3.2. Состав исследовательского оборудования и технические характеристики Установка термодинамических исследований Fluid Eval

Рис.5.1 Установка термодинамических исследований Fluid Eval

Установка предназначена для термодинамических исследований различных углеводородных систем - газ, газовый конденсат, нефть. На данной установке возможно проводить исследования при давлении до 100 МПа и температуре до 175 °С. Объем рабочей ячейки (1000 см³ ) позволяет исследовать газоконденсат с КГФ до 20 см³ /м³ .

Установка состоит из двух основных элементов:

• Основание с блоком управления

• Термостат с PVT ячейкой и электропривод на вращающейся раме.

PVT ячейка это стальной цилиндр с одной стороны которой поршень с встроенной механической мешалкой, с другой специальная голова. Для исследований газоконденсата используется голова со смотровым стеклом для замера уровня жидкой фазы. Для нефтяных исследований используется другая голова для детектирования газовой фазы. Ячейка PVT находится на литой платформе рамы в термоизоляционном корпусе с воздушным термостатом. На корпусе предусмотрено смотровое стекло с системой видео фиксации. С другой стороны платформы расположен электропривод на поршень с блоком редукторов для изменения положения поршня.

Особенностью установки Fluid Eval является возможность переворота PVT ячейки, что позволяет проводить совместное перемешивание газовой и жидкой фаз до наступления термодинамического равновесия.

3.3. Техника проведение исследований

Проведение исследований состоит из следующих этапов:

- Определение коэффициента сжимаемости природного газа Z

- Определение плотности нестабильного конденсата

- Загрузка газа сепарации и нестабильного конденсата

- Рекомбинация

- Определение состава рекомбинированого газа

- Проведение контактной конденсации

- Проведение конденсации CVD (Constant Volume Depletion) с расчетом КИК

Определение коэффициента сжимаемости природного газа z

Для точного расчета объема газа при рабочем давлении необходимо определить коэффициент сжимаемости газа сепарации, он определятся экспериментально на установке термодинамических исследований (PVT) Fluid Eval № 32107 4/13. Диапазон измерений устанавливают от атмосферного давления до текущего пластового давления увеличенного на

15 МПа.

После загрузки газа сепарации давление в ячейки изотермически (35°С) повышают до давления превышающее текущее пластовое на 15 МПа. Далее снижают давление с фиксированием объема ячейки и показания давлений, до достижения максимального объема ячейки. Газ сепарации выводят через автоматический газометр с определением объема. Расчет относительного коэффициента сжимаемости проводится по следующей формуле:

где:

z_ГС – коэффициент сжимаемости газа сепарации при стандартных условиях;

z_ГС – коэффициент сжимаемости газа сепарации на i ступени снижения давления;

V_ГС - объем газа сепарации на i ступени снижения давления, м³;

V_ГС - объем газа сепарации при стандартных условиях, м³;

P_ГС - давление газа сепарации на i ступени снижения давления, Па;

P_ГС - давление газа сепарации при стандартных условиях, МПа;

T_ГС - температура газа сепарации в PVT ячейке, ^оK.

T_ГС - температура газа сепарации при стандартных условиях, °К.

Определение плотности нестабильного конденсата

Для расчета загрузки нестабильного конденсата в PVT ячейку необходимы плотности нестабильного конденсата в условиях сепарации и загрузки в PVT ячейку.

Определение плотности нестабильного конденсата в условиях сепарации p_НК проводится на плотномере ПВЛ-001.

Определение плотности нестабильного конденсата в условиях загрузки p_НК проводится на плотномере Antion Paar DMA 512 Р. Измерения проводят при давлении на 5-10 МПа выше текущего пластового давления с округлением в большую сторону и температуре загрузки в бомбу PVT.

Загрузка газа сепарации и нестабильного конденсата

Газ сепарации из баллона загружают в ячейку PVT, создают давление на

5-10 МПа выше текущего пластового давления, температуру в ячейки устанавливают на 35 °С.

Расчёт объема нестабильного конденсата производится в соответствии ранее полученными данными по следующей формуле:

где: V_НК – объем нестабильного конденсата при условиях загрузки, м³;

КГФ^сеп – промысловый конденсатогазовый фактор, см³/м³;

р_НК – плотность НК при условиях загрузки, кг/м³;

р_НК – плотность НК при условиях сепарации, кг/м³;

z_ГС – коэффициент сжимаемости газа сепарации при стандартных условиях;

z_ГС – коэффициент сжимаемости газа сепарации при условиях загрузки;

V_ГС – объем газа сепарации в PVT ячейке, м³;

P_ГС – давление газа сепарации в PVT ячейке, Мпа;

P_ГС – давление газа сепарации при стандартных условиях, Мпа;

T_ГС – температура газа сепарации в PVT ячейке, ^oK;

T_ГС – температура газа сепарации при стандартных условиях, ^oK.

