Свойства пластовых флюидов

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКИЙ ОБЗОР О НЕФТИ И ГАЗЕ

1.1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ

1.2. УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ В НЕФТЯНЫХ   

И ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖАХ

1.3. СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ 

1.4. СОСТАВ И СВОЙСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ Свойств нефти И ГАЗА в пластовых условиях

2.1. Свойства нефти в пластовых условиях

2.2. Нефтенасыщенность пласта

2.3 Определение давления насыщения нефти газом, объемного коэффициента и усадки нефти

2.4 Определение вязкости нефти в пластовых условиях

2.5. Определение коэффициента сжимаемости  пластовойнефти

2.6. Определение коэффициента сжимаемости  газа в пластовых условиях

2.7. Приведение пластовых давлений  к заданной плоскости

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Нефть и газ в настоящее время  во всем мире основные виды энергетических ресурсов, на долю которых приходится около 70 % всех видов используемых ресурсов. Важными и актуальными задачами являются вопросы, связанные со всей технологической цепочкой — от разведки месторождений до использования нефти и газа. Преобладающее использование нефти и газа в мире предопределило приоритетность всех вопросов, связанных с разведкой, добычей, транспортом, переработкой и использованием их. Происходит постоянное совершенствование в первую очередь разведки месторождений, в эксплуатацию вовлекаются месторождения морского шельфа, идет освоение добычи нефти с больших глубин, прорабатываются технологии добычи нефти в циркумполярной зоне Северного Ледовитого океана. Осваиваются месторождения с глубиной залегания 4 — 5 км, что требует создания новой техники и технологии бурения. Разрабатываются мероприятия по увеличению нефтеотдачи пластов для повышения коэффициента извлекаемости. Совершенствуются и развиваются способы доставки нефти и газа в районы их потребления, переработки. На сегодняшний день основным видом транспорта углеводородного сырья стал трубопроводный.

Флюиды (от латинского fluidus – текучий) – любые вещества, поведение которых при деформации может быть описано законами механики жидкостей. Термин введен в науку в 17 веке для обозначения гипотетических жидкостей, с помощью которых объясняли некоторые физические явления и образование горных пород. С развитием науки понятие «флюиды» изменилось. Реологическими и геологическими исследованиями доказано, что все реальные тела под действием длительных тангенциальных нагрузок ведут себя как жидкости. В геологических процессах, длительность которых измеряется миллионами лет, в качестве флюидов могут выступать не только газы, водные растворы, нефть, ил, магма, но и глины, соли, ангидриты, известняки и другие твердые вещества.

В данной работе мы рассмотрим только свойства нефти, газа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЗОР ИЗ ГЕОЛОГИИ

1.1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ  НЕФТИ

Происхождение нефти до настоящего времени не выяснено. Существует множество теорий происхождения нефти и газа, каждая их которых имеет подтверждение и в то же время опровергается противниками. При этом решение проблемы происхождения нефти и газа позволит определить и уточнить количество запасов и поиск новых месторождений. Все существующие на сегодняшний день гипотезы можно разделить на следующие группы:

1) органическую, или биогенную;

2) абигенную;

3) космическую.

Рассмотрим  группу органических гипотез. Впервые  научную и для того времени законченную схему происхождения нефти в 1793 г. предложил М.В. Ломоносов. По его представлениям, нефть образовалась из органического материала растительного происхождения. Он считал, что имеется аналогия между происхождением нефти и других многочисленных горючих ископаемых, например, угля. Полезные ископаемые получились разными потому, что условия образования каждого из них были различными. Им было подчеркнуто значение повышенной температуры, больших давлений подземных глубин и миграции нефти в пористых породах. Объяснение образования нефти заключалось в том, что растения, перекрытые слоями наносов и опущенные на глубину в результате подвижек земной коры, подвергаются воздействию высокой температуры. Для образования нефти, в данном случае в присутствии перегретого пара, достаточно температуры около 200 °С. По гипотезе М.В. Ломоносова, нефть рождается из наземных растений, захороненных в болотах, дельтах рек и прибрежных лагунах, в результате прямой перегонки. В своих трактатах он писал: «Нефть приготавливается из торфа и каменного угля действием подземного жара, и если он слабый, то она получается светлая, а если сильный — то густая и черная». Многие идеи М.В. Ломоносова не потеряли своего значения, став основой гипотез органического происхождения нефтей. В последствии в рамках этой гипотезы появились теории животного, растительно-животного, растительного происхождения. Например, в 1888 г. химик К. Энглер осуществил перегонку китового жира и получил нафтеновые и ароматические углеводороды и твердый парафин. Одновременно известный геолог прошлого века Г. Гефер при бурении скважин на Каспии обнаружил прослойки, сплошь состоящие из погибшей рыбы. Гибель больших масс водной фауны действительно может происходить в природе. В результате эти ученые создали гипотезу, по которой нефть образуется из жиров погибших животных, а растения дают нефти воск и смолы.

Предметом исследований академика Н.Д. Зелинского стал сапропельный ил озера Балхаш. В 1919 г. путем перегонки из него была получена искусственная нефть. Она  содержала бензин, керосин и тяжелые  масла, в составе которых были все известные тогда нефтяные углеводороды.

