Физика нефтяного и газового пласта
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Физика нефтяного и газового пласта
Выполнил студент
Заочного отделения
гр. РНГМз-09-2
шифр.0913050344
Пискунов Алексей Юрьевич
проверил преподаватель
кафедры РНГМ
Злобин А.А.
Пермь, 2013
Задача 10.1.Определить коэффициент межфазного натяжения на границе исследуемая жидкость – дистиллированная вода при использовании весового метода «счета капель», приняв коэффициент теплового расширения для углеводородных жидкостей – 0,00085 1/град С, плотность воды при 20 С – 1000 кг/м3, температура опыта 24 С, исследуемое вещество четыреххлористый углерод, плотность 785, начальный объем в бюрете 22 см3, конечный объем в бюрете 25 см3, количество капель 30, постоянная прибора 3*10-3 1/с2
Решение:
Параметры | Исходное | В системе СИ |
плотность воды при 20 °С | 1000 кг/м3 | 1000 кг/м3 |
коэффициент теплового расширения | 0,00085 1/°С | 0,00085 1/°С |
начальный объем в бюрете | 22 см3 | 22*10-4 м3 |
конечный объем в бюрете | 25 см3 | 25*10-4 м3 |
количество капель 30 | ||
постоянная прибора | 3*10-3 1/с2 | 3*10-3 1/с2 |
четыреххлористый углерод, плотность | 0,785 т/м3 | 785 кг/м3 |
температура опыта, °С | 24°С | 24°С |
Для определения плотности жидкости при заданной температуре:
Определим плотность воды:
998,98 кг/м3, ССl4 : 782,34 кг/м3
Для определения межфазного натяжения по методу счета капель рекомендуется применять следующую зависимость:
64.99*10-7.
Проверим размерности: 1/с2*м3* кг/м3 = кг/с2
Ответ: 64.99*10-7 кг/с2.
Задача 10.2.Определить коэффициенты динамической и кинематической вязкости жидкостей, используя стеклянный U – образный вискозиметр типа ВПЖ для исходных данных: температура опыта 23 С, плотность жидкости 0,825 г/ см3 при нормальном давлении и температуре 20С, коэффициент теплового расширения жидкости 0,00072 1/°С, время истечения через капилляр 7 мин, постоянная прибора 0,09 cСт/с
Решение:
Параметры | Исходное | В системе СИ |
температура опыта | 23°С | 23°С |
плотность жидкости при температуре 20С | 0,825 г/ см3 | 825 кг/м3 |
коэффициент теплового расширения жидкости | 0,00072 1/°С | 0,00072 1/°С |
время истечения через капилляр | 7 мин | 7*60 с |
постоянная прибора | 0,09 cСт/с=0,09*10-2Ст/с | 9*10-8 м2/ с2 |
Проведем расчеты:
Для определения вязкости жидкости способом стеклянного вискозиметра типа ВПЖ можно пользоваться формулой ν = С t = 9*10-8*420 = 3,78*10-5 м2/с, где С постоянная вискозиметра, пересчитаем плотность на температуру опыта: 823,2
Для определения динамической вязкости используем формулу: μ = ν ρt = 3,78*10-5/823,22 = 0,0046 *10-5Па с = 46*10-6 Па с = 0,046 мПа с
Проверим размерности: μ = ν ρt =м2/с*кг/м3= кг/м = кг*м*с/(м2*с2)=Н*с/м2 = Па с
Ответ: ν = 37,8 сСт, :μ = 46*10-6 Па с
Задача 10.5.Пересчитать весовой (массовый) состав смеси природного (попутного) газа в объемный (молярный) и определить для данной смеси молекулярный вес, относительную плотность по воздуху, для нормальных и стандартных условий, критические параметры Данные представлены в таблице
Компонент | Метан | Этан | Пропан | н - Бутан | Пентан |
Массовая, % | |||||
доля | 0,4 | 0,1 | 0,15 | 0,25 | 0,1 |
Решение:
компонент | Масса молярная | В системе СИ |
Метан | 16 г/моль | 16*10-3кг/ моль = 16 кг/ кмоль |
Этан | 30 г/моль | 30*10-3кг/ моль = 30 кг/ кмоль |
Пропан | 44 г/моль | 44*10-3кг/ моль = 44 кг/ кмоль |
н - Бутан | 58 г/моль | 58*10-3кг/ моль = 58 кг/ кмоль |
Пентан | 72 г/моль | 72*10-3кг/ моль = 72 кг/ кмоль |
Проведем расчеты:
Найдем молекулярную массу смеси: Мсм = 1/(хм/Мм+хэ/Мэ+хпр/Мпр+хб/Мб+хпн/Мпн) = 1/((0,40/16+0,10/30+0,15/44+0,25/58+0,10/72)*10-3) = 26,7*10-3 кг/ моль = 26,7 г/ моль.
