Дунюшкин И.И., Мищенко И.Т., Елисеева Е.И. Расчеты физико-химических свойств пластовой и промысловой нефти и воды

Подождите немного. Документ загружается.

и.и. Дунюшкин, И.Т. Мищенко, Е.И. Елисеева

РАСЧЕТЫ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ свойств

ПЛАСТОВОЙ и ПРОМЫСЛОВОЙ

НЕФТИ и воды

Допущено

Учебно-методическим объединением нефтегазовых

вузов

качестве учебного пособия

для

студентов высших учебных

заведений,

обучающихся

по

специальности «Разработка

и эксплуатация нефтя-

ных и

газовых месторождений» направления подготовки

специалистов

«Нефтегазовое

дело»

,^^Шк Издательство

^Л «НЕФТЬ

ГАЗ»

РТУ

нвфтм

и газа им. И.М. ГУБКИНА

Москва

2004

УДК 622.276.2.001

Д83

Рецензенты:

Д.Т.Н., профессор Басниев К.С.

Д.Х.Н., профессор Винокуров В.А.

Дунюшкин И.И., Мищенко И.Т., Елисеева Е.И. Расчеты

физико-химических свойств пластовой и промысловой нефти

и воды: Учебное пособие для вузов.

—

М: ФГУП Из-во «Нефть

и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004 . - 448 с.

18ВН 5-7246-0333-0

Осложнение условий разработки месторождений углеводородов и

сокращение объемов экспериментального исследования пластовых

нефтей в значительной степени обострили проблемы расчета свойств

нефти и воды. В учебном пособии содержатся теоретическое рассмотА

рение и практические рекомендации по расчету физико-химических

свойств нефти и воды. Авторами рассмотрены вопросы теоретическо-

го моделирования состава пластовой нефти; некоторые варианты ме-

тодик расчета базовых соотношений, а также даны рекомендации по

использованию корреляционных зависимостей для расчета основных

параметров промысловой нефти, нефтяного газа и нефтепромысло-

вых вод.

Пособие предназначено для студентов, магистрантов и аспирантов

вузов нефтегазового профиля, но может оказаться полезным науч-

ным работникам и инженерам, работающим в области разработки

нефтяных месторождений.

УДК 622.276.2.001

Елисеева Е.И. , 2004

18ВН 5-7246-0333-0 © Федеральное государственное уни-

тарное предприятие Издательство

«Нефть и газ» РГУ нефти и газа им.

И.М. Губкина, 2004

Посвящается светлой памяти

наших учителей

Ивана

Михайловича Муравьева

Абрама Юльевича Намиота

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие отражает основополагающие разделы совре-

менной разработки и эксплуатации нефтяных месторождений

—

активно развивающейся области прикладной науки, основан-

ной на использовании достижений изучения дисперсного со-

стояния вещества и поверхностных явлений в дисперсных сис-

темах. В пособии обобщен опыт педагогической, методической

и научной работы коллектива кафедры разработки и эксплуата-

ции нефтяных месторождений Российского государственного

университета нефти и газа (РГУ нефти и газа) им. И.М.^Губкина.

Развитие теории разработки и эксплуатации нефтяных мес-

торождений и ее преподавание в РГУ нефти и газа неразрывно

связано с деятельностью Ивана Михайловича Муравьева, кото-

рый в течение 37 лет заведовал кафедрой разработки и эксплу-

атации нефтяных месторождений, заложил основы современ-

ного курса этой науки. Научный вклад Абрама Юльевича На-

миота в области фазовых равновесий при добыче нефти позво-

лил теории разработки и эксплуатации нефтяных месторожде-

ний встать в ряд фундаментально-прикладных дисциплин.

Авторы старались, не увеличивая существенно объем пособия,

включить в него основные понятия и современные подходы, ши-

роко используемые в настоящее время в теории и практике раз-

работки и эксплуатации нефтяных месторождений и сочетать

глубину и строгость изложения основного материала с доступно-

стью его для студентов с различным уровнем подготовки.

В учебном пособии содержатся теоретическое рассмотрение

и практические рекомендации по расчету физико-химических

свойств пластовой нефти.

Так как любая пластовая нефть представляет собой много-

компонентную систему, физические свойства которой каче-

ственно отличаются от свойств товарной нефти, требования к

товарным нефтям определяются техническими условиями по

ГОСТ Р 51858

—

2002, то на каждом нефтяном месторождении

система промыслового сбора и подготовки извлекаемой из недр

пластовой нефти организована таким образом, чтобы довести

ее свойства до унифицированных значений по четырем пара-

метрам:

• массовому содержанию остаточной воды в товарной нефти;

• массовой концентрации хлористых солей в товарной нефти;

• содержанию механических примесей и

• давлению насыщенного пара товарной нефти.

Обязательным элементом любой технологии добычи нефти

перед поставкой ее потребителю является подготовка добывае-

мой нефти до соответствия техническим условиям ГОСТ Р 51858-

2002 по первой, если возможно, группе качества товарной нефти.

Таким образом, на нефтяном месторождении технологичес-

кие процессы, происходящие в аппаратах системы нефтепро-

мыслового обустройства, обеспечивают: /

снижение массовой доли воды в продукции, получаемой

из добывающих скважин до остаточного содержания не более

0,5 % масс, что соответствует 1-ой группе качества, (нормати-

вами ГОСТ Р 51858

—

2002 не допускается содержание в товар-

ной нефти более 1 % масс, воды, по третьей (худшей) группе

качества);

ступенчатое (как правило) разгазирование пластовой не-

фти до давления ее насыщенного пара (в бомбе Рейда) не бо-

лее 66,7 кПа при температуре 37,8 °С;

доведение (при необходимости) концентрации хлористых

солей в продукции не более 100 мг/л (нормативами ГОС-

Т Р 51858

—

2002 не допускается остаточное содержание в то-

варной нефти хлористых солей более 900 мг/л по третьей груп-

пе качества);

снижение (при необходимости) массовой доли механи-

ческих примесей в товарной нефти до остаточного содержания

в ней не более 0,05 % масс.

Анализ эффективности реализованных на промыслах техно-

логических схем обустройства разрабатываемых нефтяных ме-

сторождений и задачи проектирования обустройства вновь вво-

димых в разработку нефтяных месторождений обуславливают

необходимость оперативной оценки физико-химических свойств

скважиннои продукции во всем диапазоне термобарических

условий добычи, сбора и подготовки нефти, нефтяного газа и

попутной воды.

В учебном пособии авторами сделана попытка в минималь-

но возможном объеме для понимания сущности технологичес-

ких процессов изложить:

• теоретические основы моделирования состава пластоюй нефти;

• некоторые варианты методик расчета фазовых соотношений,

в основном на базе аппарата констант фазового равновесия, и

• рекомендации по использованию корреляционных зависи-

мостей для оценки минимального набора необходимых свойств

(плотности, вязкости и др.) промысловой нефти, нефтяного

газа и нефтепромысловых вод.

Главная задача, которую авторы ставили перед собой, зак-

лючается в том, чтобы читатели корректно применяли в неф-

тепромысловой практике описываемые в пособии методики и

рекомендации и умели довести их «до числа», по возможнос-

ти,

содержащего только верные знаки.

Предлагаемое пособие рассчитано, прежде всего на студен-

тов факультетов разработки и эксплуатации нефтяных место-

рождений университетов, но может быть полезным и для сту-

дентов других факультетов и технических вузов, в которых раз-

работка и эксплуатация нефтяных месторождений изучается

как самостоятельная дисциплина. Пособие может использо-

ваться широким кругом научных работников, аспирантов и

магистрантов, инженеров и технологов, занятых проектирова-

нием разработки и эксплуатации нефтяных месторождений,

сбором и подготовкой скважиннои продукции.

Авторы

Список

ОСНОВНЫХ (

эбозначений и единиц их измерения

Обозначения физических величин

Обозначение

Т,(1)

'Д

Физическая величина

Масса вещества

Количество вещества

Объем вещества

Температура (обозначение оговаривается)

Время

Единицы измерения

СИ

кг

моль

м'

К; (°С)

Кратные и

дольные

мг; г; т

кмоль;

Ммоль

л;

мл; см'

сут; час; мин

Производные единицы измерения физических величин

ь„.,

с„

Ум

с.

Массовый (поток) дебит скважины

Количественный (поток) дебит

скважины

Объемный (поток) дебит скважины

Давление

Вязкость

Объемный коэффициент пластовой

нефти

Плотность

Концен-

трация

частиц дисперсной фазы

массовая

молярная

Молярная масса

Молярный объем

Удельная изобарная теплоемкость

кг/с

моль/с

м^с

Н/м^ (Па)

Пас

б/р

кг/м'

б/р'

кг/м'

моль/м'

г/моль

л/моль

Дж/(кг-К)

т/сут

кмоль/сут

м'/сут

МПа

мПа-с

т/м';

г/л; мг/л

мг/л

моль/л

см^/моль

кДж/(кгК)

Дольные единицы

Массовая доля

Объемная доля

Молярная доля

б/р

% масс.

% об.

% моль.

Индексы и их значение

)в

/г

/п

)и.к

/ил

)р.т

)оср

Безводная промысловая нефть (жидкая, нефтяная фаза)

Безводный нефтяной газ (газообразная фаза)

Вода (возможно, по тексту с примесями, включая капельную нефть)

Воздух

Газ (газообразные, при стандартных условиях, компоненты)

Нефть (применение индекса оговаривается по тексту)

Нефть, насыщенная газом (в том числе пластовая)

Индексы

(1,],к),

принимающие целочисленные значения

Пластовая (-ый, и т.д.)

При термобарических условиях: давлении -р, температуре - Т.

Однократное стандартное разгазирование (ОСР) пластовой нефти

' Безразмерная величина

Однократное стандартное разгазирование (ОСР)

пластовой нефти

Основные термины

определения

Точность определений, однозначность понятий и терминов

являются залогом грамотного и, как правило, успешного их

применения на практике, обеспечивая высокую эффективность

использования технологий и техники, в частности, в добыче

нефти.

Ниже, на базе многолетнего чтения курсов лекций студен-

там РГУ нефти и газа, авторами приводится ряд понятий, тер-

минов и определений.

•

Молярная

масса вещества, М

—

отношение массы вещества

т (нефти, нефтяного газа и т.д.) к его количеству и:

М =

— =

-, г/моль,

где д

—

массовый поток вещества, г/с;

—

количественный поток того же вещества, моль/с.

• Пластовая нефть — природное многокомпонентное жид-

кое углеводородное соединение, представляющее собой тем-

ную маслянистую жидкость с растворенными в ней твердыми

веществами и газами.

•

Нефтяная залежь —

локальное скопление пластовой нефти

в пустотах (порах, трещинах и т.д.) глубинных, как правило,

осадочных пород.

• Скважина

—

специальная горная выработка, герметично

соединяющая нефтяную залежь с поверхностной трубопровод-

ной системой промыслового обустройства месторождения.

•

Давление насыщения пластовой

нефти газом,

р^

—

равновес-

ное давление, при котором пластовая нефть в процессе изо-

термического (при пластовой температуре) расширения пере-

ходит в двухфазное состояние (газ-жидкость).

•

Скважинное давление насыщения пластовой нефти

газом,

{Т<Т^)

—

равновесное давление, при котором пластовая нефть

в процессе изотермического расширения (при температуре в

соответствующем сечении скважины) переходит в двухфазное

состояние (газ-жидкость).

•

Давление насыщения промысловой нефти

газом.

р[ равновес-

ное давление, при котором промысловая нефть в процессе ее

изотермического расширения (при температуре в соответству-

ющем нефтепромысловом оборудовании) переходит в двухфаз-

ное состояние (газ-жидкость).

•

Стандартные условия (атмосферные) —

100 кПа, 20 'С.

• Таз пластовой нефти

—

компоненты пластовой нефти, аг-

регатное состояние каждого из которых при атмосферных (стан-

дартных) условиях (100 кПа и 20 *С) газообразное.

В общем случае, таких газообразных компонентов в пласто-

вой нефти восемь':

три

—

неуглеводородных:

• (1)

—

азот (в том числе гелий);

• (2)

—

диоксид углерода:

• (3)

—

сероводород и /-

пять

—

углеводородных:

• (4)

—

метан:

• (5)

—

этан:

• (6) - пропан:

• (7)

—

изобутан:

• (8)

—

нормальный бутан.

•

Нефтяной

газ

—

смесь газа пластовой нефти, который вы-

делился из нее при данных термобарических условиях, и па-

ров:

— пластовой нефти и, в общем случае,

—

воды.

•

Абсолютная влажность нефтяного

газа,

^в.рт

~ массовая кон-

центрация паров воды в нефтяном газе при термобарических

условиях

(р,Т):

п' — "в,рт

"-в.рт - ^. +0' ' ^/^^

(г/^)-

'^В,рТ ^ ^рТ

Неопентан

температурой

кипения 9,5°С при давлении

760

мм рт ст

содержится

в пластовой нефти в

пренебрежимо

малых количествах, поэтому в компонентном

составе пластовой нефти он не выделяется.

•

Молярный объем вещества (пластовой

нефти).

К^

—

отноше-

ние

объема вещества (пластовой нефти)

к его (ее)

количеству

Ум =

—

= —, м^/моль.

п п

Для пластовой нефти в первом приближении можно при-

нять,

что: У^= 100

—

300 смУмоль.

•

Молярный объем

идеального газа равен 22,4136 л/моль при

нормальных термобарических условиях (760 мм рт. ст. и 273 К).

•

Газовый

фактор пластовой нефти, О

—

отношение объема

нефтяного газа, выделившегося из глубинной пробы пласто-

вой нефти при ее однократном стандартном разгазировании

(ОСР) по ОСТ 39 112-80, к объему оставшейся жидкости

—

де-

газированной

нефти

^'' =

Коср^

ЯОСР

, мУм

''^ОСР ^ОСР

Подчеркнем, что объемы нефтяного газа и дегазированной

нефти рассматриваются при стандартных (атмосферных) тер-

мобарических условиях (750 мм рт. ст. и 293 К).

•

Удельный газовый

фактор

пластовой

нефти. С ~ отноше-

ние объема нефтяного газа, вьщелившегося из глубинной про-

бы пластовой нефти при ее однократном стандартном разгази-

ровании по ОСТ 39 112-80, к массе оставшейся жидкости

—

дегазированной

нефти

V' О'

*оср

'^оср

Щср 1оср

Отметим, что в определении объем нефтяного газа при стан-

дартных (атмосферных) условиях (750 мм рт. ст. и 293 К).

•

Пластовая

нефть п^, д^, ^^^^.(при давлении ниже давле-

ния насыщения пластовой нефти газом в системе сбора) пред-

ставляет собой смесь:

—

промысловой

нефти,

п'^т.

^г,

Орт,

— нефтяного

газа,

п'^т

Я'рТ'О'рт

^п^,

Кт +

"'РТ

'•>

Япп

Ярт +

Ярт;

•

Газосодержание нефтегазовой

смеси:

Истинное:

объемное.

(р"рт —

объемная доля нефтяного газа в нефтегазо-

вой смеси короткого (физически бесконечно малого) участка

у у

трубопровода т'^ = ^^ = ^^ ,

'^рТ ^ ^рТ ^Т.,рТ

молярное. ^'ру

—

молярная доля нефтяного газа в нефтега-

зовой смеси короткого (физически бесконечно малого) учас- "

тка трубопровода ЛГ' ^ = е! ,

"рТ ^ "рТ

массовое у'.рт- ~ массовая доля нефтяного газа в нефтегазо- '

вой смеси короткого (физически бесконечно малого) участка

у .о'

трубопровода ш' ^ = ^^ ^^^ .

'^рт

Ррг ^

'^рт

у'рт

Расходное:

объемное ^'рт~ объемная расходная доля нефтяного газа в

О' О"

потоке нефтегазовой смеси й' = ^^1 =

_^^1_

^"^ ~

О'рг

О'рт

0.,рт

массовое. У^г ~ массовая расходная доля нефтяного газа в

потоке нефтегазовой смеси

•ш'^

= ^^ = ''^ ,

ЯрТ + ЯрТ

Яг,рт

молярное, ^ру- - молярная расходная доля нефтяного газа в

потоке нефтегазовой смеси дг'^ = ?!— = рт .

"'рТ + Кт

КРТ