Идея  об органическом происхождении нефти  была коренным образом переработана геологом, акад. И.М. Губкиным и акад. В.И. Вернадским. В итоге появилась биогенная теория происхождения нефти. Согласно этой теории, происхождение нефти следует рассматривать в тесной связи с другими природными процессами: биологическими, химическими и геологическими. Нефть и другие горючие ископаемые (уголь, изокерит и др.) взаимосвязаны с циклическими процессами круговорота углерода в природе. Атмосфера всегда содержит углекислый газ (около 0,03 %) за счет жизнедеятельности живых организмов, разложения карбинатов и действия вулканов. Растения же усваивают двуокись углерода из воздуха, причем углерод идет на построение тел растений, а потом и животных. Кислород возвращается в атмосферу. Нефть представляет собой продукт сложнейших превращений животных и растительных остатков. В ней содержатся также различные соединения азота, кислорода и серы, которые не являются случайными примесями. Характер азотистых соединений в различных нефтях тождественен. А это свидетельствует о том, что они представляют собой продукты разложения азотистых веществ животных и растений и находятся в генетической связи с нефтью. При разрушении нефти и окисления ее углеводородов углерод снова возвращается в атмосферу в виде углекислого газа, и таким образом цикл замыкается. Сторонники этой теории подсчитали, что в осадочных породах нашей планеты в составе рассеянного органического вещества содержится около 60 — 80 тыс. млрд т углеводородов. Это количество более чем в 100 раз превышает известные сегодня запасы нефти. Способность такой массы рассеянных углеводородов образовывать скопления промышленной нефти не вызывает сомнения.

Параллельно с органической теорией появилась  и развилась гипотеза абигенного или минерального происхождения нефти. В конце XIX в. была проведена серия опытов для доказательства минерального происхождения нефти. В 1888 г. французский химик М. Бертло на чугун с 4%-ным содержанием углерода воздействовал соляной и серной кислотами. В итоге были получены водород и смесь углеводородов, имеющих запах нефти. Когда на железистый марганец действовали горячей водой при температуре 100 — 200 °С, также получали нефтеподобную смесь. Химики П. Сабатьев и Ж. Сандебран использовали для опытов уже не металл, а смесь ацетилена с водородом и нагревали ее в присутствии никеля. И у них получалось вещество, богатое ароматическими углеводородами. На основании серии проведенных опытов Д.И. Менделеев предложил научно обоснованную теорию минерального происхождения нефти. По его представлениям, источником углерода и водорода могут быть вода и углекислый газ. Проникая в глубь Земли на 100— 150 км, где давление составляет 50 000 атм., а значение температуры превышает 1800 °С, вода реагирует с карбидами металлов, образуя ненасыщенные углеводороды.

Русский геолог В.Л. Соколов, учитывая находки  битума в метеоритах и наличие  углеводородов в хвостах некоторых  комет, предложил в 1892 г. космическую  гипотезу возникновения нефтяных углеводородов в коре нашей планеты. По его мнению, углеводороды находились в составе газовой фазы допланетного облака. По мере его охлаждения углеводороды растворялись в жидкой магме и после образования твердой земной оболочки поднимались по трещинам в осадочные породы. В соответствии с гипотезой О.Ю. Шмидта, газопылевое облако, из которого возникли планеты Солнечной системы, включало в себя не только простые элементы, но и воду, метан, углекислоту и более сложные углеводороды. Моделируя условия атмосферы, какими они были (предположительно) миллиарды лет назад, американские ученые в 50-гг. XX в. получили из метаново-водородной среды, насыщая ее электрическими разрядами, аналогичными грозовым, сложнейшие углеводородные соединения и нуклеиновые кислоты. Следует отметить, что приборы космических станций регистрируют наличие метана в атмосфере Венеры, и существует мнение, что углеводороды входят в состав межпланетной материи.

1.2. УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ  НЕФТИ, ГАЗА И ВОДЫ В НЕФТЯНЫХ  И ГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖАХ

Нефть и газ в нефтяных и газовых  залежах насыщают пустоты между  зернами, трещины и каверны пород, слагающих пласты. Большинство нефтегазовых месторождений приурочены к осадочным породам — хорошим коллекторам нефти (пески, песчаники, конгломераты, трещиноватые и кавернозные известняки и доломиты). Иногда нефть обнаруживают в трещинах и порах изверженных пород, но эти скопления обычно не имеют промышленного значения.

Горные  породы, слагающие нефтяные и газовые  месторождения, в зависимости от их свойств играют разную роль. Одни из них, имеющие большое число крупных пор, — резервуары нефти и газа (нефтяные и газовые залежи). Породы, такие как глины, сланцы и другие, практически непроницаемые для пластовых газожидкостных смесей, — естественные покрышки продуктивных коллекторов нефти и газа, способствующие их накоплению. Промышленная ценность месторождения определяется не только его размерами, но и в значительной степени физическими свойствами коллекторов, пластовых жидкостей и газов, а также видом и запасом пластовой энергии.

Нефтяные и газовые залежи располагаются  в верхних частях структур, образуемых пористыми породами, перекрытыми непроницаемыми пластами (так называемыми ловушками). Естественные резервуары нефти и газа по происхождению и геометрической форме могут быть самыми различными. Простейшая структурная ловушка — антиклинальная складка. В зависимости от условий залегания и количественного соотношения нефти и газа залежи подразделяются на следующие: 1) чисто газовые; 2) газоконденсатные; 3) газонефтяные (с газовой шапкой); 4) нефтяные без газовой шапки с растворенным в нефти газом. Нефть, газ и вода распределяются в залежи соответственно своим плотностям.

Как правило, в продуктивной зоне пласта кроме нефти и газа содержится также вода, хотя продукцией скважин  при разработке этого пласта может  быть безводная нефть. Вода, по всей вероятности, осталась в нефтяной и  газовой частях пластов со времени  образования залежи. Породы нефтяных и газовых пластