Вклад В.Г. Шухова в развитие нефтяной отрасли в России. Реализация проектов братьев Нобель.

Как уже отмечалось выше, В.Г. Шухов произвел расчеты и руководил строительством первого в России нефтепровода, первым в мире предложил процесс переработки нефти - крекинг-процесс. Под руководством В.Г. Шухова была спроектирована и построена первая в России современная по конструкции сталь­ная нефтеналивная баржа, осуществлена постройка первых кле­паных стальных резервуаров для храпения нефти и нефтепродук­тов. Ему принадлежит остроумное и простое решение увеличения пропускной способности действующих нефтепроводов, и вообще трубопроводов, путем устройства параллельною ответвления трубы па некотором ограниченном участке трубопровода. В 70-х годах XIX столетия В.Г. Шухов разработал и впервые в мире предложил новый метод добычи нефти с помощью сжатого возду­ха (компрессорный способ - газлифт). Но нефтепромышленники к этому изобретению подошли скептически, и лишь в 1897 году способ добычи нефти с помощью сжатого воздуха был испытан на бакинских промыслах, но широкого применения в то время не нашел.

Известны первые форсунки В.Г. Шухова, в которых в каче­стве топлива использовался мазут и т.д. Академик Л.С. Лсйбен-зон совершенно обоснованно и справедливо назвал В.Г. Шухова основоположником нефтяной гидравлики (и в дополнение можно сказать и отечественной нефтяной промышленности

Билет № 18

Физические свойства пластовых жидкостей (нефти, воды, газа). Состав пластовой углеводородной системы. Влияние давления и температуры на физические св-ва нефти и газа. Растворимость газов в нефти, давление насыщения. Сжимаемость нефти. Объемный коэффициент.

Физические свойства нефти и воды изучают по отборам проб нефти и воды из пласта. При этом особое внимание обращают на вязкость, плотность, растворимость газа в нефти.

Свойства и состояние углеводородов (УВ) зависят от их состава, давления и температуры в пластах. В залежах они находятся в жидком и газообразном состоянии или в виде газожидкостных смесей. В процессе разработки залежей в пластах и при подъеме на поверхность давление, а иногда и температура непрерывно меняются, что может сопровождаться изменениями состава газовой и жидкой фаз и переходом УВ из исходной фазы в другую.

Физические св-ва:

Вязкость пластовой нефти.

Все нефти подчиняются следующим общим закономерностям:

вязкость их уменьшается с повышением количества растворенного газа;

увеличением температуры;

повышение давления вызывает некоторое увеличение вязкости;

вязкость нефти зависит также от состава и природы растворенного газа.

Увеличение вязкости нефти с ростом давления заметно лишь при давлениях выше давления насыщения. при растворении азота вязкость нефти увеличивается, а при растворении углеводородных газов наоборот понижается и тем сильнее, чем выше молекулярная масса газа. В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз ниже, чем на поверхности. При разработке нефтяных месторождений следует учитывать, что с понижением давления вязкость пластовой нефти непрерывно изменяется. Сначала она слегка уменьшается, а при давлениях ниже давления насыщения резко увеличивается. причем, если в составе газа присутствует азот, точка перегиба не совпадает с давлением насыщения.

Вязкость пластовой нефти определяют специальным вискозиметром высокого давления по пробам, отобранным на глубине залегания пласта.

Плотность газов.

За относительную плотность газа принимается отношение плотности газа к плотности воздуха в одном и том же объеме при нормальных условиях.

Плотность газов определяют эффузионным методом, который основан на измерении скорости истечения газа через отверстия малого радиуса. В соответствии с кинетической теорией отношение квадратов скоростей истечения газов через малые отверстия обратно пропорционально их плотностям. Выражая скорость истечения через время, определяют плотность газа, как:

;

Приняв плотность воздуха за единицу, находят относительную плотность изучаемого газа. Плотность газа можно также определить по его относительной молекулярной массе. Один киломоль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 м³.

Вязкость газов.

