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 µ_нг(Р, Т) на основании эмпирической корреляции указанной вязкости с вязкостью дегазированной нефти при Ро = 0, 1 МПа и заданной температуре µ_нг(Т) по (34) и количеством газа V_гр(Р, Т) по (26), растворенного в ней при текущем равновесном давлении насыщения Р_нас(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 м³/м³ 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 м³/м³. 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/т
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 Р_о = 0, 1 МПа и Т_ст = 293 °К по (33):

.

9. Находим вязкость дегазированной нефти при Р_о = 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 Р_насТ = 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 Р_насТ = 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

 

 

Предыдущая1234567Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. B Проверьте стержень клапана на призмах при помощи
2. E) Физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи и определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.
3. I. 14. Понятие о севообороте. Причины, вызывающие необходимость чередования культур.
4. I. 38. Состав, свойства и применение калийных удобрений.
5. I. 4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ КУЛЬТУРОЛОГИЯ
6. I. 49. Основные принципы разработки системы применения удобрений.
7. I. Кто мы, к кому обращено приглашение?
8. I. При каких условиях эта психологическая информация может стать психодиагностической?
9. I. Природа и культура. Проблемы антропо- и культурогенеза.
10. I. Пунктуация при однородных членах предложения
11. I. Разработка и принятие Конституции.
12. I. Смотрите на Него, приготовляющего для Себя престол.