Найдем плотность смеси для нормальных условий: ρсм 20 = Мсм/22,414 = 1,19 кг/м3
Найдем плотность смеси для стандартных условий: ρсм 0 = Мсм/24,055 = 1,11 кг/м3
Проверим размерности ρсм 20 = (кг/ моль )/ (м3/ кмоль)
Ответ: ρсм 20 = 1,19 кг/м3: ρсм 0 = 1,11 кг/м3
Задача 10.6.Пересчитать объемный (молярный) состав смеси природного газа в весовой (массовый) и определить для данной смеси молекулярный вес, относительную плотность по воздуху, для нормальных и стандартных условий, критические параметры. Данные представлены в таблице.
Компонент | Метан | Этан | Пропан | н - Бутан | Пентан |
Объемная, % | |||||
0,8 | 0,06 | 0,06 | 0,04 | 0,04 |
Решение:
компонент | Масса молярная | В системе СИ |
Метан | 16 г/моль | 16*10-3кг/ моль = 16 кг/ кмоль |
Этан | 30 г/моль | 30*10-3кг/ моль = 30 кг/ кмоль |
Пропан | 44 г/моль | 44*10-3кг/ моль = 44 кг/ кмоль |
н - Бутан | 58 г/моль | 58*10-3кг/ моль = 58 кг/ кмоль |
Пентан | 72 г/моль | 72*10-3кг/ моль = 72 кг/ кмоль |
Найдем молекулярную массу смеси: Мсм = (ум*Мм+уэ*Мэ+упр*Мпр+уб*Мб+упн*Мпн) = 0,80*16+0,06*30+0,06*44+0,04*58+0,04*72) = 33,62 кг/ кмоль.
Найдем плотность смеси для нормальных условий: ρсм 20 = Мсм/22,414 = 1,5 кг/м3
Найдем плотность смеси для стандартных условий: ρсм 0 = Мсм/24,055 = 1,4 кг/м3
Проверим размерности: ρсм 20 = (кг/ кмоль )/ (м3/ кмоль) = кг/ м3
Ответ: ρсм 20 = 1,50 кг/м3: ρсм 0 = 1,40 кг/м3
Задача 10.18.Какой объем займет 1000 кг чистого этана при температуре 35°С и давлении 10,55 МПа
Параметры | Исходное | В системе СИ |
Масса этана | 1000 кг | 1000 кг |
Температура | 35°С | 35°С |
Давление | 10,55 МПа | 10,55*106 Па |
Решение:
компонент | Масса молярная | В системе СИ |
Этан | 30 г/моль | 30*10-3кг/ моль = 30 кг/ кмоль |
Проведем расчеты:
Найдем плотность этана при нормальных условиях ρэтана20 = Мэтана/22,414 = 1,338 кг/м3
Найдем критические давление и температуру для этана:
теперь можем найти приведенные Р и Т:
при заданных условиях
при нормальных условиях
Найдем z35=0.13*2.175+(6.05*1.007-6.25)*1,007/2,1752= 0.249 т.к.1,45≤Рпр≤4 1,05≤ Тпр≤1,17
Найдем z20=1-0,23*0,021-(1,88-1.6*0,958)*0,0212 =0.995 т.к. 0 ≤ Рпр ≤ 1,45 1,05 ≤ Тпр ≤ 1,17
Найдем плотность при заданных условиях по формуле:
ρ35=ρэтана(Р35Т20z20)/(Р20Т35z35) = 1.338*(10.55*106*293*0,995)/(101*103*308*0,249) = 531,29 = 531,29 кг/м3 получили сжиженный этан с плотностью жидкости
V = m/ρ = 1000/531.29 = 1.88 м3
Ответ: ρ = 531,29 кг/м3, V=1.88 м3
Задача 10.22.Определить коэффициент сжимаемости газа в пластовых условиях, если пластовое давление 20 МПа, пластовая температура 50°С, псевдокритическое давление смеси газа составляет 47 кгс/см2, псевдокритическая температура газовой смеси - 190°К.
Решение:
Параметры | Исходное | В системе СИ |
Псевдокритическая температура | 190°К = - 83°С | 190°К |
Псевдокритическое давление | 47 кгс/ см2 | 4,606*106Па |
Давление пластовое | 20 МПа | 20*106 Па |
Температура пластовая | 50°С | 50°С |
Найдем приведенное давление и температуру:
Для нахождения коэффициента сжимаемости воспользуемся графиком изменения коэффициента z в зависимости от приведенных температуры и давления для метана
Найдем коэффициент сжимаемости из графика:
Ответ: z = 0.88
Задача 10.25.Определить коэффициент растворимости Генри для следующих исходных данных: начальная газонасыщенность нефти попутным газом составила 100 м3/т, плотность нефти 0,865 г/см3, давление насыщения 18.5МПа.
Решение:
Параметры | Исходное | В системе СИ |
газонасыщенность | 100 м3/т | 100 м3/т |
плотность нефти при температуре 20С | 0,865 г/ см3 | 865 кг/м3 |
Давление насыщения нефти газом | 18,5 МПа | 18,5*106 Па |
Из газонасыщености мы можем сказать, что на 1 тонну (1000 кг) нефти приходится объем 100 м3 газа, то есть определим объем занимаемый 1000 кг нефти Vн = mн/ρн = 1000/865 = 1,156 м3 , объем же занимаемый газом будет равен 100 м3
Определим кооэфициент растворимости Генри: α = Vг / PVн = 100/(18,5*106*1,156) = 4,68*10-6 1/Па
Ответ: α = 4,68*10-6 1/Па
Задача 10.28.Определить коэффициент сжимаемости нефти если при повышении давления на 5 МПа объем нефти уменьшился на 0,5 дм3, при этом начальный объем нефти составил 50 л.
Решение:
Параметры | Исходное | В системе СИ |
Изменение давления | 5 МПа | 5*106 Па |
Начальный объем нефти | 50 л | 0,05 м3 |
Изменение объема | 0,5 дм3 | 0,0005 м3 |
Упругие свойства пластовой нефти выражены ее способностью изменять свой объем под действием внешнего давления и определяются коэффициентом сжимаемости.
Найдем коэффициент сжимаемости:
β = ΔV/(VнΔР) = 0,0005/(0,05*5*106) = 2*10-9 1/Па
Ответ: β = 2 *10-9 1/Па
Задача 10.31.Определить коэффициент усадки нефти если ее объем в поверхностных условиях уменьшился по сравнению с пластовыми в 1,25 раза. т.е Vпл/Vпов = 1,25 = b
Решение:
Объемный коэффициент пластовой нефти характеризуется соотношением объемов нефти в пластовых условиях к объему этой же нефти после дегазации.
Коэффициент усадки будет равен:
Ответ: U = 20%
Задача 11.1.Обработать результаты опыта по вытеснению нефти водой из образца горной породы для следующих исходных данных: диаметр образца 25 мм, длина 51 мм, коэффициент открытой пористости 20%, коэффициент абсолютной проницаемости 50 мД, начальная водонасыщенность 10%, коэффициент динамической вязкости нефти 6сП, плотность нефти 800 кг/м3, воды 1050 кг/м3, давление гидрообжима 25 атм, опыт проводился при поддержании постоянного давления на выходе из образца – 4,5 кгс/см2, температуры - 20°С и постоянной скорости фильтрации. Определить коэффициент вытеснения нефти остаточную нефтенасыщенность. Построить график зависимостей расходов по нефти и воде, накопленных объемов нефти и воды, коэффициента обводненности жидкости, текущей нефтенасыщенности от количества прокачиваемых поровых объемов образца горной породы. Данные опыта занесены в таблицу:
Номер точки | Время фильтрации | Накопленный объем вытесненной жидкости см3 | Давление на входе в образец, Р1, кгс/см3 | |
воды | нефти | |||
0,25 | 6,00 | |||
0,05 | 0,45 | 5,95 | ||
0,15 | 0,60 | 5,70 | ||
0,25 | 0,75 | 5,60 | ||
0,5 | 1,00 | 5,55 | ||
0,75 | 1,25 | 5,50 | ||
1,0 | 1,50 | 5,40 | ||
1,35 | 1,65 | 5,30 | ||
1,65 | 1,85 | 5,30 | ||
2,00 | 2,00 | 5,25 | ||
2,30 | 2,20 | 5,25 | ||
2,70 | 2,30 | 5,20 | ||
3,45 | 2,55 | 5,15 | ||
4,2 | 2,,80 | 5,10 | ||
4,95 | 3,05 | 5,05 | ||
6,55 | 3,45 | 5,00 | ||
16,3 | 3,70 | 5,00 | ||
36,5 | 3,95 | 5,00 | ||
76,00 | 4,00 | 5,00 |
Параметры | Исходное | В системе СИ |
начальная водонасыщенность | 10%, | 10%, |
коэффициент открытой пористости | 20% | 20% |
коэффициент абсолютной проницаемости | 50 мД, | 50*10-15 м2 |
плотность нефти | 800 кг/м3 | 800 кг/м3 |
динамической вязкости нефти | 6сП | 6*10-3 Па c |
плотность воды | 1050 кг/м3 | 1050 кг/м3 |
давление гидрообжима | 25 атм | 25*101*103 Па |
температуры | 20°С | 20°С |
постоянного давления на выходе | 4,5 кгс/см2 | 4,5*9,81*104 Па |
диаметр образца | 25 мм | 25*10-3 м |
длина | 51 мм | 51*10-3 м |
Решение:
Vобр = πd2l/4 = 3.14*0.0252*0.051/4 = 2.5*10-5 м3
mо = Vпор /Vобр , отсюда Vпор = Vобр mо = 0,2*2.5*10-5 = 5*10-6 м3
Для жидкости для плоскопараллельной фильтрации kж = Q μ L/(F(P1 – P2)), где Q – расход флюида, Р – давление, F – площадь параллельного сечения образца, L – длина образца.
Содержание флюидов в породе называется насыщенностью. Количественно содержание в породе нефти, воды и газа оценивается коэффициентами нефте-, водо-, газонасыщенности. Это есть доля от объема открытых пор Vпор в образце, занятых нефтью Vн, водой Vв: Sн+ Sв= 1
коэффициент нефтенасыщенности:
Sн= Vн/ Vпор = 0,9 Vн = Vпор*Sн= 0.9*5*10-6/5*10-6 = 4.5*10-6
коэффициент водонасыщенности:
Sв= Vв/ Vпор = 0,1 Vв = 0.1*5*10-6 = 0.5*10-6
Коэффициент нефтеизвлечения Кн = Vн /Vизвлеченный
№ точки | Время фильтрации, мин | Накопленный объем вытесненной жидкости см3 | Расход воды в опыте | Расход жидкости за промежуток времени | V/Vпор | Давление на входе в образец, Р1, кгс/см3 | Р1 - Р2, кгс/см3 | Р1 - Р2, кПа | Sн, % | Sв,% | Квыт | Обводненность, % | ||
воды, 10-6 м3 | нефти, 10-6 м3 | суммарный, 10-6 м3 | воды, 10-6 м3 | нефти, 10-6 м3 | ||||||||||
- | ||||||||||||||
0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,05 | 6,00 | 1,5 | 147,15 | ||||||||
0,05 | 0,45 | 0,5 | 0,05 | 0,2 | 0,1 | 5,95 | 1,45 | 142,245 | ||||||
0,15 | 0,60 | 0,75 | 0,1 | 0,15 | 0,15 | 5,70 | 1,2 | 117,72 | 7,5 | |||||
0,25 | 0,75 | 1,0 | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 5,60 | 1,1 | 107,91 | ||||||
0,5 | 1,00 | 1,5 | 0,25 | 0,25 | 0,3 | 5,55 | 1,05 | 103,005 | 4,5 | 33,3 | ||||
0,75 | 1,25 | 2,0 | 0,25 | 0,25 | 0,4 | 5,50 | 1,00 | 98,1 | 3,6 | 37,5 | ||||
1,0 | 1,50 | 2,5 | 0,25 | 0,25 | 0,5 | 5,40 | 0,9 | 88,29 | ||||||
1,35 | 1,65 | 3,0 | 0,35 | 0,15 | 0,6 | 5,30 | 0,8 | 78,48 | 2,8 | |||||
1,65 | 1,85 | 3,5 | 0,3 | 0,2 | 0,7 | 5,30 | 0,8 | 78,48 | 2,43 | 47,1 | ||||
2,00 | 2,00 | 0,35 | 0,15 | 0,8 | 5,25 | 0,75 | 73,575 | 2,25 | ||||||
2,30 | 2,20 | 4,5 | 0,3 | 0,2 | 0,9 | 5,25 | 0,75 | 73,575 | 2,05 | 51,1 | ||||
2,70 | 2,30 | 0,4 | 0,1 | 1,0 | 5,20 | 0,7 | 68,67 | 1,96 | ||||||
3,45 | 2,55 | 0,75 | 0,25 | 1,2 | 5,15 | 0,65 | 63,765 | 1,76 | 57,5 | |||||
4,2 | 2,80 | 0,75 | 0,25 | 1,4 | 5,10 | 0,6 | 58,86 | 1,61 | ||||||
4,95 | 3,05 | 0,75 | 0,25 | 1,6 | 5,05 | 0,55 | 53,955 | 1,48 | 61,9 | |||||
6,55 | 3,45 | 1,6 | 0,4 | 2,0 | 5,00 | 0,5 | 49,05 | 1,3 | 65,5 | |||||
16,3 | 3,70 | 9,75 | 0,25 | 4,0 | 5,00 | 0,5 | 49,05 | 1,21 | 81,5 | |||||
36,05 | 3,95 | 19,75 | 0,25 | 8,0 | 5,00 | 0,5 | 49,05 | 1,14 | 90,1 | |||||
76,0 | 4,00 | 39,95 | 0,05 | 16,0 | 5,00 | 0,5 | 49,05 | 1,13 |
Sнi = (VH – Vвытесненое)/Vпор *100%
Sвi = 100% - Sнi
kж = Q μ L/(F(P1 – P2))
Ответ: Q = 1,9376 кДж
Ответ: Q = 1,9376 кДж
Коэффициент эффективной пористости (mэф.) оценивает фильтрацию в породе жидкости или газа, и зависит от объёма пор (Vпор фильтр), через которые идёт фильтрация.
Vн =1/ρ*(Р1-Р0-Vвρв), зная что