1. Определяем термодинамические условия разгазирования нефти: Р и Т (детально этот вопрос рассматривается в другой работе "Гидродинамический расчет движения газажидкостной смеси в подъемных трубах нефтяных скважин").
2. Рассчитываем текущее равновесное давление насыщения при Т < Тпл:
. (24)
3. Находим приведенный к стандартным условиям удельный объем выделившегося газа:
, (25)
;
;
.
4. Рассчитываем остаточную газонасыщенность нефти (удельный объем растворенного газа) в процессе ее разгазирования:
. (26)
5. Определяем относительную плотность выделившегося газа:
, (27)
6. Находим относительную плотность растворенного газа, остающегося в нефти при данных условиях разгазирования:
. (28)
7. Рассчитываем удельное приращение объема нефти за счет единичного изменения ее газонасыщенности:
(29)
8. Определяем температурный коэффициент объемного расширения дегазированной нефти при стандартном давлении:
(30)
9. Рассчитываем объемный коэффициент нефти:
. (31)
10. Определяем плотность газонасыщенной нефти:
(32)
11. Рассчитываем вязкость дегазированной нефти при Ро и заданной температуре Т. Для расчета нужно знать вязкость дегазированной нефти при Ро и какой-либо температуре (например, Тст = 293°К). Если при этих условиях вязкость неизвестна, ее значение можно оценить по плотности дегазированной нефти, используя корреляцию И.И. Дунюшкина:
(33)
Этот параметр можно рассчитать по формуле П.Д. Ляпкова, аппроксимирующей универсальный график зависимости вязкости нефти от температуры:
(34)
12. Определяем вязкость газонасыщенной нефти µнг(Р,Т) на основании эмпирической корреляции указанной вязкости с вязкостью дегазированной нефти при Ро = 0,1 МПа и заданной температуре µнг(Т) по (34) и количеством газа Vгр(Р,Т) по (26), растворенного в ней при текущем равновесном давлении насыщения Рнас(Т):
, (35)
где А и В - графические функции газосодержания нефти Vгр* (Р,Т), представленные Чью и Коннели, которые с погрешностью + 3% в области Vгр* (Р,Т)<300 м3/м3 могут быть аппроксимированы следующими уравнениями:
(36)
Здесь Vгр* (Р,Т) - удельный объем растворенного в нефти газа, приведенный к Ро =0.1 МПа и Тст = 288,6°К (t = 15,6°С) в м3/м3. Пересчет Vгр(Р,Т) из нормальных стандартных условий и размерности (м3/т) (26) в условия Ро = 0,1 МПа и Тст = 288.6°К осуществляется следующим образом:
. (37)
13. Рассчитываем поверхностное натяжение газонасыщенной нефти на границе с выделившимся газом. Поверхностное натяжение (плотность поверхностной энергии) s характеризуется работой, требующейся для образования единицы площади поверхности раздела фаз. Единица СИ поверхностного натяжения: = н/м = дж/м2. Зависимость поверхностного натяжения нефти от термодинамических условий (Р,Т), количества растворенного газа, состава нефти, природы и количества полярных компонентов очень сложная. Для ориентировочной оценки этого параметра можно использовать формулу П.Д. Ляпкова:
. (38)
Пример решения типовой задачи
Задача 3
Определить основные физические свойства нефти в процессе ее однократного разгазирования при давлении Р = 5,5 МПа и температуре Т = 300,5 °К.
Таблица 4. Исходные данные
Пластовое давление Рпл | 17,5 МПа |
Пластовая температура Тпл | 313 °К |
Плотность дегазированной нефти rнд | 868 кг/м3 |
Газосодержание пластовой нефти Г | 55,6 м3/т |
Давление насыщения пластовой нефти газом Рнас | 9,2 МПа |
Относительная по воздуху плотность газа rго | 1,119 |
Молярные доля азота в попутном газе Yа | 0,069 |
Молярные доля метана в попутном газе Yс1 | 0,355 |
Решение
Последовательно рассчитываем:
1. Равновесное давление насыщения при Т = 300,5 °К по (24)
.
2. Удельный объем выделившегося газа при заданных термодинамических условиях по (25), предварительно определив вспомогательные коэффициенты R (Р), m (T), Д (T):
;
3. Удельный объем газа, оставшегося в нефти в растворенном состоянии, по (26)
4. Относительную плотность выделившегося газа по (27), предварительно определив коэффициенты а и u:
5. Относительную плотность газа, остающегося в нефти в растворенном состоянии по (28):
6. Объемный коэффициент нефти при заданных термодинамических условиях по (31),
предварительно определив коэффициенты и
по (29) и (30):
,
7. Плотность газонасыщенной нефти при Р = 5,5 Мпа и Т = 300,5 °К по (32):
.
8. Оцениваем вязкость дегазированной нефти при Ро = 0,1 МПа и Тст = 293 °К по (33):
.
9. Находим вязкость дегазированной нефти при Ро = 0,1 МПа и заданной температуре Т = 300,5 °К по (34), предварительно определив коэффициенты а и в:
10. Вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения РнасТ = 8,95 Мпа и температуре Т = 300,5 °К определяем в такой последовательности:
а) пересчитываем по (37) удельный объем растворенного газа, полученный в п. 3, для условий Ро = 0,1 МПа и Тст = 288,6 °К.
б) рассчитываем по (36) или определяем по графикам функции газосодержания А и В:
в) рассчитываем по (35) вязкость газонасыщенной нефти при РнасТ = 8,95 МПа и Т=300,5 °К
.
11. Поверхностное натяжение газонасыщенной нефти на границе с выделившимся газомпри заданных термодинамических условиях определяем по (38)
1.3.3. Контрольные вопросы по практическому занятию
1. Что такое относительная по воздуху плотность нефтяного газа?
2. Как определяется вязкость пластовой нефти в зависимости от термодинамических условий?
3. Чем отличаются "Стандартные термодинамические условия", принятые в американской нефтяной науке, от распространенных в России?
4. Какие параметры небходимо знать для прогнозирования объемного коэффициента нефти при заданных значениях давления и температуры?