Лекция. лекция 2. Лекция 2 состав и физические свойства природных нефтей и газов
 Скачать 428.86 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №2 СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ И ГАЗОВ 1. Физические состояния нефти и газа в залежи Углеводороды в зависимости от состава, давления и температуры могут находиться в залежи в различных состояниях твердом, жидком, газообразном, газогидратном ив виде газожидкостных смесей. Газ располагается в виде газовой шапки в повышенной части структуры. Если количество газа в залежи по сравнению с объемом нефти незначительно, а давление высокое, газ полностью растворяется в нефти и тогда смесь залегает в однофазном состоянии (жидком. В зависимости от условий залегания и соотношения нефти и газа, залежи подразделяются на нефтяную, нефтегазовую, битумную или газогидратную, газоконденсатную и газовую. В нефтяной залежи нефть находится в пласте в однофазном состоянии с различным количеством растворенного нефтяного газа. Нефтегазовая залежь – имеет области, занятые нефтью и газом. Если основная часть залежи нефтяная, то газ образует газовую шапку. Если же основная часть залежи газовая, то нефть, располагаясь в пониженных местах, образует нефтяную оторочку. Газоконденсатная залежь – может иметь нефтяную оторочку. В газовой фазе газоконденсатной залежи растворены легкие жидкие углеводороды конденсат. Для характеристики залежи используют такой параметр как газоконденсатный фактор, равный количеству газа (в м) в нормальных условиях, в котором растворен 3 м конденсата в пластовых условиях. Газовая залежь соответствует случаю, когда конденсата в газовой фазе нет или же его количество крайне мало. Газогидратные или битумные залежи – залежи этого типа отличаются по своим физическим свойствам от залежей остальных типов. Они образуются при определенных термодинамических условиях и содержат газ в твердом (гидратном) состоянии. Нефтью принято называть все углеводороды, которые в пластовых условиях находятся в жидком состоянии. 2. Состав и классификация нефтей и газов В химическом отношении нефть состоит из углерода (84-88%) и водорода, а также содержит в виде примесей кислород, серу, азот и т.д. Нефть представляет смесь углеводородов метанового, нафтенового и ароматического рядов, причем преобладают углеводороды метанового (парафинового) ряда с общей формулой 2 2 n n H C , из которых углеводороды допри нормальных условиях – газы, от 12 5 H C до 34 16 H C - жидкости и от 36 17 H C - твердые тела – парафины, смолы. В пластовых условиях все составные части находятся в составе нефти. По мере снижения давления из нефти выделяется растворенный газ, выпадает парафин, смолы. Нейтральные смолы превращаются в асфальтены. Остающиеся в нефти жидкие и растворенные углеводороды представляют собой товарный продукт, поступающий для переработки на заводы. Нефти имеют темный или коричневый цвет, реже зеленый. По количеству серы нефти делятся натри класса малосернистые серы не более 0,5%), сернистые (серы 0,5-2%) и высокосернистые (серы >2%). По содержанию смолна 3 подкласса 1) малосмолистые (смол < 18%), 2) смолистые (от 18 до 35%), 3) высокосмолистые ( >35%) По содержанию парафина на 3 подкласса 1) малопарафиновые (содержание парафина менее 1,5% по массе 2) парафинистые (от 1,5 до 6%) 3) высокопарафинистые (более 6%). Природные газы состоят из углеводородов гомологического ряда метана с общей формулой 2 2 n n H C , атак же неуглеводородных компонентов азота, углекислого газа, сероводорода, меркаптанов, редкоземельных инертных) газов (гелия, аргона, криптона, ксенона, ртути. К основным физическим свойствам природных газов относят плотность, вязкость, диффузию, теплопроводность, влагосодержание, которые зависят от состава газа и внешних условий (температуры и давления. Плотность газа различают молекулярную массу и плотность газа. За единицу массы атома принята 1/12 массы изотопа углерода. Сумма атомных масс элементов, входящих в молекулу, называется молекулярной массой вещества. Молекулярная масса вещества М связана с плотностью газа , 4 22 M (1) Часто используется относительная плотность газов, те отношение плотностей газа и воздуха. 