2003_МИРЗАДЖАНЗАДЕ А.Хи др.-Основы технологии добычи г / 3

модели пласта при разном содержании конденсата в газе и различных темпах истощения. Основой для представленной на рис. 3.19 экспериментальной установки служила серийная установка для исследования газоконденсатных систем УГК-3. В описываемых опытах ее использовали для приготовления и исследования свойств газоконденсатной смеси, насыщающей модель пласта 1, которая соединена с установкой УКГ-3.

Модель пласта 1 представляла собой трубу длиной 1,55 м с внутренним диаметром 30 мм. Труба заполнена кварцевым песком, состоящим из фракций с размером частиц: менее 0,1 мм – 60 %; от 0,1 до 0,2 мм – 40 %. Объем порового пространства, который определяли по падению давления в модели, насыщенной воздухом, составил 340 см3; проницаемость по воздуху 1,9 10–12 ì2. Давление в поровом объеме модели пласта измеряли образцовыми манометрами с пределом измерения 40 МПа. Расход газа определяли с помощью счетчика типа ГСБ-400.

Для приготовления рекомбинированной газоконденсатной смеси использовали бомбу высокого давления 5 с поршнем. Для создания и регулирования давления в бомбе и прессе-поджимке применяли гидравлическую систему, основными элементами которой являлись емкость с глицерином и плунжерный насос.

Бомбу 5 и модель пласта 1 термостатировали в опытах с помощью водяной системы обогрева, для чего использовали термостат 1С-24А. Температуру поддерживали на уровне 60 °С с помощью контактного термометра, которым оборудован термостат 1С-24А, и контролировали ртутными термометрами с

Рис. 3.19. Схема экспериментальной установки:

1 $ модель пласта; 2 $ ловушка; 3 $ газовый счетчик; 4 $ пресс; 5 $ бомба; 6 $ емкость с глицерином; 7 $ плунжерный насос; 8 $ баллоны со сжатым газом и воздухом; 9 $ контейнер с конденсатом; 10 $ ручной пресс; 11 $ образцовый манометр; 12,13 $ краны.

302

верхним пределом измерения 100 °С и ценой деления 0,1 °С, введенными в

специальные термокарманы на терморубашках бомбы и модели пласта. Для уменьшения потерь теплоты рубашки бомбы и модели пласта были обеспечены теплоизоляцией.

В опытах использовали рекомбинированные газоконденсатные смеси, которые приготавливали из газа сепарации и сырого конденсата, отобранных при исследовании на газоконденсатность скв. 3 Вуктыльского газоконденсатного месторождения. Состав газа и конденсата приведен ниже:

Сначала установку опрессовали при 40 МПа. За сутки давление в модели практически не изменилось, что свидетельствовало о герметичности системы.

На следующем этапе подбирали рабочие смеси. При этом исходили из следующих соображений. Смесь должна иметь достаточно высокое содержание конденсата, чтобы влияние его выпадения конденсата на форму зависимости p/z было ощутимым. Исходя из этих соображений исследовали смеси с газо-

вым фактором менее 104 ì3/ì3, так как при этом максимальное количество выпадающего конденсата составляет 2 % порового объема модели пласта и более. Для опытов по истощению модели пласта были выбраны смеси с газовым фактором Ã1 = 104 ì3/ì3 è Ã2 = 4 103 ì3/ì3. По результатам предварительных исследований этих смесей давление начала конденсации составляло соответственно 12,8 и 14 МПа.

Непосредственно перед проведением опыта модель пласта заполняли воздухом при 17,5 МПа, а затем отсекали от УГК-3 краном. Далее приготовляли газоконденсатную смесь в бомбе 5 по стандартной методике. По оконча- нии загрузки газа и конденсата бомбу 5 и модель пласта 1 термостатировали при 60 °С в течение 2–3 ч. Температуру контролировали термометрами на модели пласта и бомбе УГК-3. После стабилизации температуры на уровне 60 °С определяли давление начала конденсации и изотерму контактной конденсации. Затем замещали насыщающий модель пласта воздух газоконденсатной смесью из бомбы 5 при 17,5 МПа, что приблизительно на 3 МПа выше давления начала конденсации смесей, использованных в опытах. При прокачке давление поддерживали на постоянном уровне с помощью плунжерного насоса 7, закачивающего глицерин в пространство над поршнем бомбы.

