Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf

Растворимость двуокиси углерода в нефти

Растворимость двуокиси углерода в нефти зависит от физических свойств нефти и ее состава, от давления насыщения и температуры. На рис. III. 10 пред­ ставлена обобщенная корреляционная зависимость по растворимости двуокиси углерода в нефти с характеристическим фактором 11,7. Эта зависимость удовлетво­ рительно отражает результаты экспериментальных данных по растворимости двуокиси углерода в нефтях, как отечественных, так и зарубежных исследова­ телей. Пунктиром отмечены корреляционные зависимости, в основе которых очень мало экспериментальных данных, поэтому пользоваться ими рекомендуется для грубых оценок.

Для расчета растворимости двуокиси углерода в нефтях с характеристическим фактором, не равным 11,7, рекомендуется пользоваться обобщенными корреля­ ционными формулами, описывающими растворимость двуокиси углерода в нефтях в пределах погрешностей исходных экспериментальных данных:

0,893 |- 0,204 (Ф — 11,0) — Ft при 11,0 < Ф < 11,5,

F2-8,571-Ю-s (Ф - 11,7) (/-4 0 ) при 11,7<Ф<12,4,

Рис. Ц1.10. Растворимость двуокиси углерода в. нефти с характеристическим факто ром Ф = 11,7 в зависимости от давления насыщения и температуры

в нефти при температуре 42 °С и давлении 7,5 МПа, если плотность нефти при

По формуле (III. 103) находим

N (р) = In (0,25-7,5) = 0,18. 3,49

По формуле (III. 102) находим

N (t) = 0,511 — 2,94-10_3-42 = 0,388.

По формуле (III. 101) находим ^ц,7 = 0,388 + 0,18 = 0,568.

Молярную долю двуокиси углерода в нефти с характеристическим фактором 11,7, т. е. Мц>7, в зависимости от температуры и давления насыщения нефти дву­ окисью углерода можно определять графически с помощью рис. ШЛО, откуда следует, что Мц>7 = 0,57, что совпадает с уже найденным значением.

По формуле’(П1.98) устанавливаем молярнуюдолюдвуокиси углерода в нефти при температуре 42 °С и давлении насыщения 7,5 МПа:

Ыф = 0,568 [0,995 + 1,667-10"? (11,68— 11,5) — 1,646-10"3 (11,7 —

— 11,68) (42 — 40)] = 0,567.

Как известно, массовуюдолю растворенного в нефти газа qr при известной его молярной доле Nr можно рассчитать по уравнению

1

где для нашего примера Мц = 222; Мг = 44; Nv = Nq>,

32

углерода при температуре t и давлении ps, к объему нефти без двуокиси углерода при атмосферном давлении и той же температуре. Графическая зависимость коэф­ фициента набухаемости нефти от молярной доли двуокиси углерода представлена на рис. III. 11. Молярный объем дегазированной нефти определяется как отноше­ ние молекулярной массы нефти к ее плотности.

П р и м е р 2. Для условий примера 1 рассчитать увеличение объема нефти при растворении в ней двуокиси углерода.

где Vt — объем нефти, не содержащей С02 при температуре /; ЛГ5 — увеличение объема нефти при температуре t в результате насыщения ее двуокисью углерода.

Из примера 1 известно, что молярная доля С02 в нефти равна 0,57.

Найдем молярный объем дегазированной нефти при 20 °С и атмосферном давлении

Из рис. III. 11 следует, что коэффициент набухаемости нефти при молярном объеме 259 дм3/кмоль и молярной доли С02 в ней 0,57 равен 1,25. Следовательно, объем нефти Vt>если в ней растворяется двуокись углерода при 42 °С и давлении 7,5 МПа, возрастает на 25 %:

17,100 = (*s - 1) 100 = (1,25- 1) 100 = 25%.

где р* — плотность газированной нефти, насыщенной двуокисью углерода при

температуре /; рн/ — плотность дегазированной нефти при температуре t и атмо­ сферном давлении; bs — коэффициент набухаемости нефти; qr — массовая доля

двуокиси углерода, растворенной в нефти.

