книги / Сбор и промысловая подготовка скважинной продукции
..pdfСледует обратить внимание на то, что присутствие ионов натрия не придает воде жесткости.
Процент-эквивалентную форму представления солевого состава воды следует рассчитывать по формулам:
|
Аi |
|
r ·100 |
; Ki |
|
rKj ·100 |
|
|
|
|
Ai |
|
|
, |
(1.24) |
||
|
Σij |
rAi rKj |
Σ |
rAi rKj |
||||
|
|
|
|
|
||||
где А |
процент-эквивалентная доля i-го аниона и j-го ка- |
|||||||
тиона соответственно, |
%; |
число миллиграмм-эквивален- |
||||||
тов i-го аниона в литре раствора, мг-экв/л; |
|
число милли- |
||||||
грамм-эквивалентов i-го катиона в литре раствора, мг-экв/л; сумма миллиграмм-эквивалентов всех анионов
и катионов в литре раствора, мг-экв/л.
Показатель содержания водородных ионов pH. Важной характеристикой химического состава пластовой и сточной вод является содержание в ней водородных ионов. Часть молекул воды диссоциирует на ионы:
H2O = H+ + OH–.
Состояние равновесия при данной температуре характеризуется константой:
|
K |
C |
C |
|
||
|
H |
|
OH |
, |
(1.25) |
|
|
CH |
|
||||
|
|
О |
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
где , |
концентрация ионов H+, OH– в воде соответственно, |
|||||
моль/л; |
О концентрация H2O, моль/л. |
|
||||
Концентрация воды постоянна и равна 55,56 моль/л. Поэтому |
||||||
из (1.25) следует: |
|
|
|
|
|
|
К |
в |
55,56K C C , |
(1.26) |
|
|
|
H OH |
|
|
где Кв ионное произведение воды, |
значения которого при раз- |
|||
личных температурах представлены в табл. 1.2. |
|
|||
11
Таблица 1.2
t, |
Кв· |
t, |
Кв· |
t, |
Кв· |
t, |
Кв· |
0 |
0,112 |
25 |
1,01 |
60 |
9,61 |
150 |
234 |
5 |
0,186 |
30 |
1,47 |
70 |
21,0 |
165 |
315 |
10 |
0,293 |
35 |
2,09 |
80 |
35,0 |
200 |
485 |
15 |
0,452 |
40 |
2,92 |
90 |
53,0 |
250 |
550 |
18 |
0,570 |
45 |
4,02 |
100 |
59,0 |
306 |
304 |
20 |
0,680 |
50 |
5,47 |
122 |
120 |
|
|
При нейтральной реакции концентрации ионов водорода H+ и гидроксильной группы OH– равны, следовательно,
|
C C |
(C ). |
(1.27) |
||
|
|
H OH |
|
H |
|
Так как при температуре 22 |
ионное произведение воды |
||||
равно |
, то |
|
|
|
|
|
C |
10 7 моль/л. |
(1.28) |
||
|
H |
|
|
|
|
Отрицательное значение логарифма концентрации водородных ионов обозначается pH, т.е.
|
|
lgC pH. |
(1.29) |
|
|
H |
|
или |
= |
. |
|
|
Следовательно, реакции водных растворов при 22 С с по- |
||
мо |
ью этого показателя будут характеризоваться следую |
им об- |
|
разом: pH = 7 – нейтральная; pH > 7 – елочная; pH < 7 |
кислая. |
||
12
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
Фазовые состояния углеводородных систем. Компонентный состав нефти и газа
Цель работы: определить компонентный состав нефти и газа.
Задание № 1. По заданному составу нефти выполнить перерасчет из объемных долей в доли (%) массовые, мольные.
Задание № 2. Для заданного состава попутного нефтяного газа выполнить пересчет из мольных долей в массовые, объемные доли (%).
