Скачать презентацию Ф и з и к а нефтегазового пласта Скачать презентацию Ф и з и к а нефтегазового пласта

Ч2 Лекция 1-2008.ppt

  • Количество слайдов: 29

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ФЛЮИДОВ »

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ФЛЮИДОВ » 1. 1. Виды пластовых залежей. 1. 2. Пластовые жидкости и газы. 1. 3. Состав и классификация нефтей. 1. 4. Состав и классификация природных газов. 1. 5. Физические свойства нефтей. 1. 6. Свойства природных газов. 1. 7. Коэффициент сверхсжимаемости природных газов. 2

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 3 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 3 1. 1. Виды залежей природных флюидов В зависимости от состава, температуры и давления они могут находиться в залежи в различных состояниях – жидком, газообразном, твердом и в виде газожидкостных смесей. Поэтому виды залежей различают не только по их строению, но и по содержанию в них флюидов: 1. Нефтяные (с различным содержанием растворенного нефтяного газа) 2. Газонефтяные (с большой газовой шапкой с взаимным растворением компонентов) 3. Чисто газовые 4. Газоконденсатные (добывают светлые углеводороды с большим газовым фактором: более 1000 м 3 газа на 1 тонну нефти) 5. Газогидратные 6. Битумные

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 4 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 4 1. 2. Пластовые жидкости и газы Установлено 425 углеводородных соединений, в которых соотношение углерода к водороду соответствует 5: 1; 0, 02% в составе природных углеводородов составляет практически все элементы из таблицы Менделеева. Подземные воды почти всегда являются минерализованными, т. е. содержат в растворенном состоянии соли. Общее количество солей в подземных водах колеблется от долей % до 40 50% по весу (рассолы), а в морской воде, например, 3 4% соли. Наиболее распространены соли серной H 2 SO 4, угольной H 2 SO 3 , азотной кислоты (т. е. с металлами Na, K, Mg, Ca, Fe и др. ). Кроме того, в водах могут быть йод и бром. В углеводородных газах, насыщающих горные породы, в качестве примесей могут находиться сероводород H 2 S, углекислый газ CO 2, инертные газы.

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 5 По Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 5 По фазовому состоянию (при нормальных условиях 1 атм и 200 С): l. С 1 С 2 (метан, этилен С 2 Н 4) – газы; С 3 С 4 (пропан, бутан, пропилен С 3 Н 6 , бутилен С 4 Н 8) – находятся в парообразном состоянии, при повышенных давлениях – жидкости; l l С 5 С 17 – жидкости (бензиновая фракция); l n ≥ С 18 – твердые соединения.

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 6 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 6 1. 3. Состав и классификация нефтей Наиболее широко в нефти представлены углеводороды трех классов: 1) Метановый (парафиновый) ряд – "алканы общего состава": Cn. H 2 n+2. химически инертны (поэтому сохранились в нефтях в течение геологических периодов); присутствуют во всех фракциях; содержание в нефти порядка 20%. 2) Полиметиленовые (нафтеновые) углеводороды – циклоалканы: Cn. H 2 n + олефиновый (нециклические) ряд (C 2 H 4 – этилен); + диолефины (ненасыщенные олефины: Cn. H 2 n 2 – ацетилен C 2 H 2). циклопарафины стабильны в химическом отношении и часто встречаются в природных нефтях; содержание в нефти нафтеновых углеводородов от 25 до 75%.

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 3) Ароматические Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 3) Ароматические углеводороды циклического строения с бензольным кольцом: Cn. H 2 n 6. достаточно стабильны и часто встречаются в природных нефтях; содержание в нефти ароматических углеводородов составляет 15 20%. 4) Другие органические соединения: I. Kислородные соединения составляют 0, 1 2%; входят в состав нафтеновых и жирных кислот (в соединении со щелочами, содержащимися в воде, образуют ПАВ). II. Aсфальто-смолистые вещества (АСВ) гетерогенные (S, O 2 и N содержащие соединения) различного строения и молекулярной массы; массовая доля от 4 5 до 30% и более; большая молекулярная масса (у смол 465 – 1080, у асфальтенов – от 1200 до 3250); 7

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 являются, как Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 являются, как правило, полярными и парамагнитными (асфальтеновая фракция, при этом парамагнитной может быть почти каждая молекула в асфальтенах); в них сосредоточена большая часть присутствующих в нефти гетероэлементов и практически все металлы); предполагается, что асфальтены имеют кристаллическую структуру с аморфными включениями, а окружающие их сольватные слои состоят из диамагнитных молекул смол; смолы в чистом виде – жидкие или полужидкие вещества от темно желтого до коричневого цвета с плотностью от 1000 1070 кг/м 3. Именно смолам нефть обязана своей темной окраской; особенность смол – способность превращаться в асфальтены (на свету, более интенсивно – при нагревании и продувке воздухом); асфальтены, в отличие от смол, набухают с увеличением объема и дают коллоидные растворы. 8

Ф и з и к а нефтегазового пласта III. Парафины углеводородный ряд С 17 Ф и з и к а нефтегазового пласта III. Парафины углеводородный ряд С 17 С 35; бесцветная кристаллическая масса, не растворимая в воде; плотность от 907 до 915 кг/м 3 при 150 С; температура застывания (плавления) 27 710 С. IV. Церезины углеводородный ряд С 36 С 55; смесь изопарафинов в виде мелких игл; температура плавления: 65 88 0 С. Часть 2 Лекция 1 9

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 10 V. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 10 V. Неорганические соединения. Сернистые соединения содержатся почти во всех нефтях (в одних в свободном виде, в других в виде соединений (сероводорода), меркаптанов (RSH), сульфидов, тиофенов и др). Азотистые соединения – органического происхождения. наибольшее количество азота находится в тяжелых остатках перегонки нефти; наличие в бензинах – явление нежелательное и вредное; в то же время они могут быть использованы в виде добавок к смазочным маслам, как ингибиторы коррозии. Минеральные примеси – ванадий, фосфор, калий, никель, йод и др. всего более 60 элементов, из них около 30 относятся к металлам: V до 10 2 %, Ni, Fe, Zn, Na, K, Ca, Mn – до 10 3 %, B – до 0, 3%, Hg 10 5 %. суммарное содержание металлов от 0, 01 до 0, 04 %. (масс); соли металлов, которые образуют металпорфириновые комплексы (особенно велико в высоковязких нефтях до 20 мг/100 г и битумах до 1 мг/100 г).

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Содержание твердых углеводородов и Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Содержание твердых углеводородов и примесей: По количе ству серы Малосерн истые ≤ 0, 5% …смол …парафина Малосмоли стые <18% Малопараф иновые <1, 5% Сернистые Смолистые Парафинов 0, 5 -2% 18 -35% ые 1, 56% Высокосер Высокосмо Высокопара нистые листые финовые >2% >35% >6% Лекция 1 11

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 12 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 12 1. 4. Состав и классификация природных газов Ряд метана Cn. H 2 n+2 + неуглеводородные компоненты: CO 2, N 2, H 2 S, меркаптаны (RSH), аналогичные по строению спиртам + ртуть и инертные газы (гелий, аргон, криптон, ксенон). Классификация углеводородных газов в зависимости от их состава: l Сухой газ – метан, этилен. l Жидкий газ – пропан бутановая фракция. l Газовый бензин – пентан, гексан и т. д. В зависимости от объекта добычи: 1) Газы из чисто газовых месторождений (сухой газ). 2) Газы, добываемые вместе с нефтью – попутные нефтяные газы (смесь сухого газа, жидкого и газового бензина). 3) Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений, – смесь сухого газа и жидкого конденсата (тяжелых фракций бензина и более тяжелых масляных фракций).

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 13 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 13 1. 5. Физические свойства нефтей Плотность нефти 700 1000 кг/м 3 (при нормальных условиях). α коэффициент объемного расширения нефти (0, 0006 < α < 0, 0008). Относительная плотность нефти: плотность нефти при 20 0 С, плотность воды при 4 0 С. Вязкость. 1). Динамическая: F – сила трения между слоями жидкости при ее движении; коэффициент динамической вязкости; dυ/dx – градиент скорости в направлении, перпендикулярном потоку жидкости; S – площадь соприкосновения слоев. 1 Пз = 10 1 Па. с, или 1 с. Пз = м Па. с.

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 14 Текучесть: Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 14 Текучесть: 2). Кинематическая вязкость: 1 Ст = 10 4 м 2/с. 3). Относительная (условная) вязкость – показывает во сколько раз кинематическая вязкость нефти при 200 С больше вязкости воды при 40 С. Единицы измерения условной вязкости – градусы условной вязкости °ВУt, определяющее отношение времени истечения из вискозиметра 200 см 3 нефти ко времени истечения 200 см 3 воды при температуре 20 °С. Связь между коэффициентом кинематической вязкости ν и °ВУt :

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 15 С Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 15 С повышением температуры вязкость нефти уменьшается в соответствии с формулой Френкеля для однородной жидкости: ∆Е энергия активация вязкого течения, необходимая для перехода частиц жидкости из одного состояния равновесия в другое. На практике, как правило, пользуются экспериментально определяемой зависимостью коэффициента динамической вязкости от температуры, например: γ – показатель степени, характерный для данной конкретной нефти в измеренном диапазоне температур; μ 0 вязкость нефти при температуре Т 0. .

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 Рис. 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 Рис. 1. 1. Экспериментальная (кривая 1) и аппроксимационная (кривая 2) зависимости вязкости пластовой нефти Русского месторождения от температуры. 16

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 По значениям плотности и Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 По значениям плотности и вязкости нефти классифицируются как: легкие, тяжелые (высоковязкие) и битумы. Согласно мировой классификации: от 10 до 100 м. Па. с тяжелые нефти; от 100 до 10000 м. Па. с сверхтяжелые нефти; более 10000 м. Па. с битумы. Лекция 1 17

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 18 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 18 1. 6. Свойства природных газов Газ в месторождении это всегда смесь, которая характеризуется массовыми или молярными концентрациями компонентов. Массовая концентрация какого либо компонента: , mi – масса i го компонента в смеси. Молярная концентрация: ni – число молекул i го компонента в смеси. Объемная концентрация: , Vi –объем i го компонента в смеси.

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 19 По Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 19 По закону Авогадро равные объемы любых газов при постоянных давлении и температуре содержат одинаковое число молекул: объем одного кмоля газа при Т=0 °C, P=1 атм равен 22, 4 м 3, т. е. объем i го компонента пропорционален числу его молей. Следовательно, т. е. объемный состав газа можно считать равным молекулярному. Плотность газа - по средней молекулярной массе: где Мi – молекулярная масса компонентов.

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 или по массовому составу: Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 или по массовому составу: Тогда, плотность смеси газов при нормальных условиях равна: Относительная плотность газа по воздуху: Во Г з Аз С Н 2 С С 4 2 3 а д о О S Н Н 1 з у т 2 4 6 8 0 х 0, D с 1 0, 9 1, 0, 5 1 1, 5 1, 0 2, 0 5 0 Лекция 1 20

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 21 Закон Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 21 Закон Дальтона. Общее давление смеси газов, находящихся в определенном объеме, равно сумме парциальных давлений (которыми обладал бы каждый газ, если бы занимал тот же объем один): где p – общее давление смеси газов; pi – парциальное давление i –го газа в смеси. Закон Амага выражает аддитивность парциальных объемов компонентов газовой смеси:

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 22 Вязкость Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 22 Вязкость газов. υ средняя скорость молекул, λ средняя длина пути свободного пробега молекул. при увеличении давления вязкость газа не меняется; при увеличении температуры увеличивается и вязкости газа, (рис. 1. 1); но, если в газе одновременно увеличиваются и давление и температура, то вязкость газа в целом уменьшается, т. к. при больших давлениях газ все же реальный (рис. 1. 2).

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 23 Рис. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 23 Рис. 1. 2. Зависимость отношения вязкости газа к вязкости при нормальных условиях от приведенных давлений и температур 1 гелий; 2 воздух; 3 азот; 4 угле кислый газ; 5 сероводород; 6 метан; 7 этилен; 8 этан; 9 пропан; 10 n бутан; 11 i бутан; 12 пентан; 13 гексан; 14 гептан; 15 октан; 16 нонан; 17 декан Рис. 1. 1. Динамическая вязкость газов при атмосферном давлении в зависимости от температуры

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 24 Дроссельный Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 24 Дроссельный эффект. изменение температуры газа при его адиабатическом расширении или сжатии. эффект понижения температуры ΔT при снижении давления Δp при адиабатическом расширении газа называют также эффектом Джоуля Томсона: α – коэффициент Джоуля – Томсона.

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 1. 7. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 1. 7. Коэффициент сверхсжимаемости природных газов Для идеального газа уравнение Клапейрона Менделеева: Для реальных газов: 1. Первый путь Введение поправочных членов в уравнение Клапейрона Менделеева: l. Уравнение Ван дер Ваальса (две константы, учитывающие взаимодействие молекул газа и их собственный объем): (а = 3 pкр. V 2 кр; b = Vкр /3; pкр, Vкр – критические параметры). • Уравнение состояния Редлиха Квонга: 25

Ф и з и к а нефтегазового пласта • Часть 2 Лекция 1 26 Ф и з и к а нефтегазового пласта • Часть 2 Лекция 1 26 Уравнение Пенга Робинсона (3 константы): Константа s учитывает нецентральность сил взаимодействия между сложными молекулами. l уравнения Битти Бриджмена (с 5 константами) и уравнение Бенедикта Вебба Рубина ( 8 констант) и т. д. l. Усложненные уравнения Ван дер Ваальса: уравнения Диттеричи, Бертло, Клаузиуса, 2. Второй путь – введение в уравнение коэффициента, характеризующего степень отклонения реального газа от закона идеального газа – коэффициента сверхсжимаемости газа Z: где

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 . Рис. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 . Рис. 1. 3. Зависимость коэффициента сверхсжимаемости природного газа от приведенных абсолютных давления Рпр и температуры Тпр. : 27

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 Рис. 1. Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 Рис. 1. 4. Зависимость коэффициента сверхсжимаемости азота от давления и температуры. 28

Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 Литература l Ф и з и к а нефтегазового пласта Часть 2 Лекция 1 Литература l l l l Основная литература Гиматудинов Ш. К. , Ширковский А. И. Физика нефтяного и газового пласта. М. , Недра, 1982. Котяхов Ф. И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. - М. , Недра, 1977 Амикс Дж. И др. Физика нефтяного пласта. -И. Л. , 1962. Пирсон С. Д. Учение о нефтяном пласте. -И. Л. , 1961 Мирзаджанзаде А. Х. и др. Физика нефтяного и газового пласта. - М. , Недра, 1992. Дополнительная литература Оркин К. Г. , Кучинский П. К. Лабораторные работы по курсу Физика нефтяного пласта. - М. , ГТТИ, 1953. Сивухин Д. В. Общий курс физики (в пяти томах). -М. : Наука, 1990. Добычин Д. П. Физическая и коллоидная химия. М. : Просвещение, 1986. 463 с. Сафиева Р. З. Физикохимия нефти. - М. : Химия, 1998. – 448 с. Мархасин И. Л. Физико-химическая механика нефтяного пласта. 11. Курс физической химии. Под редакцией Герасимова Я. И. Т. 1, - М. , Химия, 1969