П р и м е р 3. Найти плотность нефти с растворенной в ней двуокисью углерода, используя результаты примеров 1 и 2. Из примера \ qr = 0,206, из примера 2 bs = 1,25. Найдем

bs (1 — qr) = 1,25 (1 — 0,206) = 0,9925.

Следовательно, Р,*>Р„/. так как знаменатель правой части уравнения (III. 104) меньше единицы. С учетом того, что

83

Коэффициент набухаемости нефти

массы нефти к се плотности, дм3/кмоль)

где а — коэффициент термического расширения нефти,

а = кг* (з 08з _ 2,638-0,856) = 0,8249-КГ3 1/°С,

то плотность газированной нефти, насыщенной двуокисью углерода при темпе­ ратуре /,

Как показали экспериментальные исследования, плотности пластовой нефти месторождений (Туймазинского, Арланского, Шкаповского и Узеньского) также увеличиваются с увеличением концентрации СО., в ней:

Рнг = Рнг

где р*г — плотность пластовой нефти с растворенной в ней двуокисью углерода

рождения Павлова Гора от количества растворенной в ней двуокиси углерода представляют качественно иную картину: плотность нефти в зависимости от растворения в ней двуокиси углерода уменьшается. Таким образом, при растворе­ нии в нефти двуокиси углерода отмечается изменение ее плотности качественно различного характера, т. е. как увеличение, так и уменьшение ее.

З а в и с и м о с т ь в я з к о с т и неф ти от к о н ц е н т р а ц и и д в у о к и с и у г л е р о д а в ней. Характер влияния растворения двуокиси углерода в нефти на ее вязкость такой же, как при растворении углеводородных газов. Вязкость нефти, насыщенной двуокисью углерода,

где \i*— вязкость нефти с растворенной двуокисью углерода, мПа-с; р,/ — безразмерная вязкость, численно равная вязкости нефти в мПа-с при температуре процесса, в которой растворяется двуокись углерода; A (q), 6 (q) — эмпирические коэффициенты;

Здесь q* —- массовая доля двуокиси углерода в нефти.

Корреляционная зависимость (III. 105) получена по данным эксперименталь­ ных исследований влияния двуокиси углерода на вязкость пластовых нефтей Туймазинского, Узеньского, Шкаповского и Арланского месторождений. Полу­ ченная корреляция для пластовых нефтей при насыщении их двуокисью углерода показывает принципиальную возможность обобщения экспериментальных данных в виде уравнения (III. 105). Однако при вытеснении нефти оторочками двуокиси углерода вследствие непоршневого вытеснения основная масса двуокиси углерода воздействует на нефть, лишенную легких углеводородных компонентов (пласто­ вого газа). Поэтому представляет значительно больший интерес влияние растворе­ ния двуокиси углерода на вязкость дегазированных нефтей.

85

Давление насыщенной нефти СО^, МПа

Рис. III. 12. Обобщенная корре­ 282 ляция по зависимости вязкости нефтей от давления насыщения

их двуокисью углерода

Рис. II1.13. Номограмма для оп­ ределения критических давлений смесей двуокиси углерода с неф­ тями

На рис. III. 12 приведены обобщенные корреляционные зависимости вязкости нефтей, насыщенных двуокисью углерода, от вязкости исходной нефти и давления насыщения ее двуокисью углерода. Сопоставление расчетных (найденных по рис. III. 12) и экспериментальных значений вязкости нефти, насыщенной дву­ окисью углерода при пластовой температуре, показано в табл. II 1.3.

Н е о г р а н и ч е н н о е с м е ш и в а н и е д в у о к и с и у г л е р о д а с н еф тью . В диапазоне температур 40—100°С по номограмме (рис. III.13) можно определить давление смешивания двуокиси углерода с нефтью. При задан­ ной пластовой температуре, принимая в качестве характеристики нефти в первом приближении молекулярную массу дегазированной нефти, по номограмме можно найти максимальное давление смешивания нефти с двуокисью углерода. Если давление в системе больше определенного по номограмме или равно ему, то между нефтью и оторочкой двуокиси углерода, вытесняющей нефть, граница раздела отсутствует.

86