42770

Розрахунок фізичних властивостей вільного та супутнього вуглеводневих газів одного з родовищ України за їх компонентним складом

Практическая работа

География, геология и геодезия

Процес експлуатації нафтових і газових свердловин вимагає виконання низки розрахунків фізичних властивостей компонентів, що видобуваються, які істотно залежать від термобаричних умов, за яких вони знаходяться.

Украинкский

2014-11-12

1.97 MB

0 чел.

Міністерство освіти і науки

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Геологічний факультет

Кафедри геології нафти і газу та геоінформатики

Розрахункова робота

9 - КР - 2013:

«Розрахунок фізичних властивостей вільного та супутнього вуглеводневих газів одного з родовищ України за їх компонентним складом».

                                                 Виконав

студент IV курсу

групи «Геоінформатика»

                                                                   Халімендік Валерій

 

                                                                                     Консультант: доцент                                

                                                                                      А.В. Полівцев

                                                     Дата здачі роботи ______________2013 р

Київ, 2013

Практична розрахункова робота № 9-КР-2013

«Розрахунок фізичних властивостей вільного та супутнього вуглеводневих газів родовища України за їх компонентним складом».

Газ -  агрегатний стан речовини при температурі, вищій за критичну, для якого характерні великі відстані між частинами, порівняно з твердим і рідинним станами, мала міжмолекулярна взаємодія між ними, невпорядкованість, а середня кінетична енергія руху молекул набагато більша за енергію взаємодії між ними [1].

Нафтовий газ - газоподібна фаза, що представляє собою пари нафти та суміш газів , що виділилися з пластової нафти при термобаричних умовах (тиску р і температурі Т) в об'єктах промислового облаштування нафтових родовищ [2].

Вільний газ газові компоненти, в яких частини газу (молекули, атоми) рухаються вільно, рівномірно заповнюючи за відсутності зовнішніх сил увесь наданий їм обєм у пористих та тріщинуватих гірських породах, у повітряній атмосфері Землі вільний газ може знаходитися над нафтою в нафтовому пласті або в будь-якому резервуарі над рідиною (водою, нафтою і т.п.) в рівновазі з тим же газом у розчиненому стані. Вільний газ може виділятися із вугільних пластів у шахтах і створювати небезпеку в разі недотримання правил техніки безпеки. Газ може переходити у звязаний (сорбований) стан і, навпаки, може виділятися o вигляді струменів із природних виходів на поверхню Землі[1].

Попутній газ - вуглеводневий газ, супутній нафти, виділяється з неї при сепарації. Кількість газів, що припадає на 1 тонну видобутої нафти, залежить від умов формування і залягання нафтових родовищ і може змінюватися від 1-2 до декількох тис м3 на тонну нафти. На відміну від газів природних горючих копалин, що складаються в основному з метану, нафтові попутні гази містять значні кількості етану, пропану, бутану та інших граничних вуглеводнів.

Властивості пластового газу - фізико-хімічні властивості, параметри яких характеризують газ (газоконденсат) за умов пластових тисків і температури: густина,вязкість, вологовміст, розчинність, зворотна конденсація, критична температура і тиск, обємний коефіцієнт, коефіцієнт стисливості і ін. [1] .

Процес експлуатації нафтових і газових свердловин вимагає виконання низки розрахунків фізичних властивостей компонентів, що видобуваються, які істотно залежать від термобаричних умов, за яких вони знаходяться.

Газ пластової нафти - компоненти пластової нафти, агрегатний стан кожного з яких при атмосферних (стандартних) умовах (100 кПа і 20 ° С) газоподібний. У загальному випадку, таких газоподібних компонентів в пластовій нафти вісім :

три - невуглеводневих:

  •  (1) – азот (у тому числі гелій);
  •  (2) – діоксид вуглецю;
  •  (3) – сірководень;

п'ять - вуглеводневих:

  •  (4) – метан;
  •  (5) – етан;
  •  (6) – пропан;
  •  (7) – ізобутан;
  •  (8) - нормальний бутан.

Тиск насичення промисловий нафти газом р (рівноважний тиск, при якому промислова нафта в процесі ізотермічного розширення (при однаковій температурі у відповідному нафтопромисловому обладнанні) переходить в двофазний стан (газ-рідина).

В збірному колекторі, як правило, тиск насичення пластової нафти газом менше,  безводна свердловина продукція нафтових родовищ, являє собою газонафтову суміш:

 

 

або

     

де - рідка частина (фаза) потоку безводної свердловиної продукції при тиску р і температурі Т, ( промислова нафта) [т/добу,моль/с];

- газоподібна частина (фаза) потоку безводної свердловиної продукції при тих же термобаричних умовах (нафтовий газ)[ т/добу,моль/с].

Компонентний склад і властивості фаз (рідкої,  ) і газоподібної, ) залежать, в загальному випадку, від:

  •  компонентного складу пластової нафти;
  •  термобаричних умов співіснування фаз;
  •  в'язкості нафти, дисперсності фаз, відносних швидкостейфаз, а також інших факторів, які проявляють себе на поверхні розділу фаз (при нерівних умовах масообміну) [4].

Агрегатна відмінність фаз (рідина - газ) за однакових термобаричних умов визначається лише різницею кількісного вмісту одних і тих же компонентів в рівномірно співіснуючих фазах (кількісною відмінністю їх компонентного складу). Пластова нафта, нафтовий газ і промислова (сира) нафта,складаються з одних і тих же компонентів (крім нафтового газу, в’язкому практично немає «важкої, не леткої частини», що міститься в нафті).

В технологічному процесі збору та підготовки нафти і нафтового газу суттєво змінюються фізико-хімічні властивості видобутої нафти, нафтового газу та свердловинної продукції в цілому. Грамотне науково обгрунтоване проектування та аналіз ефективності прийнятих рішень з управління видобутку нафтових родовищ неможливі без максимально можливого врахування наслідків зміни фізико-хімічних властивостей свердловини продукції. Ця обставина зумовлює необхідність вдосконалення існуючих методів розрахунку фізико-хімічних властивостей пластової нафти і суміші, попутно видобуваючої пластової води в широкому діапазоні нафтопромислових термобаричних умовам.

З метою зіставлення та аналізу різних процесів, супроводжуючих експлуатацію нафтових і газових свердловин та пов'язаних з мінливими в залежності від тиску і температури властивостями газу, нафти і води, прийнято розглядати ці властивості при нормальних або стандартних умовах.

Нормальними умовами прийнято вважати такі умови, при яких тиск p = p0 =0,101325 МПа (~ 0.1 МПа), а температура T = T0 = 273,15 К (0° С).

Стандартними умовами прийнято вважати такі умови,  при яких тиск p = pст = 0,101325 МПа (~ 0.1 МПа), а температура Т = Тст = 293,15 К (20° С) [3].

 Нафта являє собою хімічно складну і термодинамічно нестійку багатокомпонентну систему, що складається в основному з метанових (CnH2n+2) нафтенових (C2H2n) і ароматичних (C2H2n-2) вуглеводнів. У ній можуть бути розчинені в різних кількостях вуглеводневі гази і гази неорганічного походження (сірководень H2S, вуглекислота CO2, азот N2, гелій He та ін.) Кількість компонентів, складових продукції свердловини, в період розробки родовища може істотно змінюватися і, як наслідок цього, в тій чи іншій мірі впливати на фізико-хімічні властивості нафти і газу.

Кожен з компонентів пластової нафти, за винятком її не леткої частини, в процесі поділу пластової нафти на рідку і газоподібну фази за будь-яких термобаричних умовах міститься як в рідкій, так і в газоподібній фазах. Нелетка частина пластової нафти (за визначенням)залишається в рідкій фазі.

Компонентний склад нафтового газу може бути виражений у молярних, масових частках або у відсотках. Молярна частка компонента в суміші газів при нормальних умовах практично збігається з об'ємною цього компонента.

 Об'ємний молярний склад газу можна перерахувати в масовий :

де Gi - масова частка (частки одиниці або відсотки) компонента в суміші [кг] ; уi - об'ємна (молярна) частка компонента в суміші [%]; Мi - молекулярна маса i-го компонента [кг/кмоль]; k - число компонентів.

Сполука

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

H2S

CO2

N2

He

n

i

n

i

Молекулярна маса кг/кмоль

16,043

30,070

44,097

58,124

72,151

34,082

44,01

28,016

4,0026

 Середня молекулярна маса суміші газів представляється через масову концентрацію і відносну молекулярну масу компонентів.

У відповідності до закону Авогадро, 1 кмоль будь якого газу при нормальних умовах займає 22,414 м3, при стандартних умовах 24,05 м3 .

