14-билет
І. Физико-химические свойства природных газов.
ІІ. Способы учета влияния гидродинамического несовершенства скважин на дебит
ІІІ. Геологические предпосылки нефтегазоносности: историко-геологические, стратиграфические, литолого- фациальные, геофизические, гидрогеологические.
Физико-химические свойства природных газов.
Газовые и газоконденсатные месторождения представляют собой сложные природные комплексы, главным признаком которых является наличие УВ в пористом пласте-коллекторе, ограниченном непроницаемыми покрышками и основанием.
УВ - это химические соединения, состоящие из атомов углерода и атомов водорода, с общей формулой СпН2п+2
В зависимости от числа атомов углерода в молекуле, они могут находиться в трех агрегатных состояниях:
1. газообразные УВ- это УВ, содержащие в молекуле до 4 атомов углерода (от СН4 до С4Н10); (метан, этан, пропан, бутан)
2. жидкие УВ - это УВ, Содержащие в молекуле от5 до 17 атомов углерода (С5Н12 до С!7Н36); ( конденсат, нефть)
3. твердыеУВ – это УВ, содержащие 18 и более атомов углерода (отС18Н38 и более); (парафины, асфальтены).
Классификация углеводородов.
Среди природных УВ - ов выделяют три основные группы:
1. Метановые парафиновые УВ, или алканы, с общей формулой Сn Н2n+2.
Природные горючие газы, используемые в промышленности и быту, состоят из метана на 90-98% (СН4). Среди тяжелых газообразных Ув в природном газе преобладают этан пропан, в меньших количествах присутствует бутан, пентан, гептан и более тяжелые УВ. Они образуют с метаном единый гомологический ряд. Гомологи- вещества со сходными химическими свойствами, но отличающиеся количеством групп СН2 (метилен).
Некоторые тяжелые УВ- бутан, пентан имеют изомеры.
Изомерами называют вещества с одинаковым составом, но различающиеся в химическом строении. Например нормальный бутан- СН3-СН2-СН2-СН3, а изобутан- СН3-СН-СН3 -СН3
Метан, этан, этилен (С2Н4) при нормальных условиях (Р=0.1МПаи Т=273оК) являются бесцветными газами. Метан легче воздуха (относительная его плотность по воздуху 0.5545 при 20оС). Поэтому в случае утечки в закрытом помещении он собирается в верхней его части.
Пропан (С3Н8), пропилен (С3Н6), бутан (С4Н10) при атмосферных условиях находятся в парообразном (газообразном) состоянии, при повышенном давлении- в жидком.
2. Нафтеновые УВ- алкены или цикланы, с формулой СnН2n. Среди них часто встречается этилен С2Н4, пропиленС3Н6и бутиленС4Н8.Все они газы, менее стойки, легче окисляются и поэтому в природных условиях не накапливаются в залежах.
3. Ароматические УВ или арены, с формулой СnH2n-6.Они входят в состав конденсата г/к месторождений.
УВ, с формулой С5Н12+-жидкие УВ (нефть, газовый конденсат).
УВ-ый конденсат состоит из большого числа тяжелых УВ, из которых можно выделить бензиновые, керосиновые, легроиновые и даже масляные фракции.
Г/к называют такие месторождения, из газа которых при снижении давления выделяется жидкая фаза- конденсат. Содержание конденсата в газе колеблется от5 до 800г/м3
Для г/к месторождений вводится понятие конденсатный газовый фактор, который обозначает количество жидкого конденсата в 1м3 газа.
Конденсатом называют жидкую УВ-ую фазу, которая выделяется из газа при снижении давления. В пластовых условиях конденсат обычно растворен в газе. Различают сырой и стабильный конденсат.
Сырой конденсат представляет собой жидкость, которая выпадает из газ в промысловых сепараторах при Р и Т сепарации. Он состоит из жидких УВ при стандартных условиях. Т.е. из пентанов и высших (С6+высш), в которых растворено некоторое количество газообразных УВ - бутана, пропана, этана.
Стабильный конденсат состоит только из жидких УВ- петана и высших (С6+высш). Его получают из сырого конденсата путем дегазации. Температура выкипания основных компонентов конденсата равна 40-200оС. Плотность стабильного конденсата в ст. усл. изменяется от0.6 до0.82 г/см3.
Газы, г/к месторождений, делятся на газы с низким содержанием конденсата (до 150см3/м3), средним (150-300см3/м3), высоким (300-600см3/м3) и очень высоким (более600см3/м3).
Большое значение имеет такая характеристика газа конденсатных залежей, как давление начала конденсации, т.е. давление при котором конденсат выделяется в пласте из газа в виде жидкости. Если при разработке г/к залежи в ней не поддерживать давление, то оно с течением времени будет снижаться и может достигнуть величины меньше давления начала конденсации. При этом, в пласте начнет выделяться конденсат, что приведет к потерям ценных УВ в недрах.
Конденсат-это бензиновый концентрат, являющейся альтернативой нефти , направляемый на переработку, но с более высоким выходом светлых жидких УВ. Экономическая эффективность его переработки-1т. конденсата равноценна 3-5т. нефти.
Газы добываемые из залежей, представляют собой многокомпонентные системы , состоящие в основном из метана (85-98%), этана, пропана, бутана колеблется от1 до 20%. Кроме того в них содержится азот N, углекислый газ CO2- от долей % до 10-25%), сероводород H2S от0 до 15-20%, инертные газы- аргон Аг, гелий Не, ртути -сотые и тысячные доли %.
Условия и процессы образования природных газов разнообразны. Это биохимические превращения органического вещества, химические реакции, процессы , протекающие при воздействии на горные породы высоких температур и давлений, радиоактивный распад и т.д.
Число углеродных атомов в молекуле углеводородов п может достигать 17—40. Метан (СН4), этан (С2Н6 и этилен (С2Н4) при нормальных условиях (р= 0,1 МПа и То=273 0К) являются реальными газами. Для идеального газа PV=zRT, где z — коэффициент сверхсжимаемости реального газа, характеризующий откло¬нение газа от идеального, т.е. чем больше отклонение от идеального газа, тем больше z от¬лично от 1.
Коэффициент сверхсжимаемости учитывает отклонение свойств реального газа от идеального. В уравнении Клайперона — Менделеева PV=zRT для идеального газа z=l. При определении коэффициента сверхсжимаемости используются понятия «приведенные и критические параметры газа»
Т,ср . критическая температура чистого вещества это максимальная температура, при которой жидкая и паровая фазы могут существовать в равновесии или та температура при которой средняя молекулярная кинетическая энергия становится равной потенциальной энергии притяжения молекул. Выше этой температуры газ ни при каком давлении не может перейти в жидкость. Давление паров вещества при критической температуре называется критическим давлением (Рк)
Пропан (C3H8), пропилен (С3Н6), изобутан (I-C4HIO), нормальный бутан (и-С4Н10) бу-1сны (СЛ) при атмосферных условиях находятся в парообразном (газообразном) состоя-и, при повышенных давлениях—в жидком состоянии. Они входят в состав жидких (сжиженных) углеводородных газов.
Природные газы классифицируют по трем группам:
Газы, добываемые из чисто газовых месторождений.
Газы, добываемые вместе с нефтью (попутные газы).
Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений.
Газовыми и газоконденсатными месторождениями являются месторождения, которые находятся в пластовых условиях в однофазном состоянии. Нефтяными являются залежи, в которых объем нефтяной части залежи больше объема газовой шапки и составляет более ,75. Газонефтяные 0,5-0,75. Нефтегазовые или нефтегазоконденсатные (НГКМ), в которых обьем нефтяной части 0,25-0,5. В газовых и газоконденсатных месторождениях содержание метана обычно превышает 90%, тогда как в газонефтяных находится в пределах 50%.
Сухой газ состоит преимущественно из метана. Жирный газ содержит в своем составе тяжелые компоненты, характерные для попутных нефтяных газов. Искусственными газами называют газы, полученные при сухой перегонке твердых топлив (каменный уголь, горючий сланец).
Основными физическими свойствами газа являются:
1.Пплотность газа. Под плотностью газа понимают отношение массы газа к его объему. Единица измерения плотности в СИ – кг/м3.
Плотность газа (p)в нормальных условиях (при Р=0.1МПА и Т=273оК) можно определить по его молекулярной массе М:
Ро = М / 22.41.
Часто для характеристики газа применяют относительную плотность его по воздуху при нормальных условиях, т.е. при Р=0.1МПа и Т=273оК: ро = Ро / 1.293.
2.Вязкость газов .Вязкостью (μ) называется свойство газов сопротивляться скольжению или сдвигу одной части относительно другой. Вязкость УВ-ых газов зависит от давления и температуры. Количественно вязкость характеризуется коэффициентом динамической вязкости, который необходимо знать для разных расчетов при движении газа в пласте скважине, газопроводах, оборудовании ит.д. При расчетах часто применяют коэффициент кинематической вязкости ν (в м2/с), который равен коэффициенту динамической вязкости, деленному на плотность газа ( ρ): = μ/ ρ.
Теплоемкость –это отношение количества теплоты, поглощенной газом в определенном термодинамическом процессе за определенное время: С=dQ/dt
Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы изменить его температуру на 1оС. Измеряется теплоемкость в ккал/м3 .
Теплопроводность газа определяется количеством теплоты, проходящего через стенку площадью F , толщиной δ, за определенный промежуток времени при разности температурt (t1-t2). Теплоемкость природных газов зависит от давления и температуры.
Температура Наиболее распространенными являются три шкалы измерения температуры:
Абсолютная шкала (0А), в которой используются градусы абсолютной температуры или градусы Кельвина (0К).Абсолютный нуль-это низшая точка шкалы, от которой значения температуры отсчитываются в положительную сторону.
Шкала Цельсия (0С) разделена на 100 единиц, причем в качестве начала отсчета принимается температура плавления чистого льда. Любая температура ниже нуля имеет знак минус, а выше нуля плюс.
Шкала Фаренгейта (0F) также отсчитывается от точки плавления чистого льда до точки кипения чистой воды на уровне моря. Точке плавления льда соответствует 320 F, а точке кипения воды-2120 F.
Перевод температуры из одной шкалы в другую.
0 F=(0С*1.8)+32.
0С=(0 F-32)*5/9
0А=0С+273.15.
Сравнение шкал измерения температуры
Шкала Абсолютный нуль Точка замерзания Точка кипения
0А(0К) 0 273.15 373.15
0С -273.15 0 100
0 F -459.67 32 212
Состояние газа определяется такими показателями, как критическая температура и критическое давление.
Критическая температура- это максимальная температура, при которой жидкая и паровая фазы могут существовать в равновесии или это температура, выше которой газ не может перейти в жидкое состояние.
Критическое давление-это давление паров вещества при критической температуре.
Приведенными параметрами компонентов газа называются безразмерные величины, показывающие. во сколько раз действительные параметры состояния газа больше или меньше критических.
Температура, при которой с повышением давления в газе появляется первая капля жидкости, называется точкой конденсации (точка росы).
Температура, при которой происходит полный переход газа в жидкость, называется точкой насыщения.
Коэффициент Джоуля-Томсона.
Дросселирование - расширение газа при прохождении через дроссель (вентиль, кран, сужение трубопровода), сопровождающееся изменением температуры. В процессе дросселирования реального природного газа при его движении через штуцер, задвижку, регулятор давления, клапан - отсекатель уменьшается температура газа. Изменение температуры газов и жидкостей при его расширении называется эффектом Джоуля-Томсона. Величина изменения температуры при снижении давления на 0.1 МПа, называется коэффициентом Джоуля-Томсона (ε):
ε =Ткрf(PпрTпр)/PкрCр
Если ε>0, то газ в процессе дросселирования охлаждается; при ε<0, то газ в процессе дросселирования нагревается; при ε=0, имеем точку инверсии. В большинстве случаев газ в процессе дросселирования охлаждается, а жидкость нагревается.
Упругость насыщенных паров. Если над паром, находящимся в емкости, повышать давление, то он сначала сжимается и через некоторое время становится насыщенным. При дальнейшем повышении давления будет происходить конденсация пара и вследствие этого уменьшение его объема. Когда весь пар перейдет в жидкость, то при дальнейшем повышении давления эта жидкость будет сжиматься на незначительную величину, которой можно будет пренебречь. Следовательно, повышение давления способствует конденсации, а снижение давления - испарению. Это прямые процессы.
При очень высоких давлениях упругость паров увеличивается интенсивнее. Это значит, что в области высоких давлений жидкость становится более летучей. Но в зоне высоких давлений могут происходить обратные процессы, т.е. при повышении давления происходит испарение, а при понижении давления – конденсация. Такие процессы называют обратными. Месторождения, образовавшиеся в результате таких процессов, называют газоконденсатными. Существование г/к месторождений объясняется тем, что УВ-е смеси при давлении, начиная с 3-4 МПа , перестают подчиняться законам упругости паров. В результате г/к смесь может оказаться в газообразном состоянии. Все это происходит при температуре выше критической. На практике явления обратной конденсации и испарения происходят при давлении более 15 МПа.
Влагосодержание природных газов- важнейший параметр, определяющий технологический процесс добычи, сбора и подготовки газа к дальнейшему его транспорту. Газ в условиях пластовых давлений и температур насыщен парами воды, т.к. газоносные породы содержат в огромных количествах подошвенную или краевую воду. По мере движения газа по скважине давление и температура уменьшаются. При понижении температуры происходит уменьшение водяных паров в газовой фазе, а со снижением давления- увеличения влаги в газе. Влагосодержание природного газа в продуктивном пласте увеличивается и при падении пластового давления по мере разработки месторождения.
Влагосодержание газа определяется отношением массы паров воды, содержащейся в единице массы газа, к единице сухого газа.
В практике чаще пользуются абсолютной влажностью, т.е. выражают массу паров воды в единице объема газа, приведенной к нормальным условиям. Абсолютную влажность (W) измеряют в г/м3.
Относительная влажность- это отношение количества водяных паров, содержащихся в единице объема газовой смеси, к количеству водяных паров том же объеме и при тех же температурах и давлении (выраженное в %)
Гидраты природных газов. Природный газ, насыщенный парами воды, при высоком давлении и при определенной положительной температуре способен образовывать твердые соединения с водой – гидраты. ( СН4*6Н2О; С2Н6*8Н2О). По внешнему виду - это белая кристаллическая масса, похожая на лед или снег. На практике условия образования гидратов определяют расчетным путем. Чем выше плотность газа, тем больше температура гидратообразования. Гидраты СН4 при 00С устойчивы, еслиР=2,8 МПа и более. Для других УВ-ов парафинового ряда (С2Н6;С3Н8;С4Н10) давление составляет 0.1- 0.5 МПа. Критическая температура образования гидратов: для этилена (С2Н4)-17оС; для этана (С2Н6)-14.5оС; для пропана (С3Н8) -5.5оС. В присутствии Н2S температура гидратообразования УВ-ых газов значительно повышается. Например при давлении 5МПа для чистого метана температура гидратообразования составляет6оС, а при 2%-ном содержании Н2S она достигает 10оС. При разработке газовых и г/к месторождений возникает проблема борьбы с образованием гидратов.
Опасным свойством УВ-х газов является токсичность. С увеличением молекулярной массы предельных УВ, токсические свойства их возрастают.
Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий предусмотрена предельно допустимая концентрация УВ равная 0.3 мг/дм3. Из газовых компонентов наиболее токсичны сероводород и углекислый газ.
2. Способы учета влияния гидродинамического несовершенства скважин на дебит
(по степени и характеру вскрытия пласта в скважинах).
.
Геологические предпосылки нефтегазоносности: историко – геологические, стратиграфические, литолого – фициальные, геофизические, гидрогеологические.
К числу важнейших поисковых предпосылок нефтегазоносности относятся историко – геологические, стратиграфические, литолого – фациальные, геофизические, гидрогеологические показатели. Историко – геологические предпосылки базируются на анализе геологической истории развития осадочного бассейна. В различных регионах скопления нефти и газа обычно характеризуются региональной приуроченностью к определенным стратиграфическим интервалам. Стратиграфические предпосылки позволяют выделять эпохи нефтегазонакопления, наиболее существенные для различных регионов. К литолого – фациадьным предпосылкам нефтегазоносности относится наличие в разрезе осадочного чехла отложений с различными коллекторскими свойствами, в частности хорошо проницаемых пород, перекрытых толщами плохо проницаемых пород. Геофизические предпосылки базируются на предположении, что резкие отклонения геофизических показателей от их нормальных (фоновых) значений иногда могут вызываться наличием в недрах возможных ловушек УВ. К гидрогеологическим предпосылкам нефтегазоносности относится образование скоплений УВ предшествует их миграции из зон наибольшего прогибания земной коры к их краевым частям и к внутренним сводовым поднятиям и выступам.