Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 272
Скачиваний: 1
Предложенный Сейджем и Лейси метод расчета плотности жидких смесей, Основанный на принципе аддитивности парциальных объемов компонентов смеси, прост и дает погрешность ~1 % при массовой концентрации метана в смеси менее 10 %. С увеличением содержания метана погрешность резко возрастает. Поэтому, несмотря на широкую известность, метод парциальных объемов не нашел практи ческого применения.
Йеном и Вудсом, Сейремом и Кемпбеллом предложены методы расчета плот ности жидких смесей, основанные на использовании трехпараметрической формы принципа соответственных состояний. В качестве третьего параметра авторы рекомендуют использовать коэффициент сжимаемости в критической точке или молекулярную рефракцию чистых компонентов и их смесей. Расчеты по этим мето дам весьма громоздки, что обусловливает трудности их практического при менения.
Из аналитических методов определения плотности жидкой фазы наиболее распространен метод Алани и Кеннеди. Плотность жидкой фазы по этому методу определяется при расчете ее молярного объема по уравнению, формально совпа дающему с уравнением Ван-дер-Ваальса:
+ ‘ К + f 1' ж - = 0 ' где Vn< — объем одного моля смеси, см3/моль:
k |
atXi, |
а = 26,0032 ^ |
|
i=i |
|
k |
|
b = 62,422 2 |
btxu |
i=l |
|
at = KteNi/T |
bt = miT + Сг. |
(III.15)
(III.16)
(III.17)
(III.18)
Экспериментально установленные значения коэффициентов /О, Си А/*, тг для индивидуальных компонентов приведены в табл. III. 1. Значения Як и Ьк для остатка определяют по соотношениям:
ак = ехр ( 3,8405985 - 10-3МОСТ - 9,5638281 • 10"4 -/И°СТ + |
1,45449102/Г + |
|
\ |
Рост |
|
+ 7,310446- 10-«Мост 4- 10,753517) , |
(II 1.19) |
|
Ьк = 3,4992740• 10-ШОСТ - |
7,2725403 роСТ + 4,018311 Ю~*Т - |
|
— 1,6322572 - 10-2Мост/Рост + 6,2256545, |
|
|
где Мост — молекулярная масса остатка; рост — плотность остатка при нормаль ных условиях, г/см3.
Плотность и молекулярная масса остатка считаются экспериментально установленными величинами. Если молекулярная масса остатка неизвестна и если остаток рассматривается как целое, Мост рассчитывают по формуле (11.11). В случае же, когда остаток расчленяют на условные компоненты, его молекуляр ную массу определяют как среднее массовое значение молекулярных масс по следних.
Из трех возможных значений корней уравнения (III. 15) в качестве молярного объема жидкой фазы углеводородной смеси выбирают объем с минимальным значением.
Найдя из уравнений (III.2) или (III.3) молекулярные массы и из уравнений (III.4) или (III.15) молярные объемы фаз, по соотношениям (ИМ) рассчитывают их плотности.
Проведенные расчеты молярных объемов 346 образцов пластовых нефтей показали, что средние отклонения от экспериментальных данных составили 1,45%.
66
ТАБЛИЦА III. 1 ЭМПИРИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ
Компоненты |
Ki |
|
л'« |
mr 10* |
|
Сероводород |
13 200 |
0 |
32,220 |
0,3945 |
|
Азот |
4 300 |
1,2738 |
8,082 |
0,3853 |
|
Двуокись углерода |
8 166 |
70 |
3,2724 |
0,3872 |
|
Метан |
9 160,6413 |
34,3851 |
5,9691 |
0,5087 |
|
Этан |
46 709,573 |
—224,7157 |
9,2737 |
0,5224 |
|
Пропан |
20 247,757 |
105,6912 |
3,8854 |
0,9083 |
|
Н-бутан |
33 016,212 |
81,1969 |
5,2236 |
1,1 |
|
Н-пентан |
37 046,234 |
166,4590 |
3,9519 |
1,4364 |
|
Н-гексан |
52 093 |
141,4227 |
6,6538 |
1,5929 |
|
Н-гептан |
82 295,457 |
35,7666 |
9,4640 |
1,73 |
|
Н-октан |
89 185,432 |
82,9944 |
10,7816 |
1,931 |
|
Н-нонан |
124 062,65 |
21,0650 |
12,114 |
2,152 |
|
Н-декан |
146 643,83 |
14,7355 |
14,1408 |
2,333 |
|
§ 3. МЕТОДЫ |
РАСЧЕТА |
ВЯЗКОСТИ |
|
|
|
ГАЗОВОЙ И |
ЖИДКОЙ |
ФАЗ |
|
|
|
Расчет вязкости газовой фазы
Если известны состав, температура и давление газовой смеси, ее вязкость может быть рассчитана по методике Ли-Гонсалеса—Икина, основанной на корре ляционной зависимости между температурой, плотностью, молекулярной массой газа и его вязкостью. Эта зависимость установлена по экспериментальным опре делениям вязкостей и плотностей газовых смесей, причем содержание метана в них менялось от 36 до 92 %, давление и температура соответственно — от 7 по 56 МПа и от 38 до 171 °С. Вязкость газовых смесей по этому методу определяют из урав нения
М'г = М'Г(Рст> |
Т) ехР [*СО Pfr (n ]. |
|
(II 1.20) |
|
где |лг — вязкость газа, мПа-с, |
|
|
||
.. |
_ |
(9.4 -h 0.002Л1Г) (1.8Г)1-5 |
10“4, |
(III.21) |
М'Г(РстI |
п |
209 + 19МГ+ 1,87 |
||
где рг — вязкость газа при атмосферном давлении и данной температуре, мПа-с,
х (Г) = 3,5 +-ЦЦг + 0,0Шг; |
(III.22) |
р — плотность газа в г/см3, рассчитываемая по уравнениям (III. 1) и |
(II 1.4): |
f (Т) = 2,4 - 0,2Х (7). |
(II1.23) |
В соотношениях (III.21)—(III.22) Мг определяют по уравнению (III.2).
По литературным данным средние отклонения при расчете вязкости различ ных газовых смесей, рассчитанной по формуле (И1.20), от их экспериментальных значений 2,7%, а максимальное отклонение составляет 9%.
П р и м е р 4. Рассчитать вязкость газовой фазы, выделившейся при давле нии р = 0,7 МПа и температуре Т = 37,8 °С из нефти, состав которой приведен
в табл. II. 13. Состав газа также приведен в табл. 11.13.
Вязкость газа, определенная по соотношениям (III.20)—(III.23) через плот ность газа р = 0,0064 г/см3 (см. пример 1), (хг = 0,011 мПа-с,
87
Плотность газа по иоздуху (р-)
При отсутствии данных о составе газа его вязкость рассчитывают по методу Карра и других, основанному на использовании принципа соответственных состояний к приведенной вязкости Мг. Пр,
При расчете вязкости газа по этому методу требуется знать р, 7\ рСт г или Мг, а также его вязкость при той же температуре и атмосферном давлении — jutr (рст, Т) и приведенную вязкость.
Расчет производят в следующей последовательности.
n(pj) |
1. По заданным рстг или Мг и |
ТпТ) |
Г с помощью графика на рис. III.7 |
|
определяют Мг (Рст. Л- Эта же ве |
|
личина может быть рассчитана по |
|
формуле, аппроксимирующей ука |
|
занные графические зависимости: |
Рис. III.8. Зависимость отношения вязкостей от псевдопрнведенных температуры Тпп и дав
ления рдц
Мг(Рст> Т) —
(12,61 + 0,767рст.г)Т й>2
116,2 4- 305,7рСт г 4“ Т
(I11.25) |
|
где м — в мПа-с, Т — в К. |
II 1.2 |
2. По графику на рис. |
|
или соотношениям (II 1.8) и |
(II 1.9) |
определяют рпн и Лш и далее для
заданных р и |
Т по (III. 13) — псев- |
доприведенные |
значения давления |
итемпературы рпп и Тии.
3.По графику на рис. III.8
находят значение
Мг. пр == Мг |
Л/Мг(Рст, Л* |
68
ТАБЛИЦА III.2 |
|
|
|
|
ЗНАЧЕНИЯ |
ПОСТОЯННЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ а |
|
|
|
Коэффициент |
Численные значения |
Коэффициент |
Численные |
|
«о |
—0,246211820-10 |
«ч |
—0,793385684 |
10 |
«1 |
0,297054714-10 |
«э |
0,139643306 |
|
0,2 |
—0,286264054 |
аы |
—0,149144925 |
|
а3 |
0,805420522 -102 |
«11 |
0,441015512-102 |
|
а4 |
0,280860949-10 |
«12 |
0,839387178-10"1 |
|
«5 |
—0,349803305-10 |
«13 |
—0,186408848 |
' |
«7 |
0,360373020 |
«14 |
0,203367881•10-1 |
|
—0,104442413•10"1 |
«15 |
—0,609579263•10“3 |
||
Значение р,г. Пр можно также рассчитать с помощью полинома, аппроксими рующего зависимости на рис. II 1.8:
[^г. пр^пр] а0 "t" а1^пр |
а2^пр "Ь а3^пр 1 ^пр (а1 а5^пр |
аб^пр |
+ а7^пр) + ^пр (а8 + «Wnp ^ °10^пр + а11^пр) + |
|
|
“Ь ^пр (а12 "Ь а13^пр “Ь аиРпр |
а15^пр) |
(II 1.26) |
где at — постоянные коэффициенты, значения которых приведены в табл. II 1.2.
4. По соотношению (II 1.24) через fir.np и |Цг(рст, Т) рассчитывают (J.r (р, Т). Изложенный способ расчета вязкости газовых смесей рекомендуется исполь
зовать в диапазоне изменения 1^ Рпр ^ 20;
16< Д4Г< ПО.
П р и м е р 5. Определить вязкость газа при давлении 6 МПа и температуре Т = 55 °С, имеющего относительную плотность в стандартных условиях рСТг =
= 0,75.
По формуле (II 1.25) рассчитывают вязкость газа при атмосферном давлении
и температуре 55°С (Ит(рст, Т) = |
0,011 мПа-с). Затем по рис. III.2 определяют |
||
псевдокритические параметры газа — рпк — 4,58 МПа и Тпк= —48 °С и |
при |
||
веденные значения рПп = |
1,31 и Тпп = 1,45. По рис. II 1.8 находят приведенную |
||
вязкость газа Мт.пр = |
0,5, а |
по формуле (III.24) — вязкость газа |
р.г= |
= 0,0057 мПа-с. |
|
|
|
Расчет вязкости жидкой фазы
Вязкость углеводородных жидких фаз в зависимости от состава, давления и температуры рассчитывают по методике Лоренца с соавторами, основанной на предположении об однозначной зависимости между остаточной вязкостью —
— Цж, о жидкости и ее приведенной плотностью,
[0,463 (рж — [хж 0) £ + 10” 4]1/4 = 0,1023 + 0,023364рпр + 0,058533р2пр -
- 0,040758рЗр + 0,0093324р4пр( |
(II 1.27) |
где рж — вязкость жидкости, мПа-с,
69
В соотношении (II1.27) вязкость жидкости при данной температуре и атмо сферном давлении определяют по соотношению
о—Н-ж (Рст» Т) |
(9,4 + 0,02МЖ) (1,87)1.5 |
(III.28) |
||
209 + |
19Л4Ж+ 1,87 |
|||
|
|
|||
Параметр вязкости £ и приведенную плотность жидкой фазырпр рассчитывают по соотношениям
(III.29)
(I11.30)
где рж — плотность жидкой фазы, г/см3. Критические давление и температуру остатка определяют по описанным методикам. Критический объем остатка рассчи тывают по соотношению
Укр. к = 1348,3125/Мост + 0,9439 — 1728,5 Рост + 4,4079роет, |
(II 1.31) |
/И0ст |
|
где рост и Мост — плотность в г/см3 и молекулярная масса остатка, определяемые экспериментально или устанавливаемые, как было отмечено, с использованием разгонки остатка по НТК.
В соотношениях (II 1.28)—(II 1.30) Mj, 7Kpi, |
и V^pi Для идентифицирован |
|||
ных компонентов определяют по табл. П.4. |
|
сепарированной нефти |
||
П р и м е р 6. |
Рассчитать |
вязкость жидкой фазы |
||
при давлении р = |
0,7 МПа и |
температуре 7 = |
37,8 °С |
(см. пример 1 гл. II). |
Необходимые исходные данные по составам фаз приведены в табл. 11.13. Вязкость жидкости определяют по формулам (II 1.27)—(II 1.31) через ее плотность (рж = = 0,824 г/см5) (см. пример 4 гл. II) рж = 2,236 мПа-с.
При отсутствии данных о составе нефти ее вязкость можно рассчитать по методу Чью и Коннели, который основан на эмпирической корреляции вязкости пластовой нефти |хж (р, 7) с вязкостью дегазированной нефти при р = рст и задан ной температуре р,ж (рст, 7) и количеством газа Rs, растворенного в ней при давлении насыщения. Для однократного определения вязкости можно исполь зовать графическую зависимость, приведенную на рис. II 1.9. При многократном
определении |1Ж удобнее аналитически |
представить эту зависимость: |
|
||||
Цж(р. Т) = А ехр [Ь In цж (pCt, Г)], |
(II 1.32) |
|||||
где коэффициенты А и b аппроксимированы соотношениями |
|
|||||
f |
0,7479 |
f |
5,946КГ"» |
(111.33) |
||
- Rs 1 |
|
Rs |
||||
^ 52,16 + |
|
|
|
|
||
- R s ( |
0,99 |
Rs - |
|
5,6515-lO”4 |
(III.34) |
|
141,6 + |
|
|||||
Здесь |А— в мПа-с; Rs — в м3/м8; 7 - в |
К, |
|
||||
79