Рекомбинация

Рекомбинация (перемешивание до однофазного состояния) нестабильного конденсата и газа сепарации проводится при пластовой температуре (91°С) и давлении выше текущего пластового давления на 10 МПа. Гомогенизация достигается физическим перемешиванием фаз, вращением ячейки PVT и перемешиванием системы встроенной в поршень мешалкой. Процесс проводится в течении 10-12 часов с контролем наличия жидкой фазы через смотровое стекло.

Критерием окончания процесса рекомбинации является:

а) визуальное отсутствие жидкой фазы (тумана, капель на стекле, оптической неоднородности)

б) установившееся равновесие показателей PVT ячейки по давлению Р_яч, объему У_яч, температуре Т_яч.

Определение состава рекомбинированого газа

Для оценки качества загрузки проводится сепарация пластового газа из PVT ячейки. Собирается установка для сепарации рис. 5.2, последовательно после PVT ячейки подключаются:

• Вентиль

• Кран тонкой регулировки

• Стеклянная ловушка с охлаждением до 20 ⁰С

• Два последовательных фильтра с охлаждением до 20 ⁰С

• Автоматический газометр

Установка предварительно вакуумируется. Рекомбинированный газ, находящийся в однофазном состоянии, на выходе из PVT ячейки, дросселируется игольчатым вентилем. При этом резко снижается давление и температура потока до стандартных условий - 20 °С, 760 мм.рт.ст. Из газа конденсируется жидкая фаза, диспергированая в газе в виде капель разного размера. Газожидкостная смесь, поступает в ловушку, где происходит осаждение крупных капель. Визуально в ловушке наблюдается туман. Далее смесь поступает в блок последовательных фильтров. Ловушка и фильтры термостатируются до 20 °С. Для эффективного разделения фаз, линейная скорость прохождения через сечения ловушки и фильтры поддерживается не более 0,3 см/с. В первом фильтре улавливается основная масса капельной жидкости унесенной из ловушки - до 90% масс. Второй фильтр необходим для контроля качества сепарации и улавливания следов жидкой фазы. Далее равновесный газ поступает в автоматический газометр с поддержанием стандартного давления и температуры выше 20 °С, с целью предотвратить выпадения жидкой фазы из равновесного газа.

После того как в ловушке накапливается от 2 до 4 г. конденсата (визуально в ловушке уровень жидкости около 1 см.), процесс прекращают, изолируют зажимами ловушку, фильтры, перекрывают краны газометра. Проводят замеры масс ловушки и фильтров. Записывают показания объема автоматического газометра. Часть газа отбирают в пробоотборник. Далее ловушку с жидкой фазой и пробоотборник с газом передают для определения состава на хроматографию.

Проведение контактной конденсации с определением Р_нк

В процессе контактной конденсации снижение давления проводится путем увеличения объема ячейки. Снижение давления ведут монотонно со скоростью 2 бар/мин при этом определяется давление начала конденсации Р_нк.

Давление начала конденсации определяется визуально как появление жидкой фазы в ячейке PVT в виде тумана. После определения давления начала конденсации и фиксирования приращения жидкой фазы проводится повторная рекомбинация и контрольное определение Р_нк.

Затем снижение давления осуществляется ступенчато. Ступень составляет 7-10% от давления начала конденсации. После каждой ступени снижения давления система перемешивается в течение 60-90 минут. Процесс проводится с помощью мешалки, а также с переворачиванием ячейки на 90° производится совместное перемешивание газовой и жидкой фаз.

Фазовое равновесие считается установившимся, если при постоянной температуре и объеме ячейки при дальнейшем перемешивании не меняется давление и объем выпавшего конденсата. После этого проводится отстаивание в течение 60-180 минут. При этом фиксируется увеличение объема жидкой фазы. При стабилизации объема накопленного конденсата процесс считается завершенным. Объем жидкости замеряется в смотровой камере ячейки видеокамерой с точностью 0,01 см³.

Снижение давления производится до максимально возможного увеличения объема ячейки (1000 см³) с количеством ступеней 10-14.

Результаты контактной конденсации приведены в таблицах 5.2 - 5.3 и на рисунках 5.3 - 5.4

Проведение конденсации CVD (Constant Volume Depletion) с расчетом КИК

После контактной конденсации проводят повторную рекомбинацию пробы. Затем монотонно снижают давление, определяют давление начала конденсации Р_нк и фиксируют объем ячейки PVT. Данный объем является исходным для начала снижения давления на каждой ступени.