Краткие теоретические сведения
Краткие теоретический материал по практической работе № 2
приведен в предыду |
ем разделе. |
|
|
|
|
||
При решении задания следует использовать физико-химические |
|||||||
данные некоторых газов из табл. 2.1. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
|
Критические параметры |
|||
|
Молеку- |
и 0,1013 МПа |
|||||
|
|
|
|
|
|||
Газы |
лярная |
Молярный |
Плот- |
Темпера- |
Давление, |
Молярный |
|
|
масса |
объем, |
ность, |
объем, |
|||
|
тура, |
МПа |
|
||||
|
|
м3/кмоль |
кг/м3 |
|
см3/моль |
||
Сероводород |
34,080 |
22,19 |
1,536 |
100,4 |
9,004 |
|
98 |
Двуокись |
44,010 |
22,26 |
1,977 |
31,1 |
7,398 |
|
96 |
углерода |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Азот |
28,016 |
22,40 |
1,250 |
–147,1 |
3,39 |
|
90 |
Метан |
16,043 |
22,38 |
0,7168 |
–82,1 |
4,640 |
|
99 |
Этан |
30,070 |
22,18 |
1,356 |
32,4 |
4,894 |
|
148 |
Пропан |
44,097 |
21,99 |
2,005 |
96,8 |
4,257 |
|
200 |
Изобутан |
58,124 |
21,78 |
2,668 |
135,0 |
3,648 |
|
263 |
Бутан |
58,124 |
21,50 |
2,703 |
152,0 |
3,797 |
|
255 |
Изопентан |
72,151 |
22,41 |
3,220 |
187,2 |
3,330 |
|
308 |
Пентан |
72,151 |
20,87 |
3,457 |
196,4 |
3,375 |
|
311 |
Гексан |
86,178 |
22,50 |
3,840 |
234,5 |
3,034 |
|
368 |
Воздух |
28,98 |
22,40 |
1,2928 |
–140,7 |
3,77 |
|
82,8 |
Водяной пар |
18,015 |
23,45 |
0,768 |
374,0 |
22,06 |
|
56,8 |
Идеальный газ |
|
22,4136 |
|
|
|
|
|
Исходные данные для выполнения работы представлены в табл. П2.1, 2.2 (прилож. 2).
13
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
Измерение дебитов нефти
Цель работы: определить дебит скважины по нефти и жидкости, обводненность по данным, полученным с измерительных устройств.
Задание № 1. Определить дебит скважины по нефти и по жидкости в объемных и массовых единицах с помо ью мерника с водомерной трубкой при следую их исходных данных: диаметр мерника dм, высота смеси в мернике hсм, высота столба воды в мерной трубке hтр, плотность нефти ρн, плотность воды ρв, время наполнения мерника t.
Задание № 2. Определить дебит скважины по нефти с помо ью АГЗУ «Спутник-В» если известно: масса воды, заполняю ая емкость сепаратора, Мв, плотность нефти ρн, плотность воды ρв, время наполнения измерительной емкости t, масса смеси в емкости Jсм.
Краткие теоретические сведения
На стадиях разведки и освоения нефтегазовых месторождений дебит жидкости каждой скважины часто определяют с помо ью мерников – открытых емкостей – вертикальных или горизонтальных сосудов (цистерны, прямоугольные сосуды). Продукция скважины направляется в мерник на определенный промежуток времени, который зависит от его вместимости и производительности (дебита) скважины (рис. 3.1). Измеряется время заполнения мерника t от нижнего уровня 1 до верхнего уровня 2. Для определения доли воды в составе продукции скважин в мерники установлена измерительная трубка, заполняемая водной фазой (при наличии).
Объемный дебит по нефти и жидкости, а также обводненность продукции можно определить по формулам, решая систему уравнения:
14
|
|
Vн ρн hн S, |
|
||
|
|
Vв ρв hв S, |
|
||
|
|
(3.1) |
|||
|
|
hcм hв hн , |
|||
|
|
|
|||
ρ |
h |
ρ h |
ρ h , |
|
|
|
н |
н |
в в |
в тр |
|
где Vв – объем воды в мернике; Vн – объем нефти в мернике; hсм – высота смеси в мернике; hтр – высота столба воды в мерной трубке; ρн – плотность нефти; ρв – плотность воды; S – пло адь сечения мерника; hн – высота нефти в мернике; hв – высота воды в мернике.
Рис. 3.1. Мерник открытого типа
Дебит жидкости (нефть + вода) определяется путем измерения массы жидкости, накапливаемой в объеме между гамма-дат- чиками верхнего и нижнего уровней АГЗУ «Спутник-В», и регистрации времени накопления этого объема. Дебит чистой нефти определяется путем сравнения массы жидкости в заданном объеме с массовой чистой воды, которая занимала бы этот объем.
Выразим вес смеси – Gсм, вес нефти – Gн, вес воды – Gв (в Н, 1 Н = 1 кг·м/с2). Тогда:
Gc Gн Gв , |
(3.2) |
15
откуда |
|
Gв Gc Gн . |
(3.3) |
Если формулы (3.2) и (3.3) выразить через известный объем тарированной емкости, тогда:
V |
V |
V |
Gн |
|
Gв |
|
Gн |
|
Gcм Gн |
, |
(3.4) |
|
|
|
|
||||||||
cм |
н |
в |
ρн g ρв g ρн g |
|
ρн g |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
где Vн и Vв – объемы, занимаемые соответственно нефтью и водой в известной емкости V, м3; ρн и ρв – плотность нефти и воды, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Подставляя вместо Gв его значение из выражения (3.3) и умножая левую и правую части уравнения на ρнρв g, получаем:
ρнρв gVcм ρв gGн ρн g Gcм Gн |
(3.5) |
|||
ρв gGн ρн gGcм ρн gGн . |
||||
|
||||
Если обозначить ρв gVcм через Gв , то выражение (3.5) можно |
||||
записать так: |
|
|
|
|
G |
ρнGв ρнGcм |
. |
(3.6) |
|
|
||||
н |
ρв ρн |
|
||
|
|
|||
При измерениях дебита жидкости при помо |
и установки |
|||
«Спутник-В» считается, что плотности нефти и воды остаются постоянными. Результаты измерения пересчитываются в конкретные единицы (т/сут).
Исходные данные для выполнения работы представлены в табл. П3.1, 3.2 (прилож. 3).
16
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4
Сепарация нефти
Цель работы: выполнить расчет распределения фаз после первой ступени сепарации для системы с применением уравнений мольной концентрации компонентов.
Определить молярные доли компонентов в жидкости (L) и в газе (V) после первой ступени сепарации для системы с применением уравнений мольной концентрации компонентов при следую их данных: мольное содержание компонентов в смеси zi, константы фазового равновесия компонентов Ki при давлениях 0,3 и 0,5 МПа, давление сепарации Р, температура сепарации Т, начальная молярная доля компонентов в жидкости L. Построить
график зависимости xi , yi f (L).
Краткие теоретические сведения
Константа равновесия характеризуется отношением мольной доли i-го компонента в газовой фазе к мольной доле того же компонента в жидкой фазе при данной температуре и давлении, т. е.
Ki |
yi |
ƒ P, t . |
(4.1) |
|
|||
|
xi |
|
|
Уравнения равновесия для двухфазной многокомпонентной углеводородной системы можно записать в следую ем виде:
|
K |
|
|
pi |
|
|
yi |
, |
(4.2) |
||
|
i |
|
|
||||||||
|
|
|
|
P |
|
xi |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
i=n |
|
yi |
|
i=n |
|
|
|
|
|||
|
xi Ki 1. |
(4.3) |
|||||||||
Ki |
|||||||||||
i=1 |
|
|
i=1 |
|
|
|
|
||||
Из выражения (4.2) следует, что если |
, то данный ком- |
||||||||||
понент будет иметь более высокую концентрацию в паровой фазе, чем в жидкой, а при – наоборот, концентрация этого же компонента в жидкой фазе будет больше, чем в газовой.
17
Для количественной оценки распределения углеводородов между жидкой и паровой фазами при данной температуре и давлении обычно принимается 100 молей углеводородной смеси.
Обозначив через |
процентное содержание каждого углеводорода |
||||||||||||||||
в смеси и через |
и число молей соответственно жидкой и паро- |
||||||||||||||||
вой фаз, можем записать: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
L V 100, |
|
|
|
|
(4.4) |
|||||||
|
|
|
|
|
i = n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zi |
100. |
|
|
|
|
(4.5) |
||||||
|
|
|
|
|
i =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уравнение материального баланса для каждого компонента |
|||||||||||||||||
смеси будет иметь вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zi Lxi Vyi . |
|
|
|
|
(4.6) |
|||||||||
Подставляя в данное уравнение значения величин из форму- |
|||||||||||||||||
лы (4.2) |
или |
|
|
|
, |
|
а также учитывая, что |
||||||||||
или |
|
|
|
|
, и исключая из (4.6) сначала члены, |
||||||||||||
относя иеся к паровой фазе, а затем члены, |
относя иеся к жид- |
||||||||||||||||
кой фазе, получим следую ие два уравнения: |
|
||||||||||||||||
|
z 100 V |
yi |
|
Vy , |
(4.7) |
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
i |
|
|
|
|
|
|
Ki |
|
|
|
|
|
i |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
zi |
Lxi 100 l xi Ki . |
(4.8) |
||||||||||||||
Решая эти уравнения относительно |
|
|
и |
, получим уравне- |
|||||||||||||
ния концентраций в жидкой и паровой фазах: |
|
||||||||||||||||
|
xi |
|
|
|
|
|
zi |
|
|
|
|
|
|
, |
(4.9) |
||
|
|
|
|
|
1 Ki |
|
|
||||||||||
|
|
100Ki |
L |
|
|||||||||||||
|
yi |
|
|
|
|
zi |
|
|
|
|
|
. |
(4.10) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
100 |
|
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
V |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Ki |
|
Ki |
|
|
|
|
||||||
18
Учитывая, что и обозначают мольные концентрации углеводородов в жидкой и паровой фазах в долях единицы, можем записать:
i=n |
i=n |
i=n |
|
|
xi |
yi |
zi |
1. |
(4.11) |
i=1 |
i=1 |
i=1 |
|
|
Иногда для облегчения решения задачи распределения i-х компонентов в газовой и жидкой фазах при изменении температуры и давления в сепараторе уравнения (4.9) и (4.10) для одного моля представляют в следую ем виде:
i=n |
i=n |
|
|
|
zi |
|
|
|
||
xi |
|
|
|
|
|
|
1, |
(4.12) |
||
|
Ki |
L Ki 1 |
||||||||
i=1 |
i=1 |
|
|
|||||||
n |
i=n |
|
|
|
zi Ki |
|
|
|
||
yi |
|
|
|
1. |
(4.13) |
|||||
1 |
V Ki 1 |
|||||||||
i=1 |
i=1 |
|
|
|
|
|||||
Используя уравнения (4.12) или (4.13), количество жидкой |
||||||||||
фазы или паровой фазы |
|
|
|
может быть определено ме- |
||||||
тодом итерации (постепенных приближений), при этом одновременно получают также и значения концентрации компонентов в жидкой и паровой фазах.
Последовательность в расчетах по уравнениям (4.12) или (4.13) такова:
1)задаются мольным или массовым составом смеси углеводородов;
2)затем выбирают графики или таблицы по определению констант равновесия. Например, берут «Атлас констант равновесия углеводородов» Американской ассоциации природного газо-
лина NGAA;
3)после чего по данным графикам, а также по известным
температуре и давлении смеси определяют величины для каждого компонента в отдельности;
19
4) затем задаются произвольной величиной газовой фазы или
жидкой |
в пределах 0,45–0,55 и, решая одну из сис- |
||
тем уравнений (4.12) или (4.13), находят или |
, |
; |
|
5) |
если в результате расчета |
или |
, то |
задача решена правильно и принятые произвольные величины
или верны; если же |
или |
, то принятые |
произвольные значения |
или неверны, |
тогда принимают дру- |
гие произвольные значения этих величин и расчет повторяют. |
||
Исходные данные |
для выполнения |
работы представлены |
в табл. П4.1 (прилож. 4). |
|
|
20