Физико-химические свойства природных газов и конденсата

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И КОНДЕНСАТА

1.1 Состав и классификация природных газов [1,2]

а) Углеводороды - алканы CnH2n+2 и цикланы CnH2n.

б) Неуглеводороды - азот N2, углекислый газ СО2, сероводород Н2S, ртуть, меркаптаны RSH.

в) Инертные газы – гелий, аргон, криптон, ксенон.

1.2 Основные параметры [1,2]

Параметры газовых смесей

К средним параметрам относятся

rст = М/22.41, кг/м3 ; (1.1)

давление р = pi /xi ; объём v = vi /xi;

молекулярная масса М = å (xi Мi)/100=100/å (gi /Mi); (1.2)

плотность r= 100/ å (gi /ri) = 100M/å (xi Mi)/ri = å (xiri).

При этом плотности воздуха r0 = 1,293кг/м3, r20 = 1,205кг/м3 (верхний индекс – температура в градусах Цельсия); концентрации связаны между собой соотношениями gi = xi Mi /M; yi = xi.

среднекритические (псевдокритические):

pкр=å(Pкрi xi) , Ткр = å(Tкрi xi) при хС5+<10%. (1.3)

давление в кгс/см2 - физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

температура в К - физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

ркр : pпр=p/ pкр.

Ткр: Тпр=Т/Ткр

1.3 Уравнения состояния природных газов [1,2,5]

р=r R T. (1.4)

Обобщённое уравнение состояния

р=z rR T. (1.5)

по формуле Эдмистера

w = 3/7[ lg(pкр /pст)/(Tкр /Tкип-1)]-1, (1.6)

где отношение критической температуры к температуре кипения можно определить по формуле Гуревича (до С7, включительно)

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru (1.7)

для смесей газов w=å (yiwi), 0< wi < 0,4 .

Многопараметрические зависимости

Зависимость - Редлиха Квонга

р = R Т/(v-b)-a/[T0.5 v (v+b)],(1.8)

где a = 0.4275 R2 T2,5кр кр; в = 0.08664 R Tкркр.

Область действия-сухие газы в докритической области.

Уравнение Пенга- Робинсона

p = RT/(v-b)-a(T)/[v(v+b)+b(v-b)].(1.9)

Здесь: а(T) = akp a(Tпр,w); akp = 0.45724 R2 Tkp2/Pkp;

b = 0.0778 R Tkp /Pkp; a = {1+m (1-Tпр0.5)}2; физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

m = 0.37464+1.54226 w -0.26992 w 2.

Для многокомпонентных смесей

а = å(yi ai); b = å (yi bi).

1.3.3 Расчетные методы определения коэффициента сверхсжимаемости [5,6]

Из уравнения состояния Пенга-Робинсона

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru ,(1.10)

где А=а(Т)р/(R2 T2); B=p b/(R T).

Область использования:р< 50МПа; хС 5+< 40моль%; пары воды.

Выбор z: z газовой фазы соответствует наименьший положительный корень уравнения, а z жидкой фазы - наибольший положительный корень.

Аппроксимация Платонова-Гуревича

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru , (1.11)

где ркр и Ткр вычисляются по формулам Хенкинсона, Томаса и Филлипса

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

Область использования- р < 40МПа; хС 5+< 10моль%.

Погрешность формулы: меньше 1% при p< 25МПа;

3% при p= 25 -35 МПа и 5% - от 35 до 40МПа.

ГАЗОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДОБЫЧИ ГАЗА

2.1.2 По Коратаеву (отношению содержаний изо-бутанаi-С4Н10 к нормальному бутануn-C4H10)

а) Газовые - i-С4Н10 / n-C4H10 =g>1.

б) Газоконденсатно-нефтяные, газонефтяные и попутный газ - g =0.5-0.8.

в) Газоконденсатные - g=0.9-1.1.

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

Исходное уравнение количества движения

dp/dL+r.g.(dz/dL)+2.lrw2/DT = 0 .

Здесь L- длина трубы в м (берётся обычно от устья до середины вскрытого интервала; для наклонных скважин определяется по вертикали h=L cosbн); w - скорость газа в м/с; g - ускорение силы тяжести в м/с2; l - коэффициент гидравлического трения; r - плотность газа в кг/м3 ; DT- диаметр трубы в м.

Общий вид формулы

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru (2.5)

где s = 0.03415`r L / (Тср.zср);

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru . (2.6)

Число Рейнольдса, относительная шероховатость, критическое значение числа Рейнольдса. Число Рейнольдса - параметр,определяющий отношение инерционных сил к вязкостным

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

где К - температурный коэффициент, равный 1910 при 273 К и уменьшающийся с ростом температуры ( равен 1777 при Т=293 К), кг.с24; Q - дебит газа, тыс. м3/сут.;

lk- абсолютная шероховатость, мм; D - внутренний диаметр труб, см; `r- относительная плотность по воздуху.

Выражение для сопротивления в случае турбулентного течения. При турбулентном режиме течения lзависит от Reи d и его определяют по формуле

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

При больших скоростях (дебит больше значения минимального дебита Qmin) наступает турбулентная автомодельность и тогда l не зависит Re

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

Экспресс-метод

Методика обработки.Индикаторную кривую обрабатывают по формуле

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru ,

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

где рзn и Qn- забойное давление и дебит n - го режима; коэффициент b - определяется из кривой нарастания давления; коэффициент Сn - для каждого режима определяется по формуле

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru n - число режимов, считая режимом и остановку скважины во время смены шайб (штуцеров), i = 1,2,...,n; Qi - дебит i -го режима.

Методика обработки

Если скважина исследовалась без остановки на замер статического давления, то обработка результатов ведется в кординатах физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru .

добавляется слагаемое C*=aQ0+bQ02=const.

Время полной стабилизации.

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru , (3.14)

где tст- время, необходимое для полной стабилизации давления, с; Rк- радиус контура питания, м; aг - газонасыщенность; m -пористость; m - динамическая вязкость, мПа.с; рпл- пластовое давление, МПа; k- проницаемость, мкм2.

В целом характер изменения индикаторной линии определяется совокупным влиянием m(р,Т), z(р,Т), k(p), l(p), k(Dp), l(Dp)и h(Dp).

А) Методика обработки КВД в условиях “бесконечного” пласта

Используемая зависимость.

р2з = a + blgt, (3.15)

где физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

рз и рз0 - текущее и начальное абсолютные забойные давления (до остановки скважины), МПа; Q0 - дебит скважины до остановки, м3/с; rс пр - приведённый радиус, м; t - время восстановления давления, с; h- эффективная толщина пласта, м; k = kрпл/hm - коэффициент пьезопроводности, м2/с ; m- пористость, доли единицы; рпл - абсолютное пластовое давление, МПа; b - коэффициент нелинейного сопротивления в двухчленной формуле стационарного притока к скважине (МПа/(тыс.м3/сут))2; mпл- вязкость газа в пластовых условиях, мПа.с; zпл - коэффициент сверхсжимаемости газа при пластовых значениях давления и температуры; Тст = 293°К; рат = 0,1Мпа; rс,пр – приведенный радиус скважины физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru ;С–коэффициент скин-эффекта

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru ;

k1 –проницаемость призабойной зоны R0; С1 и С2– коэффициенты несовершенства скважины по степени и характеру вскрытия.

б) Незначительное время работы скважины (рис. 3.8). В координатах р2з - lg t конечный участок КВД нелинеен.

Условия применения- Т£20 t, т.е. время Т работы скважины перед её остановкой соизмеримо со временем восстановления давления t.

Используемая зависимость.

р2з = р2пл- blg(T + t)/t. (3.16)

Для определения b КВД строится в координатах р2з - lg(T+t) / t. При известном пластовом давлении прямолинейный участок проводится как касательная к КВД из точки с координатами р2з= р2пл и lg(T+t) / t = 0.

Б) Методика обработки КВД в условиях “конечного” пласта

Формулы для ограниченного пласта можно использовать в тех случаях, когда в процессе исследования скважины, на её поведение, сказываются условия на границе пласта, например, при работе скважины в пласте с малыми размерами или при влиянии работы соседних скважин. В координатах р2з - lg t конечный участок КВД нелинеен.

Уравнение КВД. Для пласта конечных размеров используется формула

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru , (3.17)

где Т - время эксплуатации скважины до остановки; a1 = lg(1,11b);

b1 = 2,51 k / R2к ; Rк- радиус контура, на котором давление во время снятия КВД остается постоянным, приблизительно равным половине среднего расстояния до соседних скважин.

Как видно из формулы (3.17) , коэффицциенты a1 и b1 определяются графически при обработке КВД в координатах физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru в зависимости от t (рис.3.9). Если пластовое давление неизвестно, то желательно пользоваться приближенными методами его определения.


физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

Параметры пласта определяются из найденных коэффициентов a1 и b1. По коэффициенту a1 можно найти b и, следовательно, параметры физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru и k. По b1 можно установить k/R2к=b1/2,51. Если известен Rк, то можно найти параметр емкости пласта

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru .

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

* (рис.3.11, г).

физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И КОНДЕНСАТА

1.1 Состав и классификация природных газов [1,2]

а) Углеводороды - алканы CnH2n+2 и цикланы CnH2n.

б) Неуглеводороды - азот N2, углекислый газ СО2, сероводород Н2S, ртуть, меркаптаны RSH.

в) Инертные газы – гелий, аргон, криптон, ксенон.

1.2 Основные параметры [1,2]

Параметры газовых смесей

К средним параметрам относятся

rст = М/22.41, кг/м3 ; (1.1)

давление р = pi /xi ; объём v = vi /xi;

молекулярная масса М = å (xi Мi)/100=100/å (gi /Mi); (1.2)

плотность r= 100/ å (gi /ri) = 100M/å (xi Mi)/ri = å (xiri).

При этом плотности воздуха r0 = 1,293кг/м3, r20 = 1,205кг/м3 (верхний индекс – температура в градусах Цельсия); концентрации связаны между собой соотношениями gi = xi Mi /M; yi = xi.

среднекритические (псевдокритические):

pкр=å(Pкрi xi) , Ткр = å(Tкрi xi) при хС5+<10%. (1.3)

давление в кгс/см2 - физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

температура в К - физико-химические свойства природных газов и конденсата - student2.ru

ркр : pпр=p/ pкр.

Ткр: Тпр=Т/Ткр

1.3 Уравнения состояния природных газов [1,2,5]

р=r R T. (1.4)

Наши рекомендации