29 293 Где =1.293 кг/см^3 – плотность воздуха при нормальных условиях 29- молекулярная масса воздуха. Вязкость газов также определяется их составом и температурой. Обычно ограничиваются реологической характеристикой газа, рассматривая его как вязкую систему. Вязкость газов мало зависит от давлений, если они близки к атмосферному. Однако с повышением давления эти закономерности нарушаются – с увеличением температуры понижается вязкость газа, те при высоких давления вязкость газов изменяется с повышением температуры аналогично изменению вязкости жидкости. Диффузия газа – (движение частиц среды, приводящее к выравниванию концентраций частиц данного сорта в среде. Диффузия газов определяется законом dx dc D q , (2) где q- плотность потока массы D- коэффициент диффузии С- концентрация диффузирующего потока компонента. Тепловые свойства газов характеризуются теплоёмкостью и теплопроводностью. Теплоёмкость для идеальных газов R c c v p (3) где R- газовая постоянная ; p c - постоянное давление v c - объём. Теплопроводность газов описывается законом Фурье x T q , (4) где q- плотность теплового потока - коэффициент теплопроводности Т- температура. Влагосодержание При изменении условий в залежи с увеличением температуры и уменьшением давления количество водяных паров в газовой фазе увеличивается. Различают абсолютноеи относительноевлагосодержание природных газов. Под абсолютным влагосодержанием понимается масса водяных паров в единице объёма газа, приведённого к нормальным условиям. (размерность плотности. Относительное влагосодержание определяется отношением фактического содержания паров воды в единице объёма газовой смеси приданных давлениях и температурах к количеству водяных паров в газе при тех же условиях и полном насыщении (в %). Основные физические свойства нефти К основным физическим свойствам нефти относят давление насыщения нефти газом, плотность, вязкость, объёмный коэффициент, коэффициент сжимаемости, структурно-механические свойства. 1. Давление насыщения нефти газом Давлением насыщения пластовой нефти называют максимальное давление, при котором газ начинает выделяться из нефти при изотермическом её расширении. Давление насыщения зависит от соотношения объёмов нефти и растворённого газа, от их состава и пластовой температуры. Особенно высокими давлениями насыщения характеризуются нефти, в которых растворено большое количество азота. С повышением температуры давление насыщения может значительно увеличиваться. Давление насыщения может быть меньше пластового или соответствовать ему. Если давление насыщения меньше давления пласта, то нефть недонасыщена газом, если же эти давления насыщения и пласта равны, нефть полностью насыщена газом. Если давление пласта меньше давления насыщения, в пласте происходит разгазирование нефти и образуется режим двухфазной фильтрации. 2. Плотность нефти Плотность - - масса единичного объёма вещества, г/см 3 , кг/м 3 Плотность нефти зависит от температуры. В соответствии с этим плотность пластовой нефти может значительно отличаться от плотности поверхностной нефти. Нефть, плотность которой превышает 900 кг/м 3 , относится к тяжёлым нефтям. С повышением давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении её углеводородными газами (метан, пропан и т.д.), но возрастает при насыщении её азотом или углекислым газом. Рост давления выше давления насыщения также способствует некоторому увеличению её плотности. 3. Вязкость нефти Вязкость - - свойство нефти, определяющее характере движения в пласте и трубах и сопротивление движению, мПа⸱с. Вязкость пластовой нефти значительно отличается от вязкости, сепарированной вследствие большого количества растворённого газа, повышенной пластовой температуры и давления. При этом все нефти подчиняются следующим закономерностям вязкость их уменьшается с повышением количества газа в растворе, с увеличением температуры. Повышение давления вызывает некоторое увеличение вязкости, которое заметно лишь при Р > нас. Вязкость нефти зависит также от состава и природы растворённого газа. При растворении азота вязкость увеличивается, а при растворении углеводородных газов – понижается. 4. Объёмный коэффициент Объёмный коэффициент связан с количеством растворённого газа в нефти и характеризует соотношением объёмов нефти в пластовых условиях к объёму этой же нефти на поверхности (после отделения газа) b=Vпл/Vпов; (5) Объём нефти в пластовых условиях превышает объём сепарированной нефти в связи с повышенной пластовой температурой и содержанием большого количества растворённого газа в пластовой нефти. Давление мало влияет назначение объёмного коэффициента нефти, в связи с малой сжимаемостью жидкости. Используя объёмный коэффициент, можно определить усадку нефти, те уменьшение объёма пластовой нефти при извлечении её на поверхность в %. Усадка нефти % 100 1 b b U (6) Иногда усадку U относят к объёму нефти на поверхности. Тогда, U=(b-1)*100%. Усадка некоторых нефтей достигает 45-50%. Объёмный коэффициент нефти определяют экспериментально. 5. Коэффициент сжимаемости Нефть, как и все жидкости, обладает упругостью, те способностью изменять объём под действием внешнего давления. Упругость жидкостей измеряется коэффициентом сжимаемости, определяемым из соотношения p V V H 1 , (7) где V - изменение объёма нефти V - исходный объём нефти p - изменение давления Для жидкостей следует использовать термин сжимаемость, для газов – сверхсжимаемость. Коэффициент сжимаемостихарактеризует относительное изменение единицы объёма нефти при изменении давления на одну единицу. Коэффициент сжимаемости зависит от состава пластовой нефти, температуры и абсолютного давления. Нефти, не содержащие растворённый газ, обладают сравнительно низким коэффициентом сжимаемости (0,4 – 0,7) Па. Лёгкие нефти, содержащие значительное количество растворённого газа, обладают повышенным коэффициентом сжимаемости (14 Па. Чем выше температура, тем больше коэффициент сжимаемости. С уменьшением давления пласта вплоть до давления насыщения коэффициент сжимаемости увеличивается. 6. Структурно – механические свойства аномально – вязких нефтей реологические свойства) Реологические свойства нефтей очень разнообразны и во многих случаях их поведение не определяется одним реологическим параметром – вязкостью. Нефти многих месторождений относятся к неньютоновским жидкостям, для которых не выполняется закон внутреннего трения Ньютона (сдвиговые касательные напряжения прямо пропорциональны скорости сдвига. В случае неньютоновских нефтей вязкость зависит от скорости сдвига. Режим пласта в условиях проявления неупругих свойств горных пород можно назвать реологическим режимом. Реологические характеристики нефтей в значительной степени определяются содержанием в них смол, асфальтенов и парафина. При высоких пластовых температурах, структурно – механические свойства нефтей проявляются значительно слабее. Наиболее распространённая реологическая модель для описания течения неньютоновских нефтей - это модель Шведова – Бингама. 0 , (8) где - напряжение сдвига 0 - предельное напряжение сдвига, превышение которого приводит к возникновению вязкого течения - динамическая вязкость - скорость сдвига. Объяснение поведения бингамовских сред исходит из предположения о наличии у покоящейся жидкости пространственной структуры, достаточно жёсткой, чтобы сопротивляться любому напряжению, не превышающему величину 0 . Если напряжение превышает 0 , то структура полностью разрушается и система ведёт себя как неньютоновская жидкость. Когда же напряжение сдвига становится меньше 0 , структура может снова восстановиться явление тиксотропии. Исследованиями установлено, что проводимость горных пород при фильтрации в них структурированных нефтей в значительной степени зависит от градиента давления. При небольших значениях градиентов давлений проводимость песчаников может быть в десятки раз меньше, чем при высоких. Низкая нефтеотдача, быстрое обводнение скважин, неравномерность профилей притока объясняется, кроме влияния прочих факторов, также проявлением в ряде случаев структурно- механических свойств пластовых нефтей. |