Вязкость – одно из св-в газов, определяющих закономерности движения их в пласте. Вязкость газа в зависимости от изменения параметров, характеризующих его состояние, изменяется сложным образом. При низких давлениях и температурах свойства реальных газов приближаются к идеальным. Динамическая вязкость газа связана с его плотностью (r), средней длиной свободного пути ( ) и средней скоростью молекул ( ) соотношением:

С повышением давления плотность газа возрастает, но при этом уменьшается средняя длина свободного пробега молекул, а скорость их остается неизменной. С увеличением температуры вязкость газов возрастает. Отмеченный характер изменения вязкости газов объясняется проявлением внутреннего трения. Количество движения из слоя в слой передаются вследствие перелета молекул газа в движущиеся относительно друг друга слои. При этом возникают силы, тормозящие движение одного слоя и увеличивающие скорость движения другого. С повышением температуры увеличивается скорость и количество движения, передаваемое в единицу времени, и, следовательно, увеличивается вязкость. При давлении близком к атмосферному вязкость газов почти не зависит от его величины. Однако при высоких давлениях вязкость газов изменяется аналогично изменению вязкости жидкости. Газы с более высокой молекулярной массой имеют, как правило, и большую вязкость.

Для экспериментального определения вязкости газов при различных условиях разработано много методов. Основные из них: капиллярный; метод измерения скорости падения шарика в исследуемом газе; методы вращения цилиндров и затухания вращательных колебаний диска, подвешенного в исследуемом газе.

Физические св-ва пластовых вод.

Плотность пластовых вод возрастает с увеличением концентрации солей. Известны рассолы, насыщающие породы, плотность которых достигает 1,45 г/см³. Для месторождений Удмуртии характерны воды плотностью около 1.14 г/см³.

Тепловое расширение воды характеризуется к-том теплового расширения:

;

где V – объем воды в нормальных условиях.

По экспериментальным данным в пластовых условиях он колеблется от 18´10^-5 до 90´10^-5 1/град., возрастая с увеличением температуры и уменьшаясь с ростом пластового давления.

Сжимаемость пластовой воды определяется коэффициентом сжимаемости:

К-нт сжимаемости воды изменяется в пластовых условиях в пределах от 3,7´10^-10 до 5,0´10^-10 м²/Н, а при наличии растворенного газа увеличивается и может быть приблизительно рассчитано как:

где S – количество газа, растворенного в воде, м³/м³.

Объемный к-нт пластовой воды характеризует отношение удельного объема воды в пластовых условиях к удельному объему ее в стандартных условиях:

,

Увеличение пластового давления способствует уменьшению объемного к-нта, а рост температуры сопровождается его повышением. Поэтому объемный к-нт воды изменяется в сравнительно узком диапазоне (0,99 – 1,06).

Вязкость воды в пластовых условиях зависит в основном от температуры и концентрации растворенных солей. Влияние давления на вязкость воды несущественно. Наиболее вязки хлоркальциевые воды. Так как газы растворяются в воде в небольшом количестве, вязкость ее при насыщении газом незначительно уменьшается.

От количества растворенного в нефти газа зависят все ее важнейшие св-ва: вязкость, сжимаемость, термическое расширение, плотность и т.д. Сложный состав нефти и значительные пределы изменения пластовых давлений и температур затрудняют применение уравнений термодинамики для расчетов газонасыщенности нефти при высоких давлениях. Поэтому газонасыщенность нефтей определяют экспериментальным путем. При низких давлениях и температурах растворимость газов в нефти практически подчиняется закону Генри. То есть, количество газа, растворенного при данной температуре в единице объема жидкости, пропорционально давлению газа над поверхностью:

,

где а – к-нт растворимости газа.

К-нт растворимости реальных газов не является постоянной величиной и зависит от рода жидкости и газа, от давления, температуры и от других факторов. При исследовании теоретических вопросов растворимости газов закон Генри записывается через мольные концентрации газа в растворе:

где - мольная концентрация газа в растворе.

- число молей жидкости и газовой фаз в системе.

Получение зависимостей концентрации газа в жидкости от давления затрудняется не только вследствие отклонения реальных газов от законов идеального, но и потому, что в растворе реальный газ приобретает специфические св-ва. В общем случае, к-нт растворимости некоторых газов с увеличением давления может увеличиваться и уменьшаться. Перегиб кривой растворимости и возрастание к-нта растворимости некоторых газов происходит в связи с увеличением объема раствора и влиянием этого процесса на концентрацию газа в жидкости. Величина приращения объема раствора и ее интенсивность зависят от количества растворенного газа, св-в жидкостей и газов и их состава. Значительное влияние на растворимость газов оказывают процессы испарения. Различные компоненты нефтяного газа обладают неодинаковой растворимостью, причем с увеличением молекулярной массы газа к-нт растворимости его возрастает. Особенно плохо растворяется азот. Растворимость газов повышается с ростом содержания в нефтях парафиновых углеводородов. При высоком содержании в нефти ароматических углеводородов ухудшается растворимость в ней газов. Малорастворимые газы (метан, азот) лучше подчиняются закону Генри. С повышением температуры растворимость газов уменьшается. Коэффициент растворимости попутных нефтяных газов изменяется в широких пределах и достигает (4 – 5)´10^-5 м³/(м³Па).

Давление насыщения (или начала парообразования) пластовой нефти называют давление, при котором газ начинает выделятся из жидкости. Давление насыщения зависит от:

соотношения объемов нефти и растворенного газа;

их состава;

пластовой температуры.

При прочих равных условиях с увеличением молекулярной массы нефти и ее плотности давление насыщения увеличивается. С ростом в составе газа количества компонентов, относительно плохо растворимых в нефти, давление насыщения также увеличивается. Особенно высокими давлениями насыщения характеризуются нефти, в которых растворено значительное количество азота. В пористых средах давление насыщения на 0,4 – 0,5 МПа выше, чем в объеме.

Сжимаемость нефти. Объемный к-нт.

Нефть, как и все жидкости, обладает упругостью, т.е. способностью изменять объем под действием внешнего давления. Упругость жидкостей измеряется к-том сжимаемости (или объемной упругости), определяемым из соотношения:

где V – исходный объем нефти; ΔV – изменение объема нефти; Δp – изменение давления. Размерность в – 1/Па, или Па^-1.

Коэффициент сжимаемости характеризует относительное приращение объема нефти при снижении давления на единицу.

К-нт сжимаемости зависит:

от состава пластовой нефти;

температуры;

абсолютного давления.

Тяжелые нефти (битумы), не содержащие растворенный газ, обладают сравнительно низким к-том сжимаемости (4 – 7)´10^-10 м²/Н. Легкие нефти, содержащие значительное количество растворенного газа, обладают повышенным к-м сжимаемости 140´10^-10 м²/Н. Чем выше температура, тем больше к-нт сжимаемости. С количеством растворенного газа в нефти связана величина объемного к-нта, определяющегося отношением объема нефти в пластовых условиях к объему дегазированной нефти.

Объем нефти в пластовых условиях превышает объем дегазированной нефти. Однако высокое пластовое давление само по себе обусловливает некоторое уменьшение объемного к-нта. При снижении первоначального пластового давления до давления насыщения объемный к-нт незначительно увеличивается в связи с расширением жидкости. При достижении давления насыщения газ начинает выделяться и объемный к-нт не линейно уменьшается. Используя объемный к-нт, определяют усадку нефти, т.е. уменьшение объема пластовой нефти при извлечении ее на поверхность.

Усадка некоторых нефтей достигает 45 – 50%. Объемный к-нт нефти определяют экспериментально.

Плотность пластовой нефти.

Плотность нефтей в пластовых условиях зависит от:

их состава;

количества растворенного газа;

температуры.

С повышением давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении ее углеводородными газами (метаном, пропаном, этиленом). Плотность нефтей, насыщенных азотом или углекислотой, с повышением давления несколько увеличивается. Рост давления выше давления насыщения также способствует некоторому увеличению ее плотности.

Влияние давления и температуры на физические св-ва газа.

Углеводороды в зависимости от давления (Р) и температуры (Т) могут находиться в трех различных состояниях: жидком, газообразном и газожидкостном.

Когда пластовое давление ниже критического давления углеводороды в пласте находятся в двухфазном состоянии. Газовая фаза обычно залегает в виде газовой шапки, находящейся в равновесии (в условиях точек росы) с подстилающей нефтью, а жидкость прилегающая к газовой шапке, в условиях начала кипения. В зависимости от состава газа и нефти, пластового давления и температуры, а также от геологических условий залегания газ в газовой шапке может быть сухим, жирным или конденсатным.

Исследования системы нефть-газ нефтегазоконденсатных месторождений показали, что с повышением давления при постоянной температуре (Т=const) газовая фаза значительно обогащается компонентами нефти. С ростом температуры при постоянном давлении также происходит увеличение содержания конденсата в газовой фазе, но влияние температуры заметно слабее, чем влияние давления.

С ростом температуры и давления фракционный состав конденсата приближается к составу нефти. В газовом конденсате почти не содержится смол и асфальтенов. Различные газы, как растворители нефти обладают неодинаковыми св-ми. Растворяющая способность газов растет в последовательности: метан-этан-этилен-пропан.

Технология ИДТВ, преимущество перед традиционными тепловыми методами. Понятие эффективной температуры. Количество теплоносителя на извлечение тонны нефти и себестоимость добычи нефти при ИДТВ и традиционных тепловых методах.

Поиск по сайту: