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

58580. Конституция России 51 KB
  Цель урока: учащиеся продолжают работу по формированию основ правовой культуры закреплению знаний учащихся о государственном устройстве страны о трех ветвях власти. Правила игры: Право ответа игрок получает только от капитана.
58581. Свобода в жизни человека 72 KB
  Воспитательная: подвести учащихся к пониманию что свобода является непреходящей ценностью в любом обществе раскрыть ее значимость в жизни каждого человека; продолжить формирование ценностных ориентаций учащихся путем обсуждения альтернативных моделей поведения человека в ситуациях выбора...
58582. Развитие общества 110.5 KB
  Цель: сформировать у учащихся комплекс знаний о развитии общества. Задачи: Учебная: усвоение учащимися сведений о развитии общества глобальных проблемах человечества понятий прогресс регресс реформа революция глобализация. 2 назовите основные сферы жизни...
58584. Политическая деятельность 64.5 KB
  Так что такое политика Что представляет собой политическая деятельность Кто и как участвует в ней Давай те исследуем эти вопросы. Тема урока Политическая деятельность. Мы рассмотрим следующие вопросы: Политика как деятельность Власть и властная деятельность Легитимность власти.
58585. УРОК ОБЩЕСТВОЗНАНИЯ В НАЧАЛЬНОЙ ШКОЛЕ И ПОДГОТОВКА К НЕМУ УЧИТЕЛЯ 100.5 KB
  Комбинированный урок включает в себя следующие компоненты: организационный момент; проверка знаний и умений предыдущего урока; повторение тех понятий фактов имен и явлений которые тесно связаны с содержанием нового урока; переход к изучению нового материала мостик от известного к неизвестному...
58586. Звуки [н]. Строчная буква «н» 36.28 KB
  На этапе актуализации знаний предложены задания (в том числе и развивающего характера), которые подготовят учащихся к восприятию нового материала.
58587. Оформление проектной работы. Подготовка и оформление пояснительной записки проекта 2 MB
  Подготовка и оформление пояснительной записки проекта. Обучающая определить требования предъявляемые к оформлению пояснительной записки проекта оформить первую часть пояснительной записки введение.
58588. Олимпийские игры в древности 81.5 KB
  Цель урока: Знакомство с историей Олимпийских игр в древности оценка их значения в жизни Древней Греции и современности; осознание миротворческой роли Олимпийских игр Задачи урока: Способствовать формированию знаний учащихся по истории Олимпийских игр...