Лапшин В.И. Термогазодинамические особенности формирования и извлечения пластовых флюидов на Астраханском месторождении

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ...

вом давлении 61.3 МПа и температуре 383 К. Изотермы контакт-

ной конденсации снимались при различных температурах – от 273

до 453 К. Полученная фазовая диаграмма приведена на рис. 3.2а.

Давление начала конденсации при температуре 273 К равно

35.1 МПа, при 383 К – 37.5 МПа. Крикондебара для данной газо-

конденсатной смеси равна 38.6 МПа при температуре 340 К, кри-

кондетерма фиксируется при температуре ≈ 478 К. Следовательно

при С

, равном 182 г/м

газа сепарации плотностью 0.795 г/см

при

давлении выше 37.5 МПа, пластовая смесь при температуре 383 К

будет находиться в однофазном газообразном состоянии.

Дальнейшие исследования [46–48] позволили улучшить пред-

ставление о фазовых характеристиках пластовой смеси Астра-

ханского ГКМ. А.И. Брусиловский [49] на основании данных экс-

периментальных исследований с помощью нового уравнения со-

стояния и усовершенствованного способа определения параме-

тров фракций С

значительно улучшил качество термодинамиче-

ской модели и рассчитал фазовые характеристики пластовых си-

стем, подобных Астраханской. Расчетные величины Р

нк

, Р

мк

и V

мк

практически идентичны экспериментальным. Следовательно, в

инженерной практике появились уравнение и методы расчета, да-

ющие возможность адекватно описывать фазовое поведение слож-

ных пластовых систем.

Представленные в работах [21, 26, 32, 46–48, 50–55] методики

исследования смоделированных и реальных газожидкостных си-

стем с высоким содержанием углекислого газа и сероводорода по-

зволили детализировать основные закономерности фазового пове-

дения пластовых систем на примерах исследования газоконденсат-

ных смесей Астраханского ГКМ.

Установлены особенности влияния на конфигурацию фазовой

диаграммы и ее положение в координатах Р – Т таких факторов, как

состав пластовой смеси, количество и физико-химические свой-

ства С

. Как известно, газ сепарации Астраханского ГКМ состоит

(% мол.): из метана (40–65), гомологов метана (3.5–6.0), углекисло-

го газа (10–22) и сероводорода (15–30). Содержание жидкой фазы

конденсата колеблется от 130 до 320 г/м

газа сепарации, плот-

ность конденсата меняется от 0.795 до 0.825 г/см

и более.

Для детального изучения влияния состава и содержания газо-

вой и жидкой фаз на фазовое поведение газожидкостной систе-

В.И. ЛАПШИН, Д.В. ИЗЮМЧЕНКО, В.А. НИКОЛАЕВ, Р.И. ГАТИН

мы Астраханского ГКМ при различных термобарических услови-

ях проведена серия экспериментов. Исследовались смеси, состав-

ленные из газов сепарации и конденсатов, отобранных при иссле-

довании скважин Астраханского ГКМ. Составы пластовых газов,

использовавшихся при исследованиях, представлены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Составы смесей из газов сепарации и конденсатов Астраханского ГКМ

Компоненты и физико-химические свойства

стабильного конденсата

Скв. 8Э Скв. 16 Скв. 68

Компонентный состав пластовых смесей, % мол.

S 26.02 20.94 22.83

СО

11.87 11.14 14.10

СН

53.45 60.27 55.42

2.33 1.69 2.10

1.11 0.89 0.74

0.61 0.62 0.52

3.89 3.75 3.73

2+р

0.69 0.71 0.36

Характеристики пластовых смесей

Плотность стабильного конденсата, г/см

0.817 0.795 0.825

Молекулярная масса стабильного конденсата 155 148 160

Содержание С

, г/м

272 268 270

Были изучены особенности влияния плотности конденсата,

количества растворенной жидкой фазы, содержания сероводоро-

да и углекислого газа на фазовые превращения пластовой системы

Астраханского ГКМ. Сравнение полученных фазовых диаграмм

(см. рис. 3.2) показывает, что при увеличении плотности раство-

ренной жидкой фазы от 0.795 до 0.825 г/см

изоплеры нулевого со-

держания жидкой фазы перемещаются в сторону увеличения дав-

ления. Так, рост давления начала конденсации при температуре

293 К составляет 7 МПа, при 353 К – 9 МПа, при 423 К – 7 МПа.

Эти результаты согласуются с результатами исследования анало-

гичных смоделированных газожидкостных смесей.

Полученные данные показывают, что утяжеление конденсата

приводит к достаточно значительному увеличению давления нача-

ла конденсации, что согласуется с механизмом парожидкостного

ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ...

Рис. 3.2. Влияние плотности растворенного конденсата на фазовые характеристики пластовой газоконденсатной системы

Астраханского ГКМ. Плотность конденсата: а – 0.795 г/см

; б – 0.825 г/см

В.И. ЛАПШИН, Д.В. ИЗЮМЧЕНКО, В.А. НИКОЛАЕВ, Р.И. ГАТИН

равновесия: более тяжелый конденсат труднее растворяется в рав-

новесной газовой фазе.

Кривые изменения давления начала конденсации для смесей,

содержащих конденсат различной плотности, при изменении со-

держания С

сохраняют одинаковую конфигурацию. С увеличе-

нием конденсатосодержания до 270–300 г/м

величина давления

начала конденсации растет, а затем снижается. Механизм данного

универсального явления с позиций кинетической теории газокон-

денсатных систем описан в работе [56].

Проведенные исследования показали, что при растворении в

углеводородной газожидкостной системе сероводорода и углекис-

лого газа конфигурация фазовых диаграмм изменяется, особенно

существенное изменение происходит при растворении сероводо-

рода. Следует отметить, что фактическое влияние сероводорода и

углекислого газа, взятых в отдельности, на давление начала кон-

денсации значительно больше, чем совместное (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Влияние сероводорода и углекислого газа на давление начала конденсации

при содержании в системе С

= 1 – 80; 2 – 140; 3 – 260; 4 – 300; 5 – 400; 6 – 560;

7 – 700 г/м

ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ...

Согласно результатам исследования, давление начала конденса-

ции уменьшается при увеличении содержания кислых компонентов

для всех исследованных систем. Так, при отсутствии сероводорода

и углекислого газа в газоконденсатных системах с незначительным

содержанием С

, С

и содержанием конденсата порядка 260–

270 г/м

газа сепарации (плотностью 0.800 г/см

) давление начала

конденсации находится в интервале 56–58 МПа. При добавлении в

систему смеси сероводорода и углекислого газа (35–40 % мол.) сни-

жение давления начала конденсации достигает 16–18 МПа.

Фазовые превращения смесей с различным содержанием кон-

денсата (С

= 264, 618 и 824 г/м

), составленных из газа сепара-

ции и конденсата, отобранных при исследовании скв. 68 Астра-

ханского ГКМ (табл. 3.4), представлены на рис. 3.4. Фазовые диа-

граммы (см. рис. 3.4.) показывают, что ПГЖС, аналогичные по

составу пластовой системе Астраханского ГКМ (с содержанием

= 230–270 г/м

), ведут себя как ретроградные газоконденсатные

смеси при термобарических условиях, характерных для газокон-

денсатных пластов и узлов транспорта и подготовки этих систем.

Переход в жидкостное состояние систем, подобных Астра-

ханской, при температурах 253 К и выше наступает при содержа-

нии С

= 650–700 г/м

, что значительно превышает содержание

конденсата, полученного при исследовании пластовой системы

Астра ханского ГКМ. При увеличенном до 1200 г/м

содержании

жидкой фазы С

система при температурах 273–423 К находится в

жидкостном состоянии.

Таблица 3.4

Состав газожидкостных смесей из газа сепарации и конденсата скв. 68, % мол.

Компоненты Содержание С

, г/м

газа сепарации

264 618 824

S 22.83 31.62 21.01

СО

14.10 13.35 12.98

СН

55.42 52.47 51.02

2.10 1.99 1.94

0.74 0.71 0.68

0.52 0.49 0.48

3.70 8.80 11.35

2 + p

0.59 0.57 0.54

В.И. ЛАПШИН, Д.В. ИЗЮМЧЕНКО, В.А. НИКОЛАЕВ, Р.И. ГАТИН

Рис. 3.4. Фазовые диаграммы газожидкостных смесей, составленных из газа сепарации и C

, отобранных из скв. 68

Астраханского ГКМ. Содержание C

, г/м

а – 268; б – 618; в – 824

ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ...

В результате экспериментальных исследований установлено,

что фазовые диаграммы пластовой системы, составленной из газа

сепарации и конденсата, отобранных при исследовании скв. 68

Астраханского ГКМ, аналогичны фазовым диаграммам смодели-

рованной системы, составленной из конденсатов той же плотно-

сти и газа, состоящего из метана и сероводорода. Следовательно,

газоконденсатная система Астраханского ГКМ при давлении

60–62 МПа и температуре 380–390 К (соо

тветствующих первона-

чальным пластовым условиям) находится в парообразном состоя-

нии. Переход в двухфазное (газожидкостное) состояние начинает-

ся при снижении давления до 38–45 МПа. При снижении темпера-

туры от пластовой (383 К) давление начала конденсации несколько

повышается и доходит до крикондебары 46 МПа, а затем начина-

ет снижаться. Следует отметить, что для газоконденсатной систе-

мы Астраханского ГКМ при содержании С

порядка 230–270 г/м

(центральная часть месторождения) снижение температуры до

253 К не приводит к переходу ее в жидкостное состояние. Поэтому

при изменении температур от 253 до 473 К и давлений до 46 МПа

система находится в ретроградной газоконденсатной области фа-

зовой диаграммы. Полная фазовая диаграмма при данных термо-

барических условиях будет наблюдаться при увеличении содержа-

ния С

до 700 г/м

и выше.

Сложности, возникающие при оценке влияния неуглеводород-

ных компонентов, конденсатосодержания и плотности конденса-

та на давление начала конденсации аналитическими методами, вы-

зывают необходимость разработки графоаналитических способов

оценки давления начала конденсации пластовых систем, подоб-

ных Астраханской. Для практических целей разработаны графики

(рис. 3.5), позволяющие с достаточно высокой точностью определять

давления начала конденсации пластовой системы Астраханского

ГКМ. Графики основаны на экспериментальной оценке влияния

каждого основного компонента, входящего в состав пластовой сме-

си, на давление начала конденсации. Так, сероводород и углекис-

лый газ снижают это давление, а конденсат увеличивает его при со-

держании в смеси до 280–320 г/м

. При дальнейшим увеличении

конденсатосодержания давление снижается. Повышение плотности

конденсата ведет к росту давления начала конденсации.

В.И. ЛАПШИН, Д.В. ИЗЮМЧЕНКО, В.А. НИКОЛАЕВ, Р.И. ГАТИН

Увеличение содержания азота ведет к росту давления начала

конденсации, однако (ввиду малого реального содержания азота в

смеси) его влияние на давление начала конденсации незначительно.

Для расчета давлений начала конденсации пластовой систе-

мы Астраханского ГКМ была проведена аппроксимация кривых

(см. рис. 3.5). При этом на зависимостях Р

нк

от содержания С

вы-

делены три участка аппроксимации: 100–200; 200–300; 300–500 г/м

газа сепарации.

На первом участке зависимость Р

нк

от содержания С

описы-

вается уравнением:

нк

= b

) + d

k

, (3.1)

на втором участке:

нк

= [a

)

+ b

) + d

, (3.2)

на третьем участке:

нк

= [b

) + d

, (3.3)

где Р

нк

– давление начала конденсации, МПа; a, b, d – коэффициен-

ты уравнений; С

– содержание конденсата, г/м

газа сепарации.

Значения коэффициентов уравнений приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Значение коэффициентов уравнений 3.1, 3.2, 3.3

Коэффи-

циенты

Плотность C

, г/см

0.795 0.800 0.805 0.810 0.815 0.820 0.825

0.05 0.049 0.05 0.048 0.05 0.055 0.065

27 27.9 28.4 29.9 31 32 33.2

–0.0003 –0.0003 –0.0003 –0.0002 –0.0003 –0.0004 –0.0003

0.1466 0.1622 0.1704 0.1378 0.1616 0.201 0.133

17.971 16.871 16.514 21.843 20.486 18.008 30.00

–0.0085 –0.008 –0.0095 –0.0105 –0.0125 –0.013 –0.014

41.35 41.8 43.05 44.05 46.15 48.0 50.7

ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ...

Рис. 3.5. Графики для определения начала конденсации пластовой системы Астраханского ГКМ

В.И. ЛАПШИН, Д.В. ИЗЮМЧЕНКО, В.А. НИКОЛАЕВ, Р.И. ГАТИН

Поправка на изменение Р

нк

в зависимости от содержания

S + CO

в смеси определяется по уравнению:

= –0.048(H

S + CO

) + 1.1917, (3.4)

где: k

– поправка, доли единицы; H

S + CO

– суммарное содер-

жание кислых компонентов, % мол. Давление начала конденсации

является одним из основных параметров, необходимых для обо-

снования оптимальных режимов работы пластов и скважин. Разра-

ботанный авторами настоящего обзора способ позволяет в про-

мысловых условиях по известному составу пластовой смеси опе-

ративно с высокой точностью (погрешность не превышает 2–3 %)

оценить давление начала конденсации.