ФИЗИКА НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО ПЛАСТА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

V

Q K

F L

Увеличение содержания асфальтенов и смол в нефти приводит к увеличению плотности и вязкости нефти.

Высокосмолистые дегазированные нефти в РБ имеют вязкость превышающую 200 мПа · с

Парафины - это УВ метанового ряда, с содержанием атомов углерода С16 и выше. Выделенные из нефти парафины представляет собой белое

вещество, плотностью

ρn = 850...950 кг/м3, со средней молекулярной массой 400...430ед

Температура плавления в зависимости от состава нефти меняется в пределах от 40 до 1000 С, но чаще близка к 50 - 600 С. Содержание

парафина в нефти колеблется от долей % до 28 %.

Сера: содержание серы в нефтях России достигает 6 % и более. Причем сера присутствует в свободном виде, в виде сероводорода, но часто входит в состав сернистых соединений и смолистых веществ.

К сернистым соединениям относятся следующие сероорганические соединения :

1)меркаптаны – легко летучие жидкости, с чрезвычайно сильным отвратительным запахом. Не растворяются в воде и обнаруживают слабокислотные свойства. Являются очень вредной примесью, т.к. вызывают коррозию нефтепромыслового оборудования.

2)сульфиды – жидкие в-ва с неприятным запахом, по химическому

составу нейтральны и нерастворимы в воде. Также не реагируют со щелочью.

Кроме того в нефти содержатся : дисульфиды, тиофены и тиофаны.

Физические свойства нефти.

Различают пластовую и дегазированную нефти.

30

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Пластовая нефть –нефть неокисленная, содержащая растворенный газ и находящаяся под пластовым давлением и температуре.

Дегазированная нефть – при подъеме нефти на поверхность снижается давление и температура, из нефти выделяется газ. Нефть может вступать во взаимодействие с кислородом. Такую нефть называют дегазированной или устьевой нефтью.

Растворимость газов в нефти

В пластовой нефти всегда содержатся растворенные газы, Количественное их содержание характе-ся газосодержанием

(газонасыщенностью).

Газосодержание пластовой нефти – это кол-во газа растворенного в

ед. объема пластовой нефти, сохраняющееся постоянным при пластовом давлении равном либо превышающем давление насыщения нефти газом и уменьшающееся в процессе разработки залежи при снижении пластового давления ниже давления насыщения

где Vг – объем содержащегося газа в ед. объема пластовой нефти

Максимальное кол-во газа, которое может быть растворено в ед. объема пластовой нефти при определенном давлении и температуре наз-ся

растворимостью газа.

Газосодержание может быть равно или меньше растворимости газа. Растворимость газов при небольших давлениях и температурах подчиняется линейному закону Генри, который записывается в следующем виде:

Vг – кол-во газа, раств в объеме жидкости, [м3] Vж – объем жидкости, [м3]

Р – абсолютное давление газа над поверхностью жидкости, [Па] α - коэф-нт раств. газа в жидкости,

Физический смысл коэф-та растворимости.

Он показывает кол-во газа способного раствориться в ед. объема

или массы нефти при увеличении давления на единицу и может изменяться в пределах от долей до 40-50 м3 / м3 · МПа

α = Vг / Vж · Р , [м3 / м3 · МПа ]

Газовый фактор – объемное кол-во газа, добытого с одним м3 либо

тонной дегазированной нефти

31

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

или Газовый фактор – это кол-во газа, приходящегося на 1 т или 1 м3

добытой нефти.

Гф =Vг / Vд.н. → [м3 / м3 ; м3 / т]

Различают начальный, текущий и средний газовый фактор:

начальный – отношение количества добытого газа к количеству нефти за первый месяц или квартал работы скважины.

текущий – отношение количества добытого газа к нефти за любой ограниченный отрезок времени.

Средний газовый фактор – отношение количества газа к нефти добытой с начала разработки до любой произвольной даты.

Различные компоненты нефтяного газа обладают неодинаковой растворимостью в нефти. С увеличением молекулярной массы газа коэф- нт растворимости УВ-ых газов возрастает. Из неУВ-ых газов: углекислый

газ обладает весьма высокой растворимостью, а азот наиболее низкой.

Лекция № 10

Пример: коэф-нт растворимости отдельных газов в Ромашкинской

Замечено, что растворенность газов в нефти увеличивается с возрастанием содержания в нефти парафинов УВ и уменьшается с ростом ароматических УВ и асфальтосмолистых веществ (АСВ).