После прокачки начинали процесс истощения модели пласта, при этом кран 12 закрывали. Скорость отбора смеси из модели регулировали краном 13. Отбираемую из модели газоконденсатную смесь через ловушку 2 подавали на газовый счетчик 3.

В процессе истощения модели фиксировали показания манометров, газового счетчика и время (секундомером). Опыты проводили при темпах истощения 1,9 10–3 è 11 10–3 МПа/с. Этим значениям соответствуют скорости отбора смеси 6 и 37 см3/с (или в объемах, отнесенных к поровому объему модели, приблизительно 64 и 390 поровых объемов в 1 ч). Для сравнения отметим, что, согласно данным Калхэма, темп истощения модели в пределах 3,5–50 поровых объемов в 1 ч для смесей метан – пропан является равновесным.

303

Рис. 3.21. Кривые конкретной конденсации рекомбинирован-

ных газоконденсатных смесей:

1, 2 – Ã = 104 ì3/ì3; 3, 4 – Ã = = 4 104 ì3/ì3

Рис. 3.22. Дифференциальные кривые истощения модели

ãäå n è k – число точек слева и справа от точки с номером s.

306

При обработке рассматриваемых ð/z-зависимостей производная оценивалась по пяти точкам при n = k = 2.

Полученные в результате расчета дифференциальные зависимости имеют явно неслучайный характер и различаются между собой весьма существенно, (рис. 3.22). Это свидетельствует о том, что фазовые превращения газоконденсатных смесей существенно влияют на показатели процесса истощения.

По рис. 3.22 видно, что снижение приведенного давления на единицу отбора газа существенно зависит от содержания конденсата системы и что производные ð/z-зависимости для смесей с постоянным значением газового фактора, полученные при разных темпах истощения, отчетливо различаются. Влияние ошибки определения содержания конденсата систем, использованных в опытах, приходится исключить. Действительно, если допустить, что значение производной ∂(ð/z)/∂Qä î á пропорционально содержанию конденсата систем, т.е. q = Ã –1, то простой оценочный подсчет показывает, что причиной наблюдаемых разли- чий между кривыми 1 è 2 èëè 3 è 4 может быть ошибка в определении содержания конденсата не менее 20 %. В действительности содержание конденсата смесей подбирали с точностью до 3,5 % (см. рис. 3.21). Колебание температуры в пределах 1 °С также не может привести к наблюдаемому различию кривых.

Следовательно, остается принять, что различие кривых ∂(ð/z)/∂Qä î á = = ϕ(Qä î á ) ïðè Ã = const связано с неравновесностью фазовых превращений, а темп истощения порядка 10–2 МПа/с является неравновесным.

Как отмечалось, результаты экспериментального исследования фазовых превращений газоконденсатных смесей в полых бомбах высокого давления при темпах изменения давления, соизмеримых с реализуемыми в фильтрационных процессах добычи газа и конденсата, свидетельствуют об их неравновесности. Однако в настоящее время отсутствуют достаточно надежные методы для определения наличия или отсутствия влияния пористой среды на фазовые превращения при неравновесных условиях. В связи с этим основная цель исследований, описанных в данном подразделе, – оценка неравновесных характеристик фазовых превращений, а именно характерного времени по результатам экспериментального исследования фильтрации газоконденсатных смесей в пористой среде. Подобные оценки проведены по результатам исследования фазовых превращений в полых бомбах.

Для этой цели использовали результаты опытов по фильтрации газоконденсатных смесей, выполненных в филиале ВНИИГаза в Республике Коми. Опыты состояли в том, что через модель пласта фильтровалась рекомбинированная вуктыльская газоконденсатная смесь при давлениях ниже давления на- чала конденсации. При фильтрации перепад давлений между входом и выходом модели поддерживали постоянным. Было проведено пять опытов при различ- ных значениях давления на входе модели и разных скоростях фильтрации (табл. 3.9).

307

Наблюдаемое несоответствие между депрессиями и дебитами можно связать с влиянием фазового состояния смеси на ее вязкость.