 Середня молекулярна маса газу  за даними його об'ємного (молярного) складу [кг/кмоль]:

де уi - об'ємна (молярна) частка компонента в суміші [%]; Мi - молекулярна маса i-го компонента [кг/кмоль]; k - число компонентів.

 Середня щільність сумішей газу виражається відношенням середньої молекулярної маси до об’єму.

Середня щільність газу по обчисленій середній молекулярній масі [кг/м3],

при нормальних умовах:

де  – середня молекулярна маса газу.

 при стандартных уловах:

де  – середня молекулярна маса газу.

Відносна щільність газу за повітрям (відношення середньої щільності газу до молярної маси повітря, що дорівнює Мпов = 28,98 кг/м3):

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. У чому різниця між вільним та попутнім газами в нафтових родовищах?

2. Які основні властивості пластового газу та як вони залежать від термічних та баричних умов?

3. У чому проявлені відмінності компонентного складу фаз (рідина-газ) за однакових термобаричних умов?

ПРИКЛАД (вихідні дані з Атласу родовищ …, том І, с.340).  Обчислити наступні параметри:  а) масовий склад (розрахунком  з об`ємного молярного (), по кожному компоненту), б) середню молекулярну масу газу, в) середню щільність (густину) газової суміші в стандартних та в нормальних умовах(, ), г) відносну щільність газу за повітрям() для двох горизонтів ………родовища.

Вільні гази представлені в об’ємних відсотках такими  компонентами: CH4 = 81,8; C2H6 = 12,3; C3H8 = 3,1; nC4H10 = 0,03; iC4H10 = 0,07; nC5H12  = 0,01;  iC5H12= 0,01; H2S = 0; CO2 = 1,35; N2 = 1,3; He = 0,06, компонентний склад розчинних газів: (об’ємних %): CH4 = 86,4; C2H6 = 7,2; C3H8 = 2,1; nC4H10 = 0,3; iC4H10 = 0,6; nC5H12 = 0,2;  iC5H12= 0, 1; H2S = 0; CO2 = 1,3; N2 = 1,7; He = 0,06.

Порядок визначення фізичних властивостей  супутніх та (або) вільних вуглеводневих газів одного з родовищ  України за  компонентним складом:

Тимофіївське НГК, Талалаївсько-Рибальський НГ район, Дніпровсько-Донецька западина

Індекс горизонту

Склад газу, об’ємних %

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

H2S

CO2

N2

He

n

i

n

i

Вільні гази

М-8

96,8

1,7

0,08

0,08

0,03

0,03

0,02

1,12

Розчинені гази

Б-8

77,66

8,45

5,02

1,58

0,8

0,18

0,21

0,36

4,99

1. Перераховуємо об’ємний молярний склад кожної складової (i-того компонента)  вільних та розчинених газів в масовий за формулою 1.1:

Вільні гази (горизонт B-16 ) [кг]

Розчинені гази (горизонт Т-1) [кг]

 

2. Знаходимо середню молекулярна маса газів (вільних  та розчинених, або тільки вільних в заданих горизонтах) [кг/кмоль] за формулою 1.2.

Для вільних газів:

Для розчинених газів:

3.  Знаходимо значення середньої густини вільних та розчинених газів при нормальних, стандартних умовах та відносну щільність за повітрям  за формулою 1.3, 1.4, 1.5 відповідно:

 

Вільні гази (горизонт B-16 )

Розчинені гази (горизонт Т-1)

Середня густина газу при нормальних умовах [кг/м3]

Середня густина газу при стандартних умовах [кг/м3]

Відносна густина газу за повітрям [кг/м3]

ЗАВДАННЯ: Для родовища, наданого в варіанті, та за даними таблиць Атласу родовищ нафти і газу України обрати два продуктивних горизонти. Один горизонт – з вільними газами, другий – з розчинними. За відсутності даних по супутніх газах використати два суміжних  пласта, або два найбільш віддалених пласта.

Погодити  вибір горизонтів з викладачем.

Заповнити таблицю 1 додатку та визначити параметри а – г, вказані в описовій частині роботи: масовий склад розрахунком  з об`ємного в молярного (), по кожному компоненту, середню молекулярну масу газу , середню щільність (густину) газової суміші в стандартних та в нормальних умовах(, ) , відносну щільність газу за повітрям() для двох горизонтів.

Якщо < 100  тоді різницю між цими значеннями визначається як  сума невизначених  газових домішок дом (% об.);

якщо  то, об’ємний молярний склад слід перерахувати пропорційно вмісту компонентів до 100 %.

В табличці в полі He (гелій) зі позначенням " Сліди" слід приймати значення 0,005%.

Пусте поле для компонентів означає відсутність вимірів або нульовий вміст.

ЗВІТНІСТЬ. Заповнити таблицю 1 вихідних даних та результати розрахунків в таблицю 2 (додаток 1). В текстову частину роботи додати  самостійно опрацьований матеріал. Надати короткий (до 0,5 стор.) опис родовища. Виконати порівняння двох пластів (горизонтів) по одержаних параметрах. Зробити висновки фізико-хімічні та геологічного змісту.

Привести відповіді на контрольні запитання.

Список рекомендованої літератури:

  1.  Мала гірнича енциклопедія. 1 том, за редВ. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. – с.204, 171, 531, 539.
  2.  Мищенко И.Т., Сахаров В.А., Грон В.Г., Богомольный Г.И. Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи. -М.: Недра, 1984. – c. 24.
  3.  И.Т. Мищенко. Расчеты в добыче нефти. – М.:Недра, 1989. -3, 11, 12 с.

4. Дунюшкин И.И., Мищенко И.Т., Елисеева Е.И. Расчеты физико-химических свойств пластовой и промысловой нефти и воды. Учебн. пособие для вузов. - М.:ФГУП Из-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004.- c.8,

5. Атлас родовищ нафти і газу України. В 6 томах.  – Львів: УНГА, 1998.

Укладач:                                                                                В.О.Мельничук                                  Консультант:                                                                                                         доц. А.В. Полівцев

Дата складання  06.10. 2013  

Відповіді на питання:

1. Тим, що вільний газ завжди знаходиться окремо від нафти, і накопичується в окремих резервуарах або над нафтою заповнюючи поровий простір, попутній газ навпаки зв’язаний з нафтою і виділяється при їх роз’єднанні шляхом зняття тиску з паста чи інше.  

3. Агрегатна відмінність фаз (рідина - газ) за однакових термобаричних умов визначається лише різницею кількісного вмісту одних і тих же компонентів в рівномірно співіснуючих фазах (кількісною відмінністю їх компонентного складу). Пластова нафта, нафтовий газ і промислова (сира) нафта,складаються з одних і тих же компонентів (крім нафтового газу, в’язкому практично немає «важкої, не леткої частини», що міститься в нафті).

Опис родовища:

Родовище розташоване в 20 км від смт Машівка Полтавська область, в приосьовій  зоні ДДЗ. На площі пробурено 26 пошукових і розвідувальних свердловин загальним метражем 65062 м. Вони розкрили карбонатно-теригенні відклади від четвертинних до девонських і галогенні утворення верхнього девону.

У відкладах нижнього карбону (покрівля горизонту С -20) структура є асиметрично куполовидною складкою, порушеною системою радіальних скидів амплітудою від 50 до 200 м. Розміри складки близько 5,2 на 4.5 км, амплітуда 200 м. З глибиною склепіння переміщується у північно-східному напрямі. Загалом це наскрізна криптодіапірова структура з передверхньовізейським рівнем заляганням девонської солі.

Свердловинами встановлена промислова продуктивність порід московського (горизонти М-7 та М-8), башкирського (Б-8, Б-13, Б14), серпуховського (С-4, С-5, С-6, С-20, С-21) і візейського (В-16) ярусів.

Поклади вуглеводнів пластові склепінні тектонічно екрановані та літологічно обмежені. Поверх нафтогазоносності родовища близько 1040 м. Колекторами є пісковики з високим ємкісно-фільтраційними властивостями.

Майже з самого початку роботи здійснювалося закачування води в за контурні зони покладів для підтримування пластових тисків. Вже вироблено трохи більше 50% нафтових покладів. Родовище знаходиться в розробці.

Структура родовища сприяє до подальшої розробки, так як воно має купольну будову та сильну тектонічну порушиність,то можлива підпитка  нафти з нижніх шарів, міграцією по розломах. Поклади мають добротний вміст між пластових газів, зокрема великий вміст метану, що сприяє економічному розвитку родовища. Але недоліком є слабкий між пластовий тиск про що свідчить накачка води з самого початку розробки пласта.


ПІП(варіант)

Родовище,тип

Том,ст.

Індекс гориз.

Склад газу, об’ємних %

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

H2S

CO2

N2

He

n

i

n

i

.

12. Халімендік В.В.

Новогригорівське НГК

III, c.1107

М-8

96,8

1,7

0,08

0,08

0,03

0,03

0,02

1,12

Б-8

77,66

8,45

5,02

1,58

0,8

0,18

0,21

0,36

4,99

Таблиця 1                 Додаток 1


Вихідні дані для визначення фізичних властивостей вільного та супутнього вуглеводневих газів родовища України за їх компонентним складом.

Таблиця 2                   Додаток 2

Результати визначення фізичних властивостей вуглеводневих газів різних форм знаходження НАЗВА       родовища України за компонентним складом.

ПІП

(варіант)

Родовище,

тип

Том,ст.

Індекс гориз.

Масовий склад кожного компонента [кг]

Середню молекулярна маса газів

Середня щільність газу при нормальних умовах

Середня щільність газу при стандартних умовах

Відносна щільність газу за повітрям

n

i

n

i

.

12. Халімендік В.В.

Новогригорівське НГК

III, c.1107

кг

кг/кмоль

кг/м3

кг/м3

кг/м3

М-8

0,9418

0,0310

0,021

0,0028

0,0011

0,0013

0,0009

0

0

0,0190

0

 

0.65826

0.56899

Б-8

0,6098

0,1242

0,1083

0,0449

0,0228

0,0064

0,0074

0

0,0074

0,0684

0

0.91159

0.81566

0.70505

Склала:                                      В. Мельничук   

Консультант                              А.В. Полівцев                                                                                                         Дата: 06.10.2013


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44773. Изучение кисломолочных напитков, обогащенных бифидобактериями 309 KB
  Кисломолочные продукты – это молочные продукты, вырабатываемые сквашиванием молока или сливок чистыми культурами молочнокислых бактерий с добавлением или без добавления дрожжей и уксуснокислых бактерий. Кисломолочные напитки пользуются заслуженной популярностью у миллионов людей различных стран мира.
44774. Проблемы имплементации международно-правовых стандартов по запрещению рабства и принудительного труда в РФ 313.5 KB
  Предмет исследования составляют нормы, содержащиеся в международно-правовых актах в сфере предупреждения и запрещения рабства и принудительного труда (международные конвенции, декларации и рекомендации), а также нормы российского законодательства в указанной области.
44775. Анализ ассортимента и оценка качества чайных товаров на ООО «Чайный дом» 221 KB
  Следует отметить, что от выпуска высококачественной продукции выигрывает и национальная экономика, поскольку в этом случае увеличиваются экспортный потенциал и доходная часть платежного баланса страны, повышается авторитет государства в мировом сообществе.
44776. Анализ ассортимента, потребительских свойств и экспертиза качества товаров, реализуемых торговым предприятием на примере мучных кондитерских изделий 241 KB
  Отрасль продолжает сохранять большую привлекательность для иностранных вложений, поскольку, по оценкам иностранных аналитиков, российский кондитерский рынок сохраняет потенциальные возможности для дальнейшего расширения, при условии сохранения относительной стабильности в экономике страны в целом.
44777. Применение форм 7.9 MB
  Применение форм Цели работы: научиться создавать формы ввода-вывода; научиться создавать кнопочные формы. Перейдите на закладку Формы выделите форму Список и нажмите клавишу [Delete]. С помощью автоформы можно просматривать или вводить данные. Порядок работы: В окне базы данных выберите вкладку Формы.
44779. Создание и использование запросов (продолжение) 2.09 MB
  Предположим, прошел год, студенты перешли на следующий курс, изменились их личные данные, некоторые закончили колледж, пришли новые. Нужно обновить базу данных
44780. Создание отчетов 2.44 MB
  Рассмотрим ситуацию, когда стандартный отчет нас не устраивает. Например, вы хотите сконструировать стандартную справку об обучении и выдавать ее по запросу. Сначала следует создать запрос с параметром Справка (рис. 42), в котором будут только интересующие вас записи, затем следует приступить к созданию отчета
44781. Создание отчетов (продолжение) 2.07 MB
  Цели работы: закрепить навыки создания отчетов с помощью Конструктора; научиться создавать отчеты с помощью Мастера отчетов; освоить основные приемы изготовления надписей на конвертах и наклейках. Создайте с помощью Конструктора отчет Списки учеников. Порядок работы: Откройте закладку Отчеты если находитесь в другом окне. В появившемся диалоговом окне Новый отчет выберите режим Конструктор и таблицу Список в качестве источника данных.