Физика пласта

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образование «Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова»

Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Физика пласта

Выполнил

Иванов Антон Иванович

Факультет ИНиГ

курс ОСПЗ - 1 (3)

группа 130504.65 (0908)

Архангельск

2000 г.



Оглавление

Введение

1. Расчёт молекулярной массы и плотности газа

1.1 Для нефтяного месторождения

1.2 Для газового месторождения

2. Расчёт коэффициента сверхсжимаемости газа, его плотности и объёма

при заданном давлении и температуре

2.1 Для нефтяного месторождения

2.2 Для газового месторождения

3. Расчёт давления насыщения нефти газом

нефть сверхсжимаемость газ месторождение



Введение

По условию задачи выделены следующие составы нефтяного газа для нефтяного месторождения (см. таблицу 1) и природного газа для газового (газоконденсатного) месторождения (см. таблицу 2).

Таблица 1 - Состав нефтяного газа для нефтяного месторождения

СН4	С2Н6	С3Н8	i-С4Н10	n-С4Н10	С5Н12+ высшие	CO2	N2	H2S	P, МПа	Т, єС
76,65	4,42	6,7		4,35	2,38	1,25	4,25	нет	8,65	41

Таблица 2 - Состав природного газа для газового месторождения

СН4	С2Н6	С3Н8	i-С4Н10	n-С4Н10	С5Н12+ высшие	CO2	N2	P, МПа	Т, єС
94,2	3,0	0,9	0,2	0,2	0,5	0,4	0,6	30,0	77



1. Расчёт молекулярной массы и плотности газа

1.1 Для нефтяного месторождения

Молекулярная масса нефтяного газа (М_г) с учётом его объёмного состава вычисляется по следующей формуле:

М_г = , (1)

где y_i - объёмная доля компонентов в смеси газов, %;

М_i - молекулярная масса i-го компонента;

n - число компонентов в смеси газов.

Рассчитываем предварительно молекулярную массу каждого из компонентов нефтяного газа, учитывая, что атомная масса углерода С = 12,01115; водорода Н = 1,00797; кислорода О = 15,9994; серы S = 32,064 и азота N = 14,007. Молекулярные массы составляют:

метана М_СН4 = 12,01115 + (4·1,00797) = 16,043

этана М_С2Н6 = (2·12,01115) + (6·1,00797) = 30,07

пропана М_С3Н8 = (3·12,01115) + (8·1,00797) = 44,097

бутана М_С4Н10 = (4·12,01115) + (10·1,00797) = 58,124

пентана М_С5Н12 = (5·12,01115) + (12·1,00797) = 72,151

диоксида углерода М_СО2 = 12,01115 + (2·15,9994) = 44,010

азота М_N2 = 2·14,007 = 28,014

Вычисляем молекулярную массу данного газа:

М_г = + = 22,57

В соответствии с законом Авогадро 1 кмоль любого газа при нормальных условиях занимает объём 22,414 м³, а при стандартных условиях 24,05 м³.

При нормальных условиях плотность газа с_г при известной молекулярной массе вычисляется по формуле:

сг_о = (2)

сг_о = = = 1,007 кг/м³

При стандартных условиях плотность газа с_г при известной молекулярной массе вычисляется по формуле:

сг_ст = (3)

сг_ст = = = 0,938 кг/м³

Для расчёта относительной плотности газапо воздуху используется формула:

= (4)

= = 0,779 кг/м³



1.2 Для газового (газоконденсатного) месторождения

Молекулярная масса природного газа (М_г) вычисляется по формуле (1):

М_г =

М_г = 17,35

В соответствии с формулой (2) плотность газа с_г при нормальных условиях:

сг_о = = = 0,774 кг/м³

При стандартных условиях плотность газа с_г вычисляется по формуле (3):

сг_ст = = = 0,721 кг/м³

Относительной плотности газапо воздуху рассчитывается по формуле (4):

= = 0,6 кг/м³



2. Расчёт коэффициента сверхсжимаемости газа, его плотности и объёма при заданном давлении и температуре

2.1 Для нефтяного месторождения

Состояние реальных газов при различных термобарических условиях описывается следующим уравнением:

pV = zGRT, (5)

где р и Т - текущие значения давления (Па) и температуры (К);

V - объём газа, м³; G - масса газа, кг;

R - удельная газовая постоянная, ;

z - коэффициент сверхсжимаемости реального газа.

Удельная газовая постоянная R определяется отношением газовой постоянной к молекулярной массе газа М_г.

R = (6)

Газовая постоянная пи нормальных условиях = 8,314·10³ .

Коэффициент сверхсжимаемости реального газа z учитывает отклонение реальных газов от идеальных и зависит от давления, температуры и состава газа. Если газ однокомпонентный, то коэффициент его сверхсжимаемости зависит от критических давления (р_кр) и температуры (Т_кр). Данные о критических давлениях и температурах представлены в таблице 3.



Таблица 3 - Данные о критических давлениях и температурах

Параметры	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	С6Н14	CO2	N2	H2S
ркр, (МПа)	4,7	4,9	4,3	3,8	3,4	3,1	7,4	3,4	9,0
Ткр, (К)	190,7	306,2	369,8	425,2	470,4	508,0	304,2	126,2	373,6

Т.к. на месторождении нефтяной газ состоит из смеси газов предельных углеводородов, а также примесей в виде углекислого газа и азота, то вводят понятия псевдокритических давления (р_пкр) и температуры (Т_пкр) вычисляются при известном компонентном составе по формулам:

р_пкр =

Т_пкр = , (7)

где y_i - объёмное содержание i - того компонента газа в смеси, доли единицы. По исходным данным состава нефтяного газа и используя данные таблицы 3, производится расчёт псевдокритических давления и температуры:

р_пкр = 0,7665·4,7+0,0442·4,9+0,067·4,3+0,0435·3,8+ 0,0238·3,4+ 0,0125·7,4+ 0,0425·3,4=4,59 МПа

Т_пкр=0,7665·190,7+0,0442·306,2+0,067·369,8+0,0435·425,2+0,0238·470,4 +0,0125Ч304,2+0,0425·126,2 = 223,34 К

По вычисленным значениям псевдокритических давления и температуры определяются соответствующие приведенные давление (р_пр) и температура (Т_пр):

р_пр =

Т_пкр =, (8)



где р и Т - текущие значения давления и температуры, для которых необходимо рассчитывать коэффициенты сверхсжимаемости.

В исходных данных таблицы 1 даны текущие значения давления и температуры. Производится расчет:

р_пр = = 1,88

Т_пр == 1,41

Коэффициент сверхсжимаемости нефтяных газов, содержащих азот, вычисляется по формуле:

z = z_угл (1-y_аз) + z_азy_аз, (9)

где z_угл и z_аз - соответственно коэффициенты сверх сжимаемости углеводородной части нефтяного газа и азота.

Коэффициент сверхсжимаемости z_угл (по известным р_пкр и Т_пкр) определяется по графикам Брауна и Катца (см. рисунок 1), а коэффициент сверхсжимаемости азота z_аз - по графику, представленному на рисунке 2.

По графику Брауна и Катца при р_пкр = 4,59 МПа и Т_пр = 1,41 коэффициент сверхсжимаемости z_угл приблизительно равен 0,745.

Т.к. значения приведенного давления (р_пр) и температуры (Т_пр) находятся в пределах 03 и 1,31,9, можно воспользоваться формулой:

z_угл = 1 - 10^-2·(0,76 Т³_пр - 9,36 Т_пр+13)(8- р_пр) р_пр (10)

z_угл = 1 - 10^-2·(0,76·1,41³ - 9,36·1,41+13)(8 - 1,88)·1,88 = 0,778

В соответствии с рисунком 2, коэффициент сверхсжимаемости азота z_аз приблизительно равен 1.



Рисунок 1 - Зависимость коэффициента сверхсжимаемости углеводородного газа от приведённых псевдокритических давлений и температуры

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента сверх сжимаемости азота от давления и температуры

Для азота в интервале 020 МПа и 280380 коэффициент сверхсжимаемости азота z_аз рассчитывается по формуле:



z_аз = 1 + 0,564·10^-10·(Т - 273)^3,71·р (11)

z_аз = 1 + 0,564·10^-10·((41+273,15) - 273)^3,71·8,65? 1

Коэффициент сверхсжимаемости нефтяных газов определяется по формуле (9):

z = 0,778(1 - 0,0425) + 0,0425·1 = 0,788

Зависимости для расчета плотности и объема реальных газов при заданных давлении и температуре имеют вид:

с_г (р, Т) =

V_г (р, Т) = , (12)

где V_ст - объём газа при стандартных условиях, м³.

Производится расчет плотности газа и его объема, используя формулы (12), при давлении 8,65 МПа и температуре 41єС (314,15 К). При расчетах учитывается, что газовый фактор равен 90 м³/м³ (приведен к стандартным условиям):

с_г (р, Т) = = 101,58 кг/м³

V_г (р, Т) = = 0,83 м³.

2.2 Для газового (газоконденсатного) месторождения

По исходным данным состава природного газа и используя данные таблицы 3, производится расчёт псевдокритических давления и температуры:

р_пкр = 0,942·4,7+0,03·4,9+0,009·4,3+0,002·3,8+0,005·3,4+0,004·7,4+ 0,006·3,4 = 4,69 МПа

Т_пкр=0,942·190,7+0,03·306,2+0,009·369,8+0,002·425,2+0,005·470,4+0,004Ч304,2+0,006·126,2 = 197,33 К

По вычисленным значениям псевдокритических давления и температуры по формуле (8) определяются соответствующие приведенные давление (р_пр) и температура (Т_пр):

р_пр = = 6,4

р_пр = = 1,84

Т_пр == 1,77

Т_пр == 1,59

В соответствии с графиками на рисунках 1 и 2 определяются соответственно коэффициенты сверхсжимаемости углеводородной части газа и азота.

z_угл ? 0,87 z_аз ? 1,15

Производится проверочный расчёт по формулам (10) и (11).

z_угл = 1 - 10^-2·(0,76·1,77³ - 9,36·1,77+13)(8 - 6,4)·6,4 = 0,93

z_аз = 1 + 0,564·10^-10·((77+273,15) - 273)^3,71·30= 1,17

Коэффициент сверхсжимаемости природного газа определяется по формуле (9):

z = 0,93(1 - 0,006) + 0,006·1,17 = 0,931

Производится расчет плотности газа и его объема, используя формулы (12), при давлении 30,0 МПа и температуре 77єС (350,15 К). При расчетах учитывается, что газовый фактор равен 120 м³/м³ (приведен к стандартным условиям):

с_г (р, Т) = = 208,04 кг/м³

V_г (р, Т) = = 0,42 м³.



3. Расчёт давления насыщения нефти газом

Расчёт давления насыщения в зависимости от температуры при постоянном количестве растворенного в нефти газа можно выполнить по формуле М.Д. Штофа, Ю.Н. Белова и В.П. Прончука, если известно содержание в растворенном газе метана и азота:

Р²⁰_нас = Р^пт_нас + (13)

где Р^пт_нас - давление насыщения пластовой нефти газом при пластовой температуре, МПа;

t - текущая температура, єС;

Г - газонасыщенность пластовой нефти, характеризующаяся отношением объёма газа (приведённого к нормальным условиям), растворенного в нефти, к массе дегазированной нефти, м³/т;

y_метан, y_азот - соответственно содержание метана и азота в газе однократного разгазирования пластовой нефти в стандартных условиях, доли единицы.

Предварительно необходимо привести размерность газосодержания пластовой нефти к размерности формулы (13). Для этого необходимо воспользоваться зависимостью:

Г = , (14)

где 10³ - коэффициент перевода плотности, выраженный в кг/м³ в плотность, выраженную в т/м³;

G_о - газосодержание пластовой нефти, равно 90 м³/м³;

с_нд - плотность дегазированной нефти, равна 780 кг/м³ (при стандартных условиях)

Г = = 107,45 м³/т

По формуле (13) определяется давление насыщения нефти газом при температуре 20єС:

Р²⁰_нас = 8,65 + = 7,49 МПа

Т.о. давление насыщения нефти газом при температуре 20єС составляет 7,49 МПа.

Размещено на Allbest.ru

...