Основные физические свойства нефти и газа
Кафедра нефтегазового промысла
ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОГО ДЕЛА. ЧАСТЬ 1
Методические указания к практическим занятиям для студентов всех форм обучения бакалавров
направления 131000.62 «Нефтегазовое дело»
Краснодар
Составители: докт. техн. наук, проф. Д.Г. Антониади;
канд. техн. наук, доц. Е.Н. Даценко
ассистент Н.А. Шостак
УДК 622.244.
Основы нефтегазопромыслового дела. Часть 1: методические указанияк практическим занятиям для студентов всех форм обучения бакалавров направления 131000.62 «Нефтегазовое дело» /Сост.: Д.Г. Антониади, Е.Н. Даценко, Н.А. Шостак; Кубан. гос. технол. ун-т. Кафедра нефтегазового промысла. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2012. – 25 с.
Представлены расчеты по определению основных физических свойств нефти и газа, пластового давления, пористости и проницаемости нефтенасыщенного пласта. Приведена методика построения геологических разрезов скважин, геологических профилей и элементарных структурных карт.
Ил. 6. Табл. 8. Библиогр.: 5 назв.
Печатается по решению методического совета Кубанского государственного технологического университета.
Рецензенты: д-р. техн. наук, проф. кафедры НГП КубГТУ Е.П. Запорожец
к-т. техн. наук, главный инженер проектов
ООО «Роснефть-НТЦ» О.Н. Данильченко
© Куб ГТУ, 2012
Содержание
| Введение................................................................................... | ||
| Основные физические свойства нефти и газа....................... 1.1 Примеры решения задач........................................... | ||
| Поиск и разведка месторождений.......................................... 2.1 Построение геологического разреза скважины...... 2.2 Построение геологического профиля...................... 2.3 Построение структурной карты............................... | ||
| 2.4 Примеры решения задач......................................... | ||
| Коллекторы нефти и газа....................................................... 3.1 Примеры решения задач........................................... | ||
| Пластовая энергия................................................................... 4.1 Примеры решения задач........................................... | ||
| Практические задания............................................................. | ||
| Список рекомендуемой литературы...................................... |
Введение
Дисциплина «Основы нефтегазопромыслового дела» способствует формированию необходимой начальной базы знаний по объектам будущей профессиональной деятельности бакалавра: бурение скважин, разработка нефтяных и газовых месторождений, добыча нефти, сбор и подготовка продукции на промыслах. Полученные при изучении дисциплины знания способствуют более глубокому освоению дисциплин нефтяного профиля на последующих курсах: «Физика пласта», «Геология и литология», «Геология нефти и газа», «Основы геофизики», «Разработка нефтяных и газовых месторождений», «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», «Системы сбора скважинной продукции» и др.
В результате прохождения курса дисциплины «Основы нефтегазопромыслового дела» у бакалавров формируются основные представления о технологических процессах в нефтегазовом комплексе, развивается интерес к современным актуальным проблемам нефтегазового комплекса. Изучение дисциплины «Основы нефтегазопромыслового дела» формирует осознание социальной значимости и необходимости проведения природоохранных мероприятий в нефтегазовой отрасли. Таким образом, у бакалавров формируется комплекс знаний по всей технологической цепочке от поиска и разведки нефтегазовых месторождений до транспортировки и переработки углеводородного сырья.
Дисциплина «Основы нефтегазопромыслового дела» изучается в течении двух семестров. Методические указания к практическим занятиям предназначены для закрепления знаний студентов очной и заочной форм обучения, полученных на лекциях. В каждом разделе приведены краткие теоретические сведения, необходимые для решения задач. В конце методических указаний приведены контрольные задачи, вариант которых выбирается по последней цифре номер зачетной книжки студента.
Основные физические свойства нефти и газа
Нефть представляет собой маслянистую горючую жидкость, обычно темно-коричневого цвета, со специфическим запахом. По химическому составу нефть – сложное соединение в основном двух элементов – углерода (82÷87 %) и водорода (11÷14 %). Такие соединения называются углеводородами.
Кроме углерода и водорода, в нефтях содержаться в небольших количествах кислород, азот и сера, в ничтожных количествах, в виде следов – хлор, фосфор, йод и другие химические соединения.
Физические свойства нефтей, а также их качественная характеристика зависят от преобладания в них отдельных углеводородов или их различных групп.
Один из основных показателей товарного качества нефти – ее плотность. В России плотность нефти определяют при температуре 20 ºС и атмосферном давлении (стандартные условия), а количество измеряют в тоннах.
В мировой практике принято измерять добываемую и продаваемую нефть в баррелях, а плотность определяется в градусах Американского нефтяного института (АРI), расчет которых ведется при температуре 60 градусов по шкале Фаренгейта.
Число баррелей в 1 тонне нефти при температурах 60 ºF и 20 ºС не одинаковы.
Нефтяной баррель равен 158,987 литра (159 л), температура 60 ºF соответствует температуре 15,56 ºС (15,6 ºС).
Тип нефти (согласно стандарту 2002 года) определяется по ее плотности, классификация представлена в таблице 1. Наиболее ценные нефти с плотностью до 880 кг/м3.
Таблица 1 – Классификация нефти по плотности
| Тип нефти | Тип нефти | Плотность, кг/м3 |
| Особо легкая | 750÷830 | |
| Легкая | 830,1÷850 | |
| Средняя | 850,1÷870 | |
| Тяжелая | 870,1÷895 | |
| Битуминозная | 895,1÷1000 |
Важнейшее физическое свойство нефти – вязкость, т.е. свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц при движении. Единица измерения вязкости в системе СИ – Па∙с (Паскаль-секунда).
В промысловой практике пользуются меньшими единицами вязкости:
пуаз 1 П = 0,1 Па∙с
сантипуаз 1 сП = 0,001 Па∙с
Динамическая вязкость воды при +20 ºС равна 1 сП, нефти от 1 до 100 и даже 200 ºС.
Для технических целей часто пользуются понятием кинематической вязкости, равной отношению динамической вязкости нефти к ее плотности:
. (1.1)
Единицей кинематической вязкости в системе СИ служит 1 м2/с, на практике пользуются единицей стокс: 1 Ст=10-4 м2/с.
С повышение температуры вязкость любой жидкости, как правило, резко уменьшается. Поэтому при перекачке вязких нефтей и мазутов их обычно подогревают. На нефтяных месторождениях обычно наблюдается увеличение температуры с глубиной, т.е. вязкость нефти в нефтяных пластах всегда меньше, чем на поверхности. С точки зрения добычи нефти, это благоприятный фактор, так как чем меньше ее вязкость, тем с меньшим расходом энергии связана добыча каждой тонны нефти.
Нефтяные месторождения всегда содержат углеводородные газы в растворенном или свободном состоянии. Количество газа, растворенного в одной тонне нефти, называется газовым фактором. Горючие газы нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений по химической природе сходны с нефтью. В природных газах чисто газовых месторождений преобладает метан, содержание которого в смеси углеводородов доходит до 95÷98 %.
Газ, извлекаемый вместе с нефтью, называют нефтяным. Нефтяной газ, по сравнению с природным, содержит меньшее количество метана (30÷70 %) и имеет большее количество тяжелых углеводородов. В состав газов входят также азот, углекислый газ, сероводород, редкие газы (гелий, аргон), пары ртути.
Основная физическая характеристика газа – его плотность. Плотностью называется масса газа, заключенная в 1 м3 при температуре 0ºС и атмосферном давлении. На практике используют «относительную плотность», являющуюся отношением массы определенного объема газа к массе того же объема воздуха при одинаковом давлении и температуре.
Теплота сгорания – количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1м3 газа, выражается в кДж/м3 или ккал/м3. Чем тяжелее компонент, те выше его теплота сгорания.
Примеры решения задач
Задача 1.
Плотность нефти при температуре 20 ºС 
. Определить плотность нефти в градусах АРI и количество баррелей в одной тонне нефти (Q = 1 тонна) при температуре 20 ºС и 60 ºF.
Решение.
Для определения количества баррелей нефти в одной тонне необходимо массовую единицу измерения выразить в объемной и разделить на баррель в единицах объема (0, 159 м3).
Определим объем нефти:
.
Количество баррелей nbbl в 1 тонне:
Определим плотность в градусах API.
1. В температурной шкале Фаренгейта за ноль градусов принимается температура смеси снега и нашатыря, а за 100 градусов – нормальная температура человеческого тела.
0 ºС = 32 ºF
100 ºС = 212 ºF
n ºF = (n-32)∙(5/9) ºС = (n-32)∙0,555 ºС
m ºС = (9/5m + 32) ºF = (1,8 +32) ºF
Определяем соотношение температур по шкале Фаренгейта и Цельсия:
n ºF = (n-32)∙0,555 ºС
60 ºF = (60-32)∙0,555 ºС
60 ºF = 28∙0,555 ºС = 15,56 ºС
Это значит, что температура 60 ºF при которой рассчитаны градусы API соответствует температуре 15,56 ºС (15,6 ºС).
2. Определяем плотность нефти при температуре 15,6 ºС:
, где
– плотность нефти соответственно при температуре 15,6 ºС и 20 ºС;
– температурная поправка ( 
.
Вычисляем:
3. Плотность в градусах API рассчитываем по формуле:
.
Плотность для данной формулы необходимо выразить в т/м3.
.
Определим число баррелей в 1 тонне при температуре 60 ºF
(15,6 ºС):
Объем 1 тонны нефти плотностью 803,419 
:
.
Число баррелей:
Таким образом, число баррелей в 1 тонне нефти:
при t = 20 ºС, число баррелей – 7,86
единица API при t = 60 ºF (15,6 ºС) – 44,6, а число
баррелей – 7,83.
Задача 2.
Динамическая вязкость нефти равна 30 сП. Определить коэффициент кинематической вязкости, если плотность нефти 760 .
Решение.
Кинематическая и динамическая вязкость связаны следующим соотношением:
.