yc1 - молярные доля метана в попутном газе однократного разгазирования нефти до 0, 1 МПа при Тст = 293°К

 

 

Последовательность расчета

1. Определяем термодинамические условия разгазирования нефти: Р и Т

2. Рассчитываем текущее равновесное давление насыщения при Т < Тпл:

. (24)

3. Находим приведенный к стандартным условиям удельный объем выделившегося газа:

, (25)

;

;

.

4. Рассчитываем остаточную газонасыщенность нефти (удельный объем растворенного газа) в процессе ее разгазирования:

. (26)

5. Определяем относительную плотность выделившегося газа:

, (27)

6. Находим относительную плотность растворенного газа, остающегося в нефти при данных условиях разгазирования:

. (28)

7. Рассчитываем удельное приращение объема нефти за счет единичного изменения ее газонасыщенности:

(29)

8. Определяем температурный коэффициент объемного расширения дегазированной нефти при стандартном давлении:

(30)

9. Рассчитываем объемный коэффициент нефти:

. (31)

10. Определяем плотность газонасыщенной нефти:

(32)

11. Рассчитываем вязкость дегазированной нефти при Ро и заданной температуре Т. Для расчета нужно знать вязкость дегазированной нефти при Ро и какой-либо температуре (например, Тст = 293°К ). Если при этих условиях вязкость неизвестна, ее значение можно оценить по плотности дегазированной нефти, используя корреляцию И.И. Дунюшкина:

(33)

Этот параметр можно рассчитать по формуле П.Д. Ляпкова, аппроксимирующей универсальный график зависимости вязкости нефти от температуры:

(34)

12. Определяем вязкость газонасыщенной нефти µнг(Р, Т) на основании эмпирической корреляции указанной вязкости с вязкостью дегазированной нефти при Ро = 0, 1 МПа и заданной температуре µнг(Т) по (34) и количеством газа Vгр(Р, Т) по (26), растворенного в ней при текущем равновесном давлении насыщения Рнас(Т):


, (35)

где А и В - графические функции газосодержания нефти Vгр* (Р, Т), представленные Чью и Коннели, которые с погрешностью +3% в области Vгр* (Р, Т)< 300 м33 могут быть аппроксимированы следующими уравнениями:

(36)

Здесь Vгр* (Р, Т) - удельный объем растворенного в нефти газа, приведенный к Ро =0.1 МПа и Тст = 288, 6°К (t = 15, 6°С) в м33. Пересчет Vгр(Р, Т) из нормальных стандартных условий и размерности (м3/т) (26) в условия Ро = 0, 1 МПа и Тст = 288.6°К осуществляется следующим образом:

. (37)

13. Рассчитываем поверхностное натяжение газонасыщенной нефти на границе с выделившимся газом. Поверхностное натяжение (плотность поверхностной энергии ) s характеризуется работой, требующейся для образования единицы площади поверхности раздела фаз. Единица СИ поверхностного натяжения: = н/м = дж/м2. Зависимость поверхностного натяжения нефти от термодинамических условий (Р, Т), количества растворенного газа, состава нефти, природы и количества полярных компонентов очень сложная. Для ориентировочной оценки этого параметра можно использовать формулу П.Д. Ляпкова:

. (38)

 

Пример решения типовой задачи

Задача 3

Определить основные физические свойства нефти в процессе ее однократного разгазирования при давлении Р = 5, 5 МПа и температуре Т = 300, 5 °К.

Таблица 4.

Исходные данные

Пластовое давление Рпл 17, 5 МПа
Пластовая температура Тпл 313 °К
Плотность дегазированной нефти rнд 868 кг/м3
Газосодержание пластовой нефти Г 55, 6 м3
Давление насыщения пластовой нефти газом Рнас 9, 2 МПа
Относительная по воздуху плотность газа rго 1, 119
Молярные доля азота в попутном газе Yа 0, 069
Молярные доля метана в попутном газе Yс1 0, 355

Решение

Последовательно рассчитываем:

1. Равновесное давление насыщения при Т = 300, 5 °К по (24)

.

2. Удельный объем выделившегося газа при заданных термодинамических условиях по (25), предварительно определив вспомогательные коэффициенты R (Р), m (T), Д (T):

;

3. Удельный объем газа, оставшегося в нефти в растворенном состоянии, по (26)

4. Относительную плотность выделившегося газа по (27), предварительно определив коэффициенты а и u:

5. Относительную плотность газа, остающегося в нефти в растворенном состоянии по (28):

6. Объемный коэффициент нефти при заданных термодинамических условиях по (31),

предварительно определив коэффициенты и по (29) и (30):

,

7. Плотность газонасыщенной нефти при Р = 5, 5 МПа и Т = 300, 5 °К по (32):

.

8. Оцениваем вязкость дегазированной нефти при Ро = 0, 1 МПа и Тст = 293 °К по (33):

.

9. Находим вязкость дегазированной нефти при Ро = 0, 1 МПа и заданной температуре Т = 300, 5 °К по (34), предварительно определив коэффициенты а и в:

10. Вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения РнасТ = 8, 95 МПа и температуре Т = 300, 5 °К определяем в такой последовательности:

а) пересчитываем по (37) удельный объем растворенного газа, полученный в п. 3, для условий Ро = 0, 1 МПа и Тст = 288, 6 °К.

б) рассчитываем по (36) или определяем по графикам функции газосодержания А и В:

в) рассчитываем по (35) вязкость газонасыщенной нефти при РнасТ = 8, 95 МПа и Т=300, 5 °К

.

11. Поверхностное натяжение газонасыщенной нефти на границе с выделившимся газомпри заданных термодинамических условиях определяем по (38)

 

1.3.3. Контрольные вопросы по практическому занятию

1. Что такое относительная по воздуху плотность нефтяного газа?

2. Как определяется вязкость пластовой нефти в зависимости от термодинамических условий?

3. Чем отличаются " Стандартные термодинамические условия", принятые в американской нефтяной науке, от распространенных в России?

4. Какие параметры небходимо знать для прогнозирования объемного коэффициента нефти при заданных значениях давления и температуры?

5. Решить задачу (по вариантам):

Определить основные физические свойства нефти в процессе ее однократного разгазирования при давлении Р МПа и температуре Т °К. используя следующие значения исходных данных

Варианты
Данные
Р МПа 4, 3 4, 4 4, 6 4, 4 4, 9 5, 1 4, 4 4, 4 4, 8 5, 5
Т °К.
Пластовое давление Рпл МПа 18, 5 19.0 17.5 18.3 17.9 18.6 17.8 19.1 19.2 18.5
Пластовая температура Тпл°К
Плотность дегазированной нефти rнд
Газосодержание пластовой нефти Г кг/м3 55, 6 45.6 48.2 49.0 53.8 56.0 53.9 47.4 50.4
Давление насыщения пластовой нефти газом Рнас МПа 9, 1 8, 9 8, 6 9, 4 8, 9 8, 7 9, 0 9, 2 9, 3 9, 0
Относительная по воздуху плотность газа rго 1, 114 1, 121 1, 115 1, 118 1, 119 1, 123 1, 114 1, 12 1, 123 1, 12
Молярные доля азота в попутном газе Yа 0, 063 0, 044 0, 051 0, 066 0, 037 0, 07 0, 066 0, 059 0, 061 0, 058
Молярные доля метана в попутном газе Yс1 0, 355 0, 4 0, 378 0, 41 0, 398 0, 365 0, 389 0, 371 0, 367 0, 38

 

 


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-31; Просмотров: 3456; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.04 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь