1202
.pdfАМ. ЮРЧУК,
А.3 . ИСТОМИН
РАСЧЕТЫ В ДОБЫЧЕ НЕФТИ
Допущено Управлением кадров и учебных заведений
Министерства нефтяной промышленности в качестве учебника для нефтяных техникумов
МОСКВА «НЕДРА * 1979
Юрчук А. М., Истомин А. 3. Расчеты в добыче нефти. Учебник для техникумов, 3-е изд., перераб. и доп., М. «Недра», 1979, 271 с.
Книга является учебником по расчетной части курса «Эксплуа тация нефтяных и газовых скважин» для учащихся нефтяных тех никумов. В ней двенадцать разделов, которые охватывают все основ ные вопросы этого курса, а именно: физические свойства нефти, газа и нефтесодержащих пород в пластовых условиях, некоторые сведения о разработке нефтяных пластов, применение искусствен ных методов воздействия на пласт (механические, химические, теп ловые) с целью увеличения проницаемости призабойной зоны и улучшения условий притока нефти к забою скважины, исследова ние скважин на приток, оборудование и эксплуатация фонтанно компрессорных и глубиннонасосных скважин, подземный ремонт скважин, применение поршневых насосов и компрессоров, фунда менты под нефтепромысловое оборудование и некоторые экономи ческие расчеты.
Книга может быть полезной также инженерно-техническим работникам нефтедобывающих предприятий, проектных и иссле довательских организаций и студентам нефтяных вузов и факуль тетов особенно при выполнении ими курсовых и дипломных проектов. Табл. 48, ил. 72, список лит. — 19 назв.
Р е ц е н з е н т В . М. МУРАВЬЕВ
ю 30802—509 |
192—79 2504030300 |
© |
Издательство «Недра», 1979 г. |
IU043(01)—79 |
|
|
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Советское государство непрерывно развивает свою топлив ную базу, в которой видное место занимает нефтегазодобываю щая промышленность.
В 1901 г. Россия добывала 11,6 млн. т нефти, затем добыча уменьшилась и к моменту национализации нефтяных промыслов составляла всего 3,8 млн. т. После национализации нефтяных промыслов началось быстрое увеличение добычи нефти. В кратчай шие сроки были завершены работы по восстановлению и рекон струкции нефтяных предприятий и создана собственная база нефтяного машиностроения, что позволило непрерывно совершен ствовать технику и технологию бурения и эксплуатации нефтя ных скважин. При этом были ликвидированы открытые фонтаны, широко внедрены глубиннонасосный и компрессорный способы добычи нефти. Одновременно с этим началась подготовка специа- листов-нефтяников во вновь создаваемых высших и средних специальных учебных заведениях страны. В дальнейшем это сыграло большую роль в успешном решении поставленных задач перед нефтяной наукой и практикой. Уже за годы предвоенных пятилеток нефтяники страны ввели в разработку месторождения нефти в районе Урало—Поволжья, а в последний период освоили новые нефтяные месторождения в Западной Сибири, на полуострове Мангышлак, в Коми АССР, в Белоруссии.
В настоящее время большинство нефтяных месторождений разрабатывается с поддержанием пластового давления путем закачки в пласты воды и газа. Наряду с этим, с целью повышения производительности скважин внедрены методы активного воздей ствия на призабойную зону скважин (механические, химические и тепловые).
Все эти мероприятия привели к неуклонному росту добычи нефти и газа. Так, к 1965 г. годовая добыча нефти вместе с газовым
конденсатом поднялась |
до 242,8 млн. т, |
в |
1976 |
г. |
составила |
520 млн. т, а в конце |
десятой пятилетки |
(в |
1980 |
г.) |
достигнет |
620—640 млн. т. К этому времени добыча газа будет равна 400— 435 млрд. м3. Имеется разветвленная сеть магистральных нефте газопроводов, по которым топливо доставляется не только в про мышленные центры нашей страны, но и в братские социалистиче ские страны.
Для дальнейшего увеличения добычи нефти и газа все шире разворачиваются поисковые работы в Восточной Сибири, на севере европейской части СССР, в Прикаспийской впадине и в других перспективных районах. Одновременно уделяется большое вни
1* |
3 |
мание вопросам улучшения использования природных ресурсов нефти и газа, повышения нефтеотдачи пластов, дальнейшего тех нического перевооружения всех нефтегазодобывающих предприя тий, внедрения комплексной автоматизации и телемеханизации работы скважин и управления нефтяными и газовыми промыслами.
При решении этих серьезных задач повышенные требования предъявляются к подготовке инженерно-технических кадров, которые должны владеть глубокими теоретическими и практиче скими знаниями, для чего и предназначена данная книга. Материал изложен в простой, доступной для учащихся форме. В книге нашли отражение последние достижения науки и техники в об ласти развития и совершенствования техники и технологии добычи нефти. В ней дано решение 106 задач, охватывающих все основные разделы курса. При составлении и подборе задач, наряду с обшир ным новым материалом, в качестве основы использованы некоторые задачи из второго издания книги А. М. Юрчука г.
Подробное ознакомление учащихся техникумов с методикой решения разобранных в книге задач и решение ими задач анало гичного характера с другими исходными данными будут способ ствовать более глубокому освоению курса по эксплуатации нефтя ных и газовых скважин.
1 Юрчук А. М. Расчеты в добыче нефти. 2-е изд. М., «Недра», 1974.
I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТИ И ГАЗА В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕГАЗОСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ |
ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕНИЯ НЕФТИ |
ГАЗОМ, |
||
ОБЪЕМНОГО КОЭФФИЦИЕНТА, ПЛОТНОСТИ И УСАДКИ НЕФТИ |
||||
Задача 1. По результатам пробной эксплуатации скважины |
||||
были получены следующие данные: пластовое давление |
рпл = |
|||
— 20,4 МПа (см. прил. 1 ,2), пластовая температура Тпл = |
338 К; |
|||
плотность нефти |
в нормальных условиях рн = 852 кг/м3; |
плот |
||
ность газа рг = |
0,8 кг/м3; газовый фактор G0 = 149 м3/т (127 м3/м3). |
|||
Весь газ растворен в нефти. |
|
|
||
Требуется |
определить давление насыщения |
нефти |
газом, |
объемный коэффициент, плотность и усадку нефти в пластовых условиях.
Давление насыщения можно найти приближенно по номограмме М. Стендинга (рис. 1.1). Для этого из точки, соответствующей газовому фактору G0 = 127 м3/м3, что в левой части номограммы, проводим горизонталь вправо до пересечения с наклонной прямой, выражающей плотность газа рг = 0,8 кг/м3. Полученную точку проецируем вниз до пересечения с прямой, соответствующей плотности нефти рн = 852 кг/м3. Далее проводим горизонталь
вправо |
до пересечения с линией пластовой температуры |
ТиЛ = |
|
= |
338 К и, опускаясь по вертикали вниз, находим в пересечении |
||
с |
осью |
давлений давление насыщения нефти газом |
рнас = |
-18,5 МПа.
Для приближенного определения объемного коэффициента
нефти в пластовых условиях воспользуемся другой номограммой Стендинга (рис. 1.2). В левой части номограммы находим значение газового фактора <30 = 127 м3/м3. Из этой точки проводим гори зонталь вправо до пересечения с линией, соответствующей плот ности газа рг = 0,8 кг/м3. Затем проецируем эту точку вниз до линии плотности нефти рн = 852 кг/м3. Далее проводим горизон таль вправо до линии пластовой температуры ТпЛ = 338 К, после чего проводим вертикаль до пересечения с линией пластового давления раП = 24,5 МПа, а по горизонтали вправо находим зна чение объемного коэффициента нефти Ьп = 1,27. Таким образом, 1 м3 нефти при нормальных условиях занимает в пластовых усло виях вместе с растворенным в ней газом объем 1,27 м3.
5
Рис. 1.1. Номограмма для определения давления насыщения
Для нахождения плотности нефти в пластовых условиях (с учетом растворенного газа) предварительно определим плот ность растворенного в нефти газа: Gy = 127-0,8 = 103 кг/м3.
Таким образом, плотность насыщенной газом нефти при атмо сферных условиях равна 852 + 103 = 955 кг/м3, а плотность
насыщенной газом нефти в пластовых условиях будет р„ = = 955/1,27 = 750 кг/м3.
Усадка нефти на поверхности происходит вследствие выделения из нее растворенного газа (дегазации) и снижения температуры. Усадка нефти определяется из соотношения
Рус = (1,27 — 1 )/1,27 = 0,213, или 21,3% .
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СЖИМАЕМОСТИ ГАЗА
Нефтяные газы подчиняются основным физическим законам состояния идеальных газов, но с некоторыми отклонениями от них. Для оценки степени этих отклонений используется коэффициент
7
Рис. |
1.3. Кривые Брауна для определения коэффициента сжимаемо |
сти |
газа |
сжимаемости газа z, который показывает отношение объемов реального и идеального газов при одних и тех же давлениях и температурах. Численное значение этого коэффициента для разных условий определяется экспериментальным путем.
Для смеси углеводородных газов величина z зависит от при
веденных среднекритических давлений |
и температуры: |
|
Рпр~ Рраб/Рср. кр» |
|
(1-1) |
тпр= тряа/тср.кр, |
|
(1.2) |
где |
|
|
Рср. кр 2 {уРкр) и Т ср. Кр |
2 {уТкр)* |
|
Здесь у — объемное содержание в газе данного углеводорода в долях единицы; ркр и Ткр — соответственно критические давле ние и температура в Па и К-
При отсутствии данных о составе газа можно для приближенных расчетов рср>кр и Т ср. кр пользоваться известными графиками или следующими формулами А. 3. Истомина, выражающими зависи мость среднекритических давлений и температур от средней отно-
сите"1-*1™ ТТТТЛ^ТТЛ/^-ГТТ г* о о о •
(1.3)
(1.4)
Найдя рпр и Тпр по (1.1) и (1.2), можно определить z по кривым Брауна (рис. 1.3) или по формуле А. 3. Истомина 1 (при изменении рпр от 0 до 3 и Г пр от 1,3 до 1,9):
г = 1 - 10—2 (0,7671р - Э.ЗбГпр + 13) (8 - рпр) р„р. |
(1.5) |
Приведенными формулами особенно удобно пользоваться при использовании в расчетах электронно-вычислительных машин.
Задача 2. Определить коэффициент сжимаемости газа в пласто вых условиях, если известно, что абсолютное пластовое давление
рпЛ = |
12 МПа, |
пластовая температура Г пл = |
328 К, относитель |
||
ная плотность |
газа (по воздуху) рг. от = 0,841. |
Состав газа |
при |
||
веден |
в табл. |
1.1. |
|
|
|
Приведенные давление и температура |
по |
формулам |
(1.1) |
||
и (1.2) |
будут |
|
|
|
|
Для этих значений рпр и Тпр по кривым Брауна (см. рис. 1.3) найдем z = 0,70.
Одновременно для сравнения определим коэффициент сжимае мости газа по формулам А. 3. Истомина.
1 И с |
т о м и н |
А. 3. |
Днсв. на соиея. уч. степ. канд. техн. наук, М., |
МИНХ я |
ГП, 197С. |
197 |
с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а I.I |
||
Состав |
газа и средневзвешенные критические давления и температуры |
|||||||||||
|
|
|
Объемное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Компоненты |
содержание, |
|
УркрМПа |
V |
К |
уткр. к |
||||||
доли |
Ркр, МПа |
|||||||||||
|
|
|
единицы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сн 4 |
|
|
0,75 |
4,73 |
3,55 |
|
190 |
|
143,0 |
|||
с ан в |
|
|
0,08 |
4,98 |
0,40 |
|
305 |
|
24,4 |
|||
С3н8 |
|
|
0,09 |
4,34 |
0,30 |
|
370 |
|
33,4 |
|||
С4 Н10 |
|
|
0,04 |
3,87 |
0,15 |
425 |
|
|
17,0 |
|||
С5 Н12 "Г В |
|
0,04 |
3,40 |
0,14 |
|
470 |
|
18,8 |
||||
2 |
|
|
1 . 0 |
— |
4,54 |
|
— |
|
236,6 |
|||
Среднекритические давление и температура по |
формулам |
|||||||||||
(1.3) и (1.4) имеют величины |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
РсР. кр = |
(4,937 — 0,464рг. от) 10е = |
|
|
|
|
|
|
|||||
= (4,937 -0 ,4 6 4 -0 ,8 4 1 ) 10е = 4,55 |
МПа; |
|
|
|
|
|
||||||
71Ср.кр= 171,5рг. от + 9 7 = 171,5-0,841 + 9 7 |
= |
241 К. |
|
|
||||||||
Приведенные |
давление |
и |
температура |
по |
формулам |
(1.1) |
||||||
и (1.2) |
равны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
рпр = |
12 -106/4,55-10° = |
2,64; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тпр = |
328/241 = 1,36. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Коэффициент |
сжимаемости |
газа |
по формуле |
(1.5) |
составит |
|||||||
г = |
1 - |
1СГ2 (0,76Г3пр - |
9,367-пр + |
13) (8 - |
р„р)р„р = |
|
|
|||||
= |
1 — 10-а (0,76• 1,363 - |
9,36• 1,36 + 13) (8 - |
2,64) 2,64 = |
0,69. |
Результаты, полученные по обоим методам, практически совпали.
3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСТВОРИМОСТИ ГАЗА
3adan a(T j Определить |
коэффициент растворимости |
газа а, |
|||
если |
в объеме нефти VH= 1000 |
м3 при |
абсолютном |
давлении |
|
р = |
20 МПа растворенный газ имеет объем |
Vr = 18*104 м3, при |
|||
веденный к нормальным условиям. |
|
|
|||
Приближенно приняв растворимость газа изменяющейся по |
|||||
линейному закону Генри, |
получим |
|
|
||
а = Vr/pVu= 18-104/20 •103 = 9 |
м3/м3 •МПа. |
|
|||
Ю |
|
|
|
|
|
*