В ходе экспериментов было установлено, что стабилизация фильтрационного потока газоконденсатной смеси происходит в течение длительного времени, значительно большего, чем характерное время переходного процесса фильтрации газа. При этом расход и перепад давления колеблются относительно своих средних значений.

По результатам опытов рассчитаны корреляционные функции, представленные на рис. 3.23. Номер кривой соответствует номеру опыта в табл. 3.9.

Из теории случайных процессов известно, что время первого нуля Ò1 корреляционной функции случайных процессов имеет один порядок с характерным временем переходного процесса в системе с постоянной структурой (табл.

308

3.10).

Как следует из данных табл. 3.11, время Ò1 составляет менее 30 % времени полной реализации Òîï. Можно заключить, что значения корреляционных функций в интервале 0 < τ < Ò1 вычислены достаточно точно.

Полученные значения времен свидетельствуют о том, что характерное время переходных процессов в рассматриваемых опытах значительно больше, чем при упругой фильтрации газа в тех же условиях (10–100 с). Подобное несоответствие можно связать с перестройкой структуры фильтрационного потока и неравномерностью фазовых превращений. Вероятно, характерное время этих процессов значительно больше, чем для упругого процесса фильтрации, и оно является определяющим.

Оценим характерное время переходных процессов.

Для приближенного описания нестационарных фильтрационных процессов можно пользоваться обыкновенными дифференциальными уравнениями. Исхо-

ãäå ∆p02 è Q0 – средние значения стационарных функций ∆ð2(t) è Q(t) соответ-

ственно; ∆ð2 è Q′ – случайные отклонения с нулевым математическим ожиданием.

Умножив левую и правую части уравнения на Q(t1) и проинтегрировав по t1 в пределах от 0 до Òîï, получим

ãäå Ì[∆ð2(t)Q(t)] è Ì[Q(t)Q(t1)] – математические ожидания произведений случайных функций, которые с учетом (3.133) можно представить в виде

309

Подставив выражения (3.134) и (3.135) в уравнение (3.133), получим

Если выполнено условие τ/Ò << 1, то, как показывает непосредственный подсчет, функцию (3.138) с достаточной точностью можно записать в виде

ãäå ∆t – постоянный шаг по времени.

Прологарифмировав левую и правую части уравнения (3.140), получим

Результаты обработки корреляционных функций по формуле (3.134) представлены на рис. 3.24 и в табл. 3.11. Номер кривой соответствует номеру опыта.

Результаты обработки корреляционных функций позволяют заключить следующее.

Полученное значение времени Ò для опыта при ðâõ = 26 МПа (т.е. выше давления начала конденсации) соизмеримо с порядком значений характерного времени при упругой фильтрации газа.

310

Значения характерного времени переходных процессов при фильтрации газоконденсатных смесей значительно превышают соответствующие значения

Рис. 3.24. Результаты обработки корреляционных функций

для упругого гидродинамического процесса, если давление на входе ниже давления начала конденсации.

Если время релаксации пластовой системы намного больше характерного времени гидродинамического переходного процесса, то длительность переходных процессов в такой системе одного порядка со временем релаксации. Данные табл. 3.11 согласуются с этим положением, т.е. большое значение характерных времен можно объяснить неравновесностью фазовых превращений.

Экспериментальные данные свидетельствуют о проявлении неравновесности фазовых превращений при темпах изменения давления 1,9 10–4 МПа/с и выше. Эти значения охватывают диапазон темпов изменения давления, которые характерны для процессов фильтрации, реализуемых в пластовых и лабораторных условиях.

В настоящее время изменение фазового состояния многокомпонентных углеводородных смесей эффективно изучают экспериментальным и аналитиче- ским путем. Один из основных методов определения фазового состояния углеводородных систем газоконденсатных месторождений — исследование в бомбе РVТ высокого давления. Результаты исследования представляют в виде изотерм конденсации, выражающих зависимость количества выпавшего конденсата от давления при определенной температуре.

Изменение фазового состояния углеводородных смесей можно описать аналитически с использованием констант фазового равновесия, для расчета которых применяют уравнения состояния многокомпонентных смесей при строгом соблюдении термодинамики фазовых равновесий. В настоящее время предложено более 150 уравнений состояния. Однако при расчете фазовых равновесий наиболее широко используют уравнения Бенедикта – Вебба – Рубина и Редлиха – Квонга.

311