Производится снижение давления в ячейке на величину в 7-10% от Р_нк. Снижение давления производится увеличением объема ячейки. Ячейку переворачивают, конденсат переливается в основной объем ячейки, приводится в контакт с газом и производится совместное перемешивание газовой и жидкой фаз. Этим достигается термодинамическое равновесие фаз в ячейке. Время перемешивания 40-60 минут.

Ячейка приводится в вертикальное положение, конденсат стекает в измерительную часть ячейки. По завершении стекания (1.5-4 часа) производится замер количества жидкой фазы.

Производится выпуск газа из ячейки путем уменьшения её объема при постоянном давлении. Выпуск газа ведется до достижения первоначального объема ячейки при Р_нк, после чего процесс прекращают. Выпуск газа проводится аналогично сепарации пластового газа через установку приведенной на рис. 5.2. При этом объем жидкой фазы накопленной в ловушке должен быть не менее 0,05 г. (визуально несколько капель).

Далее производится следующая ступень снижения давления, увеличением объема ячейки с повторением всех процедур по достижению термодинамического равновесия, замером количества конденсата в ячейке и выпуском газа до восстановления объема Р_нк.

Описанными ступенями производится исследование при пластовой температуре до атмосферного давления. Весь эксперимент осуществляется в 12-15 ступеней.

Пробы жидкой и газовой фазы отбирают из ячейки PVT на каждой ступени выпуска газа для дальнейшего хромматографического анализа и составления материального баланса.

При достижении атмосферного давления, охлаждают систему до 20 °С. и проводят перемешивания фаз. При достижении термодинамического равновесия, производится замер жидкости в ячейке. После чего подключают установку (рисунок 5.2) к вентилю №2. Далее уменьшают объем ячейки с постоянной скоростью до мертвого объема, линейная скорость прохождения равновесного газа через сечения ловушки и фильтры поддерживается не более 0,3 см/с. После завершения процесса проводят отбор проб на определение компонентного состава фаз. При объеме жидкой фазы более

1,5 см³ определяют плотность конденсата.

Результаты CVD приведены в таблицах 5.2 - 5.3 и на рисунках 5.3 - 5.4

Коэффициент извлечения конденсата рассчитан на основе «Инструкции по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин» по данным полученным при CVD конденсации и составляет - 0.73.

где:

КИК – Коэффициент извлечения конденсата;

ПС₅₊ - Потенциал С₅₊ в рекомбинированной пластовой системе, г/м³;

Q – количество оставшегося в бомбе стабильного конденсата в расчете на 1 ст.м³ загруженного пластового флюида, см³/ст.м³;

р_ск – Плотность стабильного конденсата в стандартных условиях , г/см³

Расчёт составов и свойств равновесного газа при снижении давления на CVD

На основании компонентно-фракционного состава равновесных газов на соответствующих ступенях снижения давления, составляется таблица составов и параметров. Изменение параметров и массовых потоков добываемого равновесного газа позволяет спрогнозировать изменение свойств и количества жидкой и газовых фаз на промысле при снижении пластового давления.

Состав рекомбинированого газа рассчитывают на основании данных сепарации из PVT ячейки и хроматографии: компонентно-фракционного составов и масс газовой и жидкой фазы.

Расчет массовой доли i-ro компонента потока на n - ной ступени снижения давления:

где:

Cⁿ – массовая доля i - го компонента (фракции) потока на n – ной ступени;

C_iж – массовая доля i – го компонента (фракции) в жидкой фазе;

C_iг – массовая доля i – го компонента (фракции) в газовой фазе;

m_г – масса газа полученного на n – ой ступени снижения давления, кг;

m_ж – масса уловленной жидкости на на n –ой ступени снижения давления, кг;

Из компонентно-фракционного состава рассчитывается молекулярная масса потока.

где:

Mⁿ – молекулярная масса потока на n ступени, ед.;

Cⁿ – массовая доля i – го компонента (фракции) на n ступени, % массовый;

M_i – молекулярная масса компонента (фракции), ед.

Далее проводят расчёт коэффициента сжимаемости, критических параметров, плотности.

Для определения корректности эксперимента необходимо сравнить составы рекомбинированного газа и суммарно полученного флюида в ходе проведения CVD конденсации. Разница значений потенциалов менее трех процентов, свидетельствует о корректном компонентно-фракционном составе равновесного газа на ступенях снижения давления.

Для определения суммарного состава флюида необходимо рассчитать состав равновесного газа на ступенях снижения давления по формуле 5.4. Далее рассчитывается суммарный флюид в PVT ячейке.

где:

C_i – массовая доля i – го компонента (фракции) в смеси, % массовый;

Cⁿ – массовая доля i – го компонента (фракции) на n ступени, % массовый;

m_n – масса смеси при n – ном снижении ступени, кг.

Анализ данных CVD эксперимента заключается в наблюдении динамики изменений параметров равновесного газа при снижении давления в ячейке.