С увеличением давления растворенность газов увеличивается, но это увеличение различно для различных газов.

рис. 1

32

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Выводы из рис. 1: для N2 и СН4 пологий подъем, растворимость

равномерна и подчиняется закону Генри, а для хорошо растворимых газов СО2 и попутный газ, растворимость характеризуется резким подъемом до

определенных давлений, а затем выполаживанием. Последнее обуславливается обратными процессами растворения компонентов нефти в сжатом газе (ретроградные фазовые превращения).

Очень часто в нефтепромысловой практике мы встречаемся с процессами разгазирования. Различают контактный и дифференциальный процессы разгазирования.

Контактный – когда весь выделившийся из нефти газ остается в контакте с нефтью.

Дифференциальный – когда выделившийся из нефти газ постоянно

отводится.

Представление о количестве выделившегося газа дают кривые разгазирования.

Q – кол-во выделившегося газа

Давление насыщения нефти газом

ДННГ – наз-ся давление, при котором газ начинает переходить из

растворимого в нефти состояния в свободное.

Рнас → Па, МПа, кгс/см2 .

Давление насыщения зависит от кол-ва и вида раств. газа, а также состава нефти и от температуры. С увеличением кол-ва раств.в нефти газа и

температуры нефти давление насыщения увеличивается.

33

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

рис.1

С ростом содержания АСВ в нефти при прочих равных условиях Рнас уменьшается . Рост содержания в газе компонентов плохо растворимых в нефти приводит к увеличению давления насыщения. Экспериментально давление насыщения определяют по кривым Р - ∆V

рис. 2 Суть эксперимента в том, что дискретно увеличивая объем цилиндра

следят за изменением давления в нем, которое снижается с Рпл до Ратм По полученным данным строим зависимость указанную на рис. 2, точка

преломления “В” – есть давление насыщения нефти газом. Более крутой участок в левой ветви (уч. АВ) объясняется упругим расширением системы состоящей только из жидкости (газ раств. в нефти) имеющий низкий коэф-нт сжимаемости. Более медленное падение давления справа по сравнению с левой ветвью (ВА) объясняется наличием выделившегося свободного газа (который обладает более высоким коэф-ом сжимаемости).

Сведения о давлении насыщения нефти газом необходимо знать для обоснования глубины спуска насоса под динамич-ий уровень жидкости ,

при выборе длины, диаметра подъемных труб при фонтанном и газлифтном способах добычи нефти.

Плотность дегазированной и пластовой нефти.

Плотность дегазированной и пластовой нефти изменяется в широких пределах 600 – 700...1000 кг/м3 .

34

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Присутствие в пл. нефти раств-го газа и повышенная температура

пласта приводит к уменьшению плотности нефти.

Не все газы одинаково влияют на плотность нефти при их раств-ии. Так

сувеличением давления плотность нефти значительно уменьшается при

насыщении ее УВ газами ( метан, этанол, пропан) и неУВ (СО2).

Плотность нефтей насыщенных азотом несколько увеличивается с увеличением давления. Это объясняется тем, что с увеличением давления

содной стороны увеличивается кол-во раств-го в нефти газа, что

уменьшает вязкость нефти, с другой при увеличении давления, уменьшается объем нефти из-за упругого ее сжатия, что ведет к увеличению вязкости. Естественно, при раств-ии плохо растворимого

азота преобладает второй процесс: процесс увеличения вязкости за счет упругого сжатия нефти.

Кривая изменения плотности нефти в зависимости от изменения давления:

Плотность, как параметр, необходим для перевода объемных ед. в массовые и наоборот.

Лекция № 11

Вязкость пластовой нефти.

35

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Она всегда отличается от вязкости дегазированной поверхностной нефти в следствии большого кол-ва растворенного в ней газа,

повышенной температурой пласта и давления. При этом все нефти подчиняются следующим закономерностям:

1)повышение количества растворенного в нефти газа приводит к некоторому снижению вязкости нефти (рис. 1)

рис. 1

2)повышение давления вызывает некоторое увеличение вязкости при условии, что Рпл > Рнас (рис. 2)

рис. 2

Комментарий к рис. 2: по мере увеличения давления (уч-к АВ) вязкость нефти уменьшается, т.к. увеличивается кол-во растворимого в нефти газа.

В точке “В” Р = Рнас и весь свободный газ растворен в нефти, дальнейшее увеличение давления приводит к некоторому увеличению вязкости нефти за счет упругого сжатия последней.

3)Вязкость нефти уменьшается с увеличением температуры, при этом увеличение давления уменьшает темп падения вязкости (рис. 3)

36

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

рис. 3

Примечание: давление насыщения нефти газом указано в начале каждой линии.

Наиболее высокая скорость снижения вязкости отмечается при начальном увеличении температуры (уч-к АВ), в дальнейшем снижение вязкости замедляется (уч-к ВС). По данной кривой можно подобрать

наиболее оптимальную температуру нагрева нефти. Высоковязкие нефти со значительной плотностью обладают большим темпом снижения вязкости, чем нефти имеющие меньшую вязкость и плотность растворенного газа. При растворении азота вязкость увеличивается, а при УВ газов она уменьшается, тем больше, чем меньше их молекулярная масса этих газов. С увеличением содержащихся АСВ вязкость возрастает, как для пластовых, так и для дегазированных нефтей. Значительное содержание асфальтенов в нефти переводят нефть в разряд неньютоновских нефтей, фильтрация которых не подчиняется линейному закону фильтрации Дарси.

В пластовых условиях вязкость нефти может быть в 10 раз меньше вязкости дегазированной нефти.

Вязкость нефти в пластовых условиях изменяется от десятых долей до мПа·с до 2000 - 3000 мПа·с. Сведения о вязкости используют при

определении дебита скважин, при подборе нефтепромыслового оборудования и др гидродинамических расчетах.

Определение вязкости.

37

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вязкость нефти определяется экспериментально на специальном вискозиметре ВВДУ(Вискозиметр высокого давления универсальный).

Принцип действия вискозиметра основан на измерении времени падения металлического шарика в исследуемой жидкости.

Вязкость нефти при этом определяют по формуле :

t – время падения шарика, с

ρш и ρж - плотность шарика и жидкости, кг/м3 k – постоянная вискозиметра

Когда необходимо измерить вязкость в широких пределах напряжений сдвига или перепадов давления применяют капиллярные и ротационные вискозиметры

Пропуская нефть ч/з капилляр с различным объемным расходом (Q) на концах капилляра опред-т перепад давления

Q

r 2 8 L

r – радиус капилляра

∆Р - перепад давления на концах капилляра (Па)

μ – вязкость нефти L – длина капилляра

Сжимаемость нефти

Нефть обладает упругостью. Упругие св-ва нефти оцениваются коэф-

ом сжимаемости нефти. Под сжимаемостью нефти понимается способность ее изменять свой объем под действием давления:

βн – коэф-нт сжимаемости нефти, Па-1- Vн – исходный объем нефти, м3

∆V – измерение объема нефти под действием изменения давления ,

38

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

МПа

Физический смысл ф-лы (1):показывает изменение объема нефти при изменения давления на еденицу. Наиболее низкими значениями коэф-та сжимаемости нефти обладают дегазированные нефти. βн.дег → (4...7) · 10-

10 Па

У пластовых нефтей, содержащих растворенный газ βн.пл → 140·10-10 Па. Но чаще всего коэф-нт сжимаемости пластовой нефти изменяется в пределах (25...35) ·10-10 Па.

Коэф-нт сжимаемости нефти зависит от ее состава, кол-ва раств-го газа

и температуры. Чем выше молекулярная масса нефти, тем выше βн. Чем больше в нефти раств-го газа, тем больше коэф-нт сжимаемости нефти. С

увеличением температуры βн уменьшается, что объясняется ухудшением растворимости газов в нефти.

График зависимости коэф-та сжимаемости от давления носит

следующий характер:

Увеличение коэффициента сжимаемости нефти на отрезке СВ ОБЪЯСНЯЕТСЯ расширением нефти при падении пластового давления до давления насыщения нефти газом. Уменьшение βн со снижением давления ниже давления насыщения обуславливается дегазацией нефти. Величина βн используется при определении упругих запасов нефти, при расчетах коэф-ов

пъезопроводности и упругоемкости пласта.

βн определяется по кривым Р - ∆V на установках АСМ, УИПН (установка

для исследования пластовых нефтей).

Объемный коэф-нт и усадка нефти.

Как уже отмечалось, в пластовых условиях нефть занимает больший объем, чем в поверхностных после дегазации.

Под объемным коэф-ом понимают величину, показывающую во

сколько раз объем нефти в пластовых условиях превышает объем той же нефти после выделения газа на поверхности.

в = Vпл /Vдег

в – объемный коэф-нт

Vпл и Vдег – объемы пластовой и дегазированной нефти, м3

39