4.4.10. Различие свойств нефти в пределах нефтеносной залежи

Физические свойства и состав нефти в пределах одного и того же пласта не всегда остаются постоянными. Изменение свойств нефти зависит, в основном, от глубины залегания пласта.

В залежах, не имеющих выхода на поверхность и окруженных краевыми водами, плотность нефти и количество смол увеличиваются с глубиной залегания. Плотность нефти увеличивается от свода к крыльям залежи. В сводовой части залежи всегда больше газа. Ближе к зонам водонефтяного контакта происходят окислительные процессы, что увеличивает плотность нефти в приконтурных зонах.

Вязкость нефти увеличивается от купола свода к крыльям. Давление насыщения нефти газом и количество растворенного газа в единице объёма нефти уменьшается по направлению к водонефтяному контакту, а, следовательно, и объёмный коэффициент нефти уменьшается к крыльям складки.

Состав газа в куполе складки имеет больше азота, метана, этана, пропана приблизительно на 2 %, чем в крыльях. Бутановых углеводородов больше находится в крыльях.

Каждая залежь имеет свой комплекс причин изменения свойств нефти по пласту. Одним из методов исследования изменения свойств нефти по залежи является фотоколориметрия. В основе метода лежит способность раствора поглощать световой поток. Степень поглощения светового потока (колориметрические свойства нефти) зависят от содержания асфальто-смолистых веществ. Вместе с изменением содержания последних, в нефти изменяются ее вязкость, плотность и другие свойства. Поэтому по изменению колориметрических свойств нефти можно судить и об изменении других ее параметров. Зная начальное распределение свойств нефти по залежи и динамику изменения состава и свойств нефти, добываемых из скважин, можно, например, судить о направлениях движения нефти в пласте, устанавливать взаимосвязи нефтяных и нагнетательных скважин, оценивать продуктивность отдельных пропластков.

4.5. Физико–химические свойства углеводородных газов

4.5.1. Коэффициент сверхсжимаемости природных газов

Для определения многих физических свойств природных газов (ко­эффициента сверхсжимаемости, плотности, энтальпии, энтропии, коэффи­циентов летучести и др.) используются уравнения состояния, учитываю­щие давление, объем и температуру.

Как известно, состояние идеальных газов описывается уравнением Клапейрона-Менделеева:

PV=mRT, (4.27)

где: Р - абсолютное давление, Па;

V - объем газа, м³;

m - масса вещества, кГ;

R — газовая постоянная, кДж (кг·°К);

Т - абсолютная температура.

Так как реальные газы характеризуются объемом молекул и меж-молекулярным взаимодействием, уравнение (4.27) было откорректировано голландским физиком Ван-дер-Ваальсом:

(4.28)

где: V- удельный объем газа;

a/V² - константа сцепления молекул;

в - поправка на объем молекул.

Уравнение (4.28) приближенное. Оказалось, что коэффициенты а и в –сложные функции объема, температуры, формы молекул. Уравнение может удовлетворительно описывать поведение реальных газов до давлений в 10 МПа при температурах до 283–293 °К, но оно неприемлемо к гомологам метанового ряда.

В дальнейшем изучении данной проблемы наметились два направления:

1) введение поправочного коэффициента Z в уравнение состояния идеального газа;

2) добавление в уравнение состояния идеального газа большого числа констант (уравнение Битти-Бриджмена с 5-ю константами, Бенедикта-Вебба-Рубина с 8-ю константами и др.).

Более целесообразным оказалось третье направление, Д. Браун и Д. Катц на основе экспериментов установили, что, если приведенные параметры (Р_пр и Т_пр) различных природных газов одинаковы, то они находятся в соответственных состояниях, при которых их физические и термодинамические свойства одинаковы (Z, плотность и др.).

Приведенные параметры при этом для индивидуальных компонентов показывают, во сколько раз действительные параметры состояния газа (давление, абсолютная температура, объем, плотность, коэффициент отклонения Z) больше или меньше критических:

(4.29)

Для смесей газов критические параметры вычисляются по правилу аддитивности:

(4.30)

где: y_i – молярная доля компонента в смеси;

Р_кр.i и Т_кр.i – соответственно критические давления и температура каждого компонента в чистом виде (табл. 4.5).

Таблица 4.5. Критические давления, температуры и коэффициенты сжимаемости компонентов природных газов

Таким образом, коэффициент Z природной углеводородной смеси можно определить, рассчитав приведенные Р_пр. и Т_пр. и используя графики Брауна (рис.4.16).

При содержании неуглеводородных компонентов в составе природных газов (N₂, CO₂, H₂S) следует вводить поправки в рассчитанное значение Z по правилу аддитивности:

Z = y_а Z_а + (l–y_а)Z_у (4.31)

где: у_а – молярная доля азота в смеси газов;

Z_а и Z_у – коэффициенты сверхсжимаемости азота и углеводо­родной части смеси газов.

Для определения Z_а используют специальные графики (рис. 4.17).

Рис. 4.16. Зависимость коэффициента Рис. 4.17. Зависимость коэффициента

сверхсжимаемости природного газа Z сверхсжимаемости азота от

от приведенных абсолютных давлений давления и температуры

Р_пр.. и Т_пр.

При решении задач, связанных с добычей, транспортом, хранением и переработкой природных газов, наиболее употребительны уравнения со­стояния Редлиха-Квонга и Бенедикта-Вебба-Квонга [9]. В первом случае уравнение состояния имеет вид:

(4.32)

Для определения коэффициента Z уравнение Редлиха-Квонга преоб­разуется к виду:

(4.33)

(4.34)

(4.34)

Результат расчетов Z по (4.33) дает отклонение от экспериментальных данных не более ± 2% (при 0,01 Р_пр. 12; 1,05 Т_пр. 1,6).