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


Расчет физических свойств водонефтяных смесей



Целью практического занятия является изучение существующих методик определения физических свойств водонефтяных смесей, образующихся в процессе подъема продукции из добывающих скважин, в частности, эффективной вязкости и плотности двухфазного потока при различных значениях давления и температуры в трубах НКТ. Занятие предполагает умение студента пользоваться ПЭВМ.

В результате выполнения практической работы студенты должны:

· усвоить теоретические представления об основных структурах, типах и параметрах двухфазных потоков, необходимых для расчета процесса движения продукции в лифтовых трубах добывающих скважин на участке от забоя до устья;

· знать перечень исходных технологических данных, позволяющий определить важнейшие параметры водонефтяных потоков в различных сечениях труб НКТ;

· изучить методики и формулы для расчета физических свойств водонефтяных смесей;

· с помощью компьютера самостоятельно решить задачу для закрепления материала.

Введение

Нефть и вода, движущиеся в скважинах, вследствие гидродинамических возмущений тока ( переход ламинарного течения в турбулентное, деформации и разрыв поверхности раздела фаз, флуктуации плотности и др.) образуют дисперсную систему различной структурной формы. Область существования дисперсной системы вода-нефть определяется давлением, которое должно быть выше давления насыщения жидкости газом, т.е. Р > Рнас.

Наиболее важными физическими свойствами водонефтяной смеси, необходимыми для решения технологических задач добычи нефти, являются плотность и кажущаяся вязкость.

Методика расчета основных физических свойств водонефтяных смесей

Для расчета этих физических параметров при соответствующих термодинамических условиях потока, его расходных характеристик, структурных особенностей, определяют следующие факторы:

1. Объемная расходная доля воды в смеси при стандартных условиях:

а) при известных объемных дебитах скважины по жидкости и воде:

(68)

б) при известной массовой расходной доле воды в смеси nв:

(69)

где Qвст, Qжст - соответственно дебит воды и жидкости при стандартных условиях, м3/с; - плотность воды и нефти при стандартных условиях, кг/м3.

2. Объемные расходы нефти и волы при заданных Р и Т:

где bн - объемный коэффициент нефти, определяемый по (31); bв - обьемный коэффициент воды при Р и Т, определяемый по (52) ( можно приближенно принять bв =1)

3. Объемная расходная доля воды в смеси при Р и Т

(72)

4. Скорость потока водонефтяной смеси в рассматриваемом сечении канала:

(73)

где F-площадь сечения канала.

5. Структура потока. Для водонефтяной дисперсной системы характерны две основные структурные формы, область существования каждой оценивается по критической скорости смеси:

(74)

где - гидравлический диаметр канала, м; Р - смоченный периметр поперечного сечения канала.

При wсм < wсм кр - водонефтяной поток имеет капельную структуру диспергированная фаза в виде отдельных капель диаметром 0, 5 - 2 см, распределена во внешней, непрерывной фазе. При wсм > wсм кр - поток имеет эмульсионную структуру, диспергированная фаза представлена сферическими каплями диаметром 0, 00001 - 0, 001 см. Дисперсную систему такой структуры называют эмульсией (микрогетерогенная дисперсная система из двух жидкостей, одна из которых образует изолированные капельки).

 

Капельная структура

Физические свойства водонефтяной смеси рассчитываются после предварительного определения типа водонефтяной смеси. В зависимости от расходной доли воды смесь может быть двух типов:

· если bв £ 0.5, то смесь будет типа вода (дискретная, внутренняя фаза) в нефти (непрерывная, внешняя фаза); обозначается в / н;

· если bв > 0.5, то смесь типа нефть (дискретная, внутренняя фаза) в воде (непрерывная, внешняя фаза); обозначается н / в.

а) Поверхностное натяжение нефти на границе с водой:

(75)

где - соответственно поверхностное натяжение на границе раздела нефть-газ; вода-газ, рассчитываемые по (38) и (67).

б) Истинные объемные доли фаз в потоке смеси. Для смеси типа в / н:

(76)

где w в пр - приведенная скорость воды,

(77)

- плотности воды и нефти при заданных Р, Т в .

Истинная обьемная доля внешней (непрерывной) фазы, т.е. нефти будет:

(78)

Для смеси типа (Н /В):

где w н пр - приведенная скорость нефти,

Истинная объемная доля внешней фазы (воды) будет:

(80)

в) Плотность водонефтяной смеси на основе принципа аддитивности:

(81)

г) Кажущаяся динамическая вязкость водонефтяной смеси капельной структуры принимается равной динамической вязкости внешней фазы (мПа·с):

для смеси (в/н): . (82)

для смеси (н/в): (83)

где µн, µв - вязкости нефти и воды при соответствующих Р и Т

 

 

Эмульсионная структура.

Физические свойства эмульсии рассчитывают, предварительно определив тип эмульсии, который оценивается по объемной расходной доле воды и критической скорости эмульсии:

. (84)

Если - эмульсия типа (в / н).

Если - эмульсия типа (н / в)

а) Истинные обьемные доли фаз в эмульсии.

Учитывая, что в потоке эмульсии в силу высокой дисперсности практически отсутствует относительное движение фаз, их истинные обьемные доли принимаются равными расходным обьемным, т.е.:

(85)

(86)

б) Плотность водонефтяной эмульсии приближенно оценивается по ф-ле

(87)

в) Кажущаяся динамическая вязкость эмульсии определяется ее типом и характером отклонения ее течения от нъютоновского, что оценивается по изменению скорости сдвига потока эмульсии. Особую трудность представляет вязкость эмульсии типа (В / Н), которая зависит от вязкости нефти µн, обьемной расходной доли воды, скорости сдвига wсд и дисперсности. Предварительно нужно определить скорость сдвига эмульсии при заданных Р и Т:

(88)

где wсм - скорость водонефтяной смеси (64); Dг = Dт - гидравлический диаметр трубы, м.

Расчет вязкости основан на использовании некоторого параметра А, учитывающего влияние скорости сдвига на вязкость

(89)

(90)

где В - коэффициент, который зависит от А:

(91)

Существуют также графические зависимости для определения кажущейся вязкости эмульсии типа (В/Н).

Расчетный способ определения кажущейся вязкости эмульсии типа (н /в) основывается на следующей зависимости:

. (92)

 

Пример расчета свойств водонефтяной смеси в скважине

Задача 6

Определить плотность и кажущуюся динамическую вязкость водонефтяной смеси, образующейся в процессе фонтанирования скважины, при Р = Рнас = 9, 2 МПа и Т = 313 º К. Дебит скважины при стандартных условиях Qжст = 150 м3/сут; массовая расходная доля воды в продукции скважины nв = 0, 2; диаметр колонны насосно-компрессорных труб, которой оборудована скважина, Dт = 0, 0635 м; плотность нефти при стандартных условиях ρ н ст = 868 кг/м3; физические свойства фаз продукции при заданных Р и Т; плотность нефти ρ н = 818, 3 кг/м3, воды ρ в = 1089, 9 кг/м3; вязкость нефти μ н = 2, 84 мПа-с, воды μ в = 0, 96 мПа-с; объемный коэффициент нефти bн = 1, 146, воды bв = 1, 0034.

Решение

Последовательно определяют все необходимые для расчета параметры.

Правильные ответы:

β вст = 0, 166; Qн = 1, 659·10-3 м3/с; Qв = 2, 892·10-3 м3/с; β в = 0, 148; wсм = 0, 615 м/с;

wсм кр = 0, 384 м/с; wэкр = 0, 092 м/с; ρ вн = 858, 5 кг/м3; wсд = 77, 5 1/с; А = 1, 056;

μ э = 5, 03 мПа · с.

 

1.6.3. Контрольные вопросы по практическому занятию

1. Какие основные параметры водонефтяного потока используются в задачах технологии добычи нефти?

2. Какие структуры двухфазных водонефтяных потоков реализуются в подъемных трубах нефтяных скважин?

3. Какие характеристики водонефтяных смесей существенно определяются типом смеси?

4. На основе каких данных определяется скорость сдвига водонефтяного потока?

5. Дайте определение объемной расходной доли воды в потоке нефти и воды.

6. Решить задачу 6 п.п.1.6.2.


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-31; Просмотров: 2252; 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! (0.024 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь