Физико-химические свойства конденсата

Конденсат представляет собой легкую бесцветную или слабоокрашенную углеводородную жидкость, плотность которой не превышает 760-780 кг/м³. Конденсат включает в себя большое количество тяжелых углеводородов, в которых выделяются бензиновые, легроиновые, керосиновые и возможно более тяжелые масляные фракции.

Конденсат содержит углеводороды гомологического ряда метана с общей формулой С_nН_2n+2. Такие компоненты, как пропан С₃Н₈, пропилен С₃Н₆, изобутан i = С₄Н₁₀, нормальный бутан n = С₄Н₁₀, бутилены С₄Н₈ при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии. При повышенных давлениях в пластовых условиях это жидкости. Изопентан i = C₅H₁₂, нормальный пентан n = С₅Н₁₂, гексан и более тяжелые углеводороды при нормальных условиях находятся в жидком состоянии и входят в состав бензиновой фракции.

Различают насыщенный (содержащий растворенный газ) и стабильный конденсат. Его плотность можно рассчитать графоаналитическим методом, а также методом с использованием приведенных и других параметров.

Плотность (в г/см³) стабильного конденсата, содержащего компоненты С₅+ высшие (условное обозначение С₅ + в), можно определить, например, по следующим выражениям:

где M_к – молекулярная масса конденсата; n – коэффициент преломления; Т_кип – температура кипения.

Коэффициент термического расширения конденсата обычно изменяется от 0,75 до 0,85 1/°С, коэффициент сжимаемости конденсата составляет примерно 2 1/ГПа.

Расчет плотности насыщенного конденсата более сложен. Многочисленные методы вычисления этого параметра приведены во многих опубликованных работах.

Коэффициент динамической вязкости стабильного конденсата (в мПа·с) зависит от давления и температуры и для 30°С ≤ Т ≤ 200°С, 1 МПа ≤ р ≤ 50 МПа может быть оценен по следующей эмпирической формуле

ГАЗОКОНДЕНСАТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАЛЕЖИ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СМЕСЕЙ

В предыдущих разделах мы рассмотрели свойства углево­дородных смесей и элементы теории их фазовых превращений. При выборе метода разработки и эксплуатации газоконденсат-ной залежи, установлении технологических схем и режима ра­боты промысловых установок необходимо знать количественные характеристики углеводородных смесей и изменение их в за­висимости от давления и температуры. Для этого проводится комплекс исследований свойств пластовой углеводородной сме­си, в результате которого устанавливается газоконденсатная характеристика залежи. Определяются следующие параметры.

1. Состав пластового газа и содержание в нем конденсата.

2. Давление начала конденсации углеводородов в пласте идавление максимальной конденсации.

1. Фазовое состояние газоконденсатной системы в пластовых условиях.

3. Изотермы конденсации пластового газа.

4. Количество и состав конденсата, выделяющегося из 1 м³ газа при различных давлениях и температурах.

5. Потери конденсата (углеводороды, остающиеся в пласте) при разработке залежи без поддержания давления в зависи­ мости от степени падения пластового давления и за весь срок эксплуатации месторождения.

6. Количество конденсата (и его состав), извлекаемого из,газа по мере падения давления в залежи в процессе ее эксплуа­тации.

Кроме того, исследуются также фазовые превращения и свойства газоконденсатных смесей в условиях скважин, газо­сепараторов и газопроводов.

Процессы фазовых превращений углеводородной смеси ис­следуют в лабораторных установках. При этом соблюдают термодинамическое подобие тем процессам, которые проис-, ходят в пласте. Для чего в комплект лабораторной уста­новки включают не менее двух сосудов высокого давления. В первом — камере pVT проводят изотермическое (при пла­стовой температуре) снижение давления от начального пла­стового до атмосферного. Так моделируют фазовые превраще­ния в пласте при разработке залежи на истощение.

Соотношение объемов газовой и жидкой фаз измеряют при контактной и дифференциальной конденсации. В первом слу­чае состав газоконденсатной смеси остается постоянным, а дав­ление снижают путем перемещения пор синя в камере pVT, т. е. увеличением объема камеры. При дифференциальной конден­сации газ выпускают из этой камеры. Процесс имитирует от­бор газа из месторождения. Состав пластовой смеси изменя­ется, а газовая фаза, отобранная из «пласта» (камеры pVT), направляется во второй сосуд высокого давления — сепаратор. В последнем давление и температуру поддерживают на уровне промысловых условий сепарации. Таким способом имитируют процесс промысловой обработки газа.

Соблюдение только термодинамического подобия, т. е. ра­венства параметров ρ и t в пласте и сепаратора их значениям в лабораторных условиях, позволяет получать приближенные исходные данные для перспективного планирования добычи и изменения состава добываемых газа и конденсата.

В современ­ных лабораторных исследованиях не соблюдаются условия га­зогидродинамического подобия процессов фильтрации газокон­денсатной смеси в пласте, не учитываются влияние пористой среды на фазовые превращения и отклонение реальных про­цессов фазовых переходов от условий равновесия, а в сепара­торе не соблюдается газодинамическое подобие промысловым процессам подготовки газа к транспорту. Эти отличия различ­ных процессов на месторождении от условий лабораторных ис­следований обусловили использование лабораторных результа­тов при расчетах разработки в основном по уравнениям мате­риального баланса.

Сопоставление лабораторных и фактических данных по де­вяти месторождениям Краснодарского края показало, что до­быча конденсата по отдельным месторождениям на 30—40 % ниже рассчитанной по лабораторным данным. Несмотря на это, лабораторные исследования являются основным методом прогнозирования фазовых превращений при разработке и эксплуатации газоконденсатных месторождений, так как анали­тические методы их прогнозирования менее надежны.

Рис. IV16 Схема >становки УФР-2 для исследования газоконденсатных

смесей

Исследование газоконденсатных смесей проводится на ус­тановке (рис. IV. 16), одним из_ основных узлов которой явля­ется камера pVT 3, корпус которой состоит из двух цилиндров: верхнего — газового 2 и нижнего — жидкостного 9. Простран­ства со стороны штоков цилиндров связаны обводной трубкой 6, уменьшающей осевые усилия на поршни и обеспечивающей синхронное их перемещение при механическом воздействии на поршень 8 жидкостного цилиндра 9. Привод поршня 8 осуще­ствляется от синхронного двигателя через редуктор и безлюф-товую передачу винт —гайка 10.

Объем жидкой фазы определяется по счетчику указателя объема //. Сельсин-приемник счетчика дистанционно связан с сельсином-датчиком привода и соединен со счетчиком кони­ческой передачи, рассчитанной так, что измерение полного объема в кубических сантиметрах проводится в тот момент, когда уровень жидкой фазы находится в середине смотрового стекла.

Отсчет объема газовой фазы производится по счетчику ука­зателя объема 24. Сельсин-датчик счетчика закреплен на валу

двигателя, имеющего контактное устройство, которое включает двигатель при перемещении штока поршня 4 газового цилиндра. Сельсин-приемник соединен со счетчиком Іаза через цилиндри­ческую передачу, рассчитанную таким образом, что отсчет про­водится также в единицах объема (кубических сантиметрах). В газовом цилиндре проба перемешивается электромагнитной мешалкой 5, ось которой является сердечником электромаг­нита /.

Раздел фаз исследуемой пробы фиксируется визуально на зеркале, отражающем проходящий через смотровое окно бомбы равновесия луч света от осветителя.

Термостатирование камеры pVT осуществляется электрона­гревателями 16, 17, 18. Для нагрева этой камеры предназначен нагреватель 17; нагреватель 18 служит для стабилизации тем­пературы в исследуемой пробе; нагреватель 16 предусмотрен для того, чтобы не выпадал конденсат при отборе пробы через шток цилиндра газовой фазы и не было оттока, с его помощью температура по всему пути движения газа поддерживается равной температуре внутри бомбы или на 1—2°С выше.

Температура в бомбе равновесия регулируется потенцио­метром 12 с помощью трех термопар, расположенных у спира­лей нагревателей. Давление в гидросистеме и рабочей камере бомбы создается масляным насосом 33 и гидропрессом 32 с ме­ханическим приводом. Ресивер 20 установлен в системе для сглаживания пульсаций при работе масляного насоса.

Вторая функция гидропресса — автоматическое поддержание заданного давления, для этого он снабжен обводной линией 31, При закрытой обводной линии пресс создает давление до 80,0 МПа, при открытой — до 160,0 МПа. Включение гидро­пресса и режим регулирования проводится поршневым разде­лителем 25, снабженным электрическим индикатором.

Регулирование ведется по заданному давлению с помощью манометров 26—29. Давление в системе контролируется по ма­нометру 14, а защита от превышения давления — электромаг­нитным манометром 15.

Для определения выхода конденсата из газа по мере сниже­ния давления при различных режимах сепарации в установке предусмотрен сепаратор, в нижней части которого вмонтировано смотровое окно 7 с осветителем и измерительный плунжер 19 для определения объема выделившегося конденсата. Давление в сепараторе (до 20,0 МПа) регулируется манометром 22, а ко­личество отобранного из системы газа — счетчиком.

Рабочая жидкость подается в систему из напорного бака 30 через гидропресс и масляный насос. Заполнение камеры 3 га­зом и повышение давления проводится поршневым контейне­ром 13.

Установка снабжена специальным термостатируемым пикно­метром высокого давления 23 для отбора пробы паровой фазы

при различных режимах работы. Узлы установки жестко за­креплены на стенде таким образом, что на месте эксплуата­ции установку легко смонтировать в защитной кабине, причем щит с управляющими и показывающими приборами может быть одной из ее стенок. Блок позволяет автоматически управ­лять установкой в соответствии с технологическими требова­ниями.

Методика исследования на установке УФР-2

При полностью вдвинутом поршне и нижнем плунжере ка­меру pVT вакуумируют и заполняют пробой газа из баллона. Под давлением газа поршень перемещается, в крайнее верхнее положение. После выравнивания давления в камере и баллоне последний отключают от камеры и подключают к поршневому контейнеру, с помощью которого подается дополнительно не­обходимое количество газа.

Контейнер наполняют газом до остаточного давления пробы в баллоне, который затем переқрывают, а контейнер соединяют с масляным насосом. Подняв давление в баллоне выше, чем в камере pVT, пробу газа нагнетают в последнюю. Затем кон­тейнер отключают от камеры и соединяют с баллоном, чтобы вытеснить гликоль в напорный бачок. Далее цикл повторяется снова, пока в камере pVT не будет создано давление, необхо­димое для проведения опыта.

Загрузив в камеру необходимое количество газовой пробы, рассчитывают потребный объем жидкости и с помощью измери­тельного пресса перемещают ее в камеру pVT, затем вклю­чают обогревательные приборы и по достижении определенной температуры опыта включают мешалку. Постоянное давление в камере pVT (бомбе) поддерживается верхним поршнем, ко­торый перемещается под давлением гликоля, нагнетаемого на­сосом в камеру, заключенную между крышкой цилиндра и поршнем.

Перемешивание пробы продолжают до тех пор, пока не ус­тановится фазовое равновесие системы при заданных темпера­турах и давлении. Фазовые равновесия системы исследуются при температурах от минус 10 до плюс 200°С и давлениях от 2,О до 100,0 МПа. Поправки на давление и температуру к объ­емам жидкой и газовой фаз определяются расчетным путем. Установка позволяет определять такие характеристики пласто­вых газов, как выход конденсата из газа при различных тер­модинамических условиях в процессе эксплуатации залежей глубокозалегающих газоконденсатных месторождений, а также потерн конденсата в пласте. Полученные данные являются ис­ходными при подсчете запасов газа и конденсата, потерь кон­денсата в пласте, обосновании метода разработки месторож­дения.

Исследование проб сырого конденсата и отсепарированного газа

Отобранные на промысле пробы сырого конденсата н от­сепарированного газа исследуют в лабораторных условиях на содержание этана, пропана и бутана, а также стабильного кон­денсата gs+. Вначале пробу сырого конденсата подвергают де­газации на установке (рис. IV.17). Контейнер 3, содержащий сырой конденсат, помещается в баню, температура в которой поддерживается с помощью термостата /. Между контейнером и газометром 8 помещаются стеклянные змеевиковые ловушки, погруженные в охлаждаемую смесь льда с солью (темпера­тура минус 20 °С). Прямая функция ловушек — улавливание жидких углеводородов, уносимых газом из контейнера.

Для разгазирования пробы сырого конденсата открывается вентиль контейнера и в газометр выпускается газ со скоро­стью 5 л/ч. При этом температура в бане поддерживается рав­ной плюс 20 °С. После прекращения выделения газа из кон­тейнера при открытом вентиле температура в бане доводится до плюс 30 °С. При этом из контейнера выделяется дополни­тельное количество газа, который также собирается в газометре. , Наконец, после прекращения его выделения вентиль закры­вают и контейнер с содержащимся в нем дегазированным кон­денсатом охлаждают до плюс 10—15 °С.

Для удаления газовых углеводородов, растворенных в жид­кости, собранной в ловушках, температуру охлаждающей смеси постепенно повышают, доводя ее до ,плюс 5 °С. Конденсат из контейнера переливается в мерный цилиндр, к нему добавля­ется жидкий продукт, собранный из газа в змеевиковых

ловушках. После этого измеряется объем полученного жидкого продукта (Св+) и определяется его плотность.

Рис. 1V.17. Схема установкг для дегазации насыщенного насыщенного угле­водородного конденсата

1 — термостат; 2 — баня; 3 — контейнер; 4 — термометр. 5 — вентиль, 6 — манометр; 7 — ловушка; 8— газометр

В результате проведенных промысловых исследований сква­жины и лабораторных анализов проб газа сепарации и сырого конденсата получают исходные данные для расчета содержа­ния этана, пропана, бутанов, пентанов и вышекипящих в пла­стовом газе: 1) q — объем выделяющегося сырого конденсата из 1 м³ отсепарированного газа, см³; 2) объем контейнера V, в который отбирается сырой конденсат, см³; 3) а — объем газа дегазации, выделяемого из сырого конденсата, в объеме кон­тейнера, л; 4) в — содержание жидких углеводородов в объ­еме контейнера, см³; 5) плотность и молекулярная масса ста­бильной жидкой фазы, оставшейся после дегазации сырого кон­денсата.

Плотность конденсатов находится в прямой зависимости от их углеводородного и фракционного состава. Например, конденсаты, в которых велико содержание ароматических углево­дородов, имеют большую плотность (0,806—0,826), чем конден­саты, содержащие парафиновые углеводороды. От углеводород­ного состава зависит также и показатель преломления конден­сатов (колеблется для исследованных конденсатов в пределах 1,39—1,46). На основании результатов исследований более 60 газоконденсатных месторождений сотрудниками ВНИИГАЗа ус­тановлена зависимость между плотностью конденсата и его по­казателем преломления

ρ = 1,90646л,,—1,96283. (IV.5)

При экспериментальном изучении фазовых превращений га­зоконденсатных систем на существующей аппаратуре (УГК, ка­мера pVT) количество жидкой фазы бывает настолько мало, что определить удается лишь па. Для нахождения ρ можно воспользоваться зависимостью (IV.5); относительная погреш­ность при этом не превышает ±2 %.

Лекция 22, 23