Физические свойства нефти в пластовых условиях

2) Определяем удельный объем выделившегося газа при заданных термо­динамических условиях, предварительно определив вспомогательные коэффици­енты R(p), m(T), Д(Т)

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

V_гр(p, Т)=Г·m(Т)- V_гр(p, Т) = 55, 6-1, 0379 - 8, 69 = 49, 02 м³/т.

4) Определяем относительную плотность выделившегося газа:

где

a=1+0.0054·(Т-293)=1+0, 0054·(300, 5-293)=1, 0405

u=10^-3·p_нд·Г-186=10^-3·868·55, 6 - 186= -137, 74

5) Находим относительную плотность растворенного газа, остающегося в нефти приданных условиях ее разгазирования:

6) Рассчитываем объемный коэффициент, предварительно определив удельное приращение объема нефти за счет единичного изменения ее газонасыщенности λ (Т), и температурный коэффициент объемного расширения дегазиро­ванной нефти d, при стандартном давлении:

где

Отсюда d_н = 10^-3·(2, 513-1, 975·10 ³·868) = 7, 987·10^-4 1/град.

7) Определяем плотность газонасыщенности нефти при р=5, 5 МПа и Т=300, 5 К:

8) Оцениваем вязкость дегазированной нефти при р_о = 0.1 МПа и заданной температуре Т= 300, 5 К:

где а =10^{-0, 0175(293-Т)—2, 58}=10^{-0, 0175(293-300, 5)-2, 58}=, 5588·10^-3

9) Вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения p_авс=8, 95МПа и температуре Т = 300, 5 К определяем в такой последовательности:

а) пересчитываем по формуле удельный объем растворенного газа, полученный в п.3 для условий р₀ = 0, 1 МПа и Т_л = 288, 6 К (значение а_н см. п. 6);

б) рассчитываем по формуле функции

A=1+0.0129 ;

B=1+0.0017> ;

или определяем по графикам

рис 10, 1

A=1+0.0129·45.2-0.0364·45.02^0.85=0.6613

B=1+0.0017·45.2-0.0228·45.02^0.068=0.7871

Рисунок 10.1 - Зависимость величин А и В от газосодержания нефти (Чью и Коннели) /13/

в) рассчитываем по формуле вязкость газонасыщенной нефти при p_изв = 8, 95 МПа и Т = 300, 5 К

10) Поверхностное натяжение газонасыщенной нефти на границе с газом при заданных термодинамических условиях определением по формуле:

Задача 10.2 Используя условия предыдущей задачи определим физические свойства пластовой нефти, если ρ _пл > ρ _нас, Т = Т_пл и V_гв (ρ _пл, T_пл)=0, т.е.весь газ растворен в нефти.

Решение. Последовательно рассчитываем:

1) Газонасыщенность пластовой нефти Г_ПЛ, предварительно определив коэффициент m

Г_ПЛ = Г · m = 55, 6·1, 1013 = 61, 23 м³/т,

где m – коэффициент температурной корреляции:

m = 1+0, 029· (Т_пл – 293)·(ρ _нд· ·10^-3 – 0, 7966) =

= 1+0, 029(313-293)(868·1, 119·10^-3 – 0, 7966) = 1, 1013

2) Относительная плотность растворенного в нефти газа (ρ _пл, Т_пл) в пластовых условиях

(ρ _пл, Т_пл) = а·m·

где а = 1, 0+0, 0054·(Т_пл-293)=1, 0+0, 0054·(313-293)=1, 108,

отсюда (ρ _пл, Т_пл) =1, 108·1, 1013·1, 119·55, 6/61, 23=1, 2399

3) Объемный коэффициент пластовой нефти b_nпл оцениваем по формуле

b_n.пл = 1+1, 0733·10^-3· ρ _нд·λ · /m+а_n(Т_пл-293) = - 6, 5·10^-1· ρ _пл

где λ = 10^-3·[4.3-3.54·10^-3· ρ _нд+1.0337· (ρ _пл, Т_пл)/а+5, 581·10^-6· ρ _нд / =

= 10^-3·[4, 3-3, 54·10^-3·8686+1, 0337·1, 2399/1, 108+

+5, 581·10⁶·868·(1-1, 61·10⁶·868·55, 6)·55, 6]=2, 6325·10^-3

а_н = 10^-3·(2, 513-1, 975·10^-3· ρ _нд) = 10^-3·(2, 513-1, 975·10^-3·868) = 7, 987·10^-4 1/К

отсюда b_n.пл = 1+1, 0733·10^-3·868·2, 6325·10^-3·61, 23/1, 1013

+7, 987·10^-4·(313-293)-6, 5·10^-4·17, 5=1, 141

4) Плотность пластовой нефти

ρ _n.пл = ρ _нд·[1+1, 293·10^-3· (ρ _пл, Т_пл) /m·a)]/ b_n.пл, кг/м³

ρ _n.пл= 868·[1+1, 293·10^-3·1, 2399·61, 23/(1, 1013·1, 108)]/1, 141=821, 9 кг/м³

5) Вязкость дегазированной нефти при пластовой температуре µ_нд(Т_пл). Вязкость дегазированной нефти при р = 0, 1 МПа, Т_сm=293 К и µ_к = 14 мПа·с.

µ_нд(Т)= µ_нд(Т-293)^а.е ^t·(293-Т)

где а и b – корреляционные коэффициенты:

а=10^{-0, 0175(293-Т)·2, 58}=10^{-0, 0175(293-313)·2, 58}=5, 8884·10^-3

b=(8, 0·10^-5· ρ _нд-0, 047)· µ_нд^{0, 13·0, 002(Т-293)}=

=(8, 0·10^-5·868-0, 047)·14^{0, 13·0, 002(313-293)}=0, 0351

отсюда

6) Вязкость газонасыщенной нефти µ_{n нас} при р=р_нас=9, 2 МПа и Т=Т_пл=313 К, предварительно пересчитав газосодержание пластовой нефти Г (объем газа приводится к температуре Т_сm=288, 6 К) и затем определив коэффициенты А и В

Г^*= 1, 055·10^-3·(1+5·а_н)·Г ρ _нд= 1, 055·10^-3·(1+5·7, 987 10^-4)·55, 6·868=51, 12;

А=1+0, 0129· Г^*-0, 0364· Г^{*0, 85}=1+1, 0129·51, 12-0, 0364·51, 12^{0, 85}=0, 6281;

В=1+0, 0017· Г^*-0, 0364· Г^{*0, 85}=1+1, 0017·51, 12-0, 0228·51, 12^{0, 667}=0, 7728;

А и В – графические функции газосодержания нефти V_гр^*(р, Т ), представленные Чью и Коннели (рис. 10) и которые с погрешностью 3 % в области V_гр^*(р, Т ) < 300 м³/м³ могут быть аппроксимированы вышеприведенными уравнениями.

При ρ _пл > ρ _нас и Т = Т_пл вязкость газонасыщенной нефти в значительной степени зависит от давления, повышение которого вызывает ее рост, что обусловлено сжатием нефти и соответственно увеличением сил молекулярного взаимодействия. Зависимость превышения давления над давлением насыщения при известной вязкости газонасыщенной нефти в условиях ρ = ρ _нас и Т = Т_нас можно определить, пользуясь графиками Била /13/ или их аналитическими аппроксимациями /9/.

Таким образом, для определения вязкости пластовой нефти при известных: вязкости дегазированной нефти , давления насыщения, газосодержании нефти Г, пластовых давлениях и температуре, определяют вязкость газонасыщенной нефти µ_{н нас}.

µ_{н нас} = А· ^в·(Т_пл)= 0, 6281·7, 06^{0, 7724}= 2, 84

7) Вязкость пластовой нефти определяется из уравнения

µ_{н пл}= µ_{н нас}+σ (р_пл - р_нас)

где σ – коэффициент, характеризующий изменение вязкости газонасыщенной нефти при изменении давления на 1 МПа, мПа·с/МПа.

Коэффициент σ согласно /9/ аппроксимируется следующими уравнениями:

0, 0114· µ_{н нас} при µ_{н нас}< 5 мПа·с;

0, 057+0, 023·( µ_{н нас} - 5) при 5< µ_{н нас}< 10 мПа·с;

0, 0171+0, 031·( µ_{н нас} - 10) при 10< µ_{н нас}< 25 мПа·с;

σ = 0, 643+0, 045·( µ_{н нас} - 25) при 25< µ_{н нас}< 45 мПа·с;

1, 539+0, 058·( µ_{н нас} - 45) при 45< µ_{н нас}< 75 мПа·с;

3, 286+0, 100·( µ_{н нас} - 75) при 75< µ_{н нас}< 85 мПа·с;

С учетом вышеизложенного µ_{н пл} будет равна

µ_{н пл}= µ_{н нас}·0, 0114· µ_{н нас}·(р_пл - р_нас)=2, 84+0, 0114·2, 84·(17, 5 – 9, 2)=3, 10 мПа·с;

Задача 10.3 По результатам пробной эксплуатации скважины были получены данные приведенные в табл. 10.2. Требуется определить давление насыщения нефти газом, объемный коэффициент, плотность и усадку нефти в пластовых условиях. Весь газ растворен в нефти /2/.

Решение. Давление насыщения можно найти приближенно по программе М. Стендинга (рис.10.2). Для этого из точки, соответствующей газовому фактору G₀=127 м³/м³, что в левой части номограммы, проводим горизонталь вправо до пересечения с наклонной прямой, выражающей плотность газа ρ _г=0, 8 кг/м³. Полученную точку проецируем вниз до пересечения с прямой, соответствующей плотности нефти ρ _н=852 кг/м³.

Рисунок 10.2 – Номограмма для определения давления насыщения

Рисунок 10.3 – Номограмма для определения объемного коэффициента нефти

Далее проводим горизонталь вправо до пересечения с линией пластовой темпера­туры Т_пл = 338 К и, опускаясь по вертикали вниз, находим в пересечении с осью давлений давление насыщения нефти газом р_нас =18, 5 МПа.

Таблица 10.2

Для определения объемного коэффициента нефти воспользуемся другой номограммой Стендинга (рис. 10.3). В левой части номограммы находим значение газового фактора G_о = 127 м³/м³. Из этой точки проводим горизонталь вправо до пересечения с линией, соответствующей плотности газа р_г = 0, 8 кг/м³. Затем про­ецируем эту точку вниз до линии плотности нефти р_н = 852 кг/м³. Далее проводим горизонталь вправо до линии пластовой температуры Т_пл= 338 К, после ют проводим вертикаль до пересечения с линией пластового давления р_пл=24, 5МПа, а по горизонтали вправо находим значение объемного коэффициента нефти == 1, 27. Таким образом, 1 м³ нефти при нормальных условиях занимает в пласте вместе с растворенным в ней газом объем 1, 27 м³.

Для нахождения плотности нефти в пластовых условиях (с учетом раство­ренного газа) предварительно определим плотность растворенного в нефти газа

Р_рг=G₀·p_г=127·0.8=103 кг/м³

Таким образом, плотность насыщенной газом нефти при атмосферных ус­ловиях равна

Р_нс=р_н+р_рг=852+103=955 кг/м³

а плотность насыщенной гамм нефти е пластовых условиях будет

Усадка нефти на поверхности происходит вследствие выделения из нее рас­творенного газа ('дегазации) и снижении температуры. Усадка нефти определяется из соотношения

Вязкость пластовой нефти.

Вязкость пластовой нефти почта всегда значительно отличается от вязкости дегазированной, вследствие большою количества растворенного газа, повышенной пластовой температуры и давления. При этом все нефти подчиняются следующим общим закономерностям: вязкость их уменьшается с повышением газа в растворе и увеличением температуры Повышение давления вызывает некоторое увеличение вязкости и заметно лишь при давлениях выше давления насыщения. Вязкость пластовых нефтей изменяется от десятых долей до сотен и более мПа·с.

Различают расчетные и экспериментальные методы определения вязкости пластовых нефтей. Экспериментальные основаны на применении универсального шарикового вискозиметра высокого давления (ВЕДУ), схема которого и порядок заполнения пластовой нефтью приведены на рис. 10.4 и 10.5.

Рисунок 10 5 — Схема заполнения вискозиметра пробой пластовой нефти.

1 - вискозиметр,

2 - манометр,

3 - контейнер с пробой пластовой нефти,

4 - буферная емкость,

5 - пресс (насос);

6 - термостат

Вязкость определяется по времени качения шарика (рис. 10.4) внутри не­магнитной трубки 6, заполненной исследуемой нефтью или водой. В верхнем по­ложении шарик удерживается соленойдной катушкой 2, образующей с сердечни­ком 3 электромагнит. В нижней части цилиндра установлены индуктивные катушки 8, соединённые с усилителем и электрическим секундомером. При включе­нии секундомера автоматически отключается электромагнит, и шарик начинает падать в исследуемой жидкости. Дойдя до нижней

части трубки, он попадает в поле индуктивных катушек 8 и создаёт дополнительную электродвижущую силу, под действием которой срабатывают реле, разрывающие электрическую цепь се­кундомера. При повторном опыте шарик возвращают в верхнее положение пово­ротом вискозиметра.

Задача 10.4 Определить динамическую вязкость нефти при двух значениях давления: при пластовом и при давлении несколько большем, чем давление насыще­ния, если известны и экспериментально определены следующие данные (табл. 10 3 и табл. 10.4):

Решение. Для расчётов используем данные первого варианта. При проведении опыта выбираем диаметр шарика d_t = 0, 634 см, угол наклона вискозиметра φ > 15°, а постоянную К = 0, 00593. Вязкость определяем при двух указанных давлени­ях.

Подставляя экспериментальные данные в нижеследующую формулу полу­чим:

При пластовом давлении получим:

Р₂₀ = 28.79·10^-3 ·(7770-730)·0, 00593 = 1, 2 мПа·с.

Исходные значения параметров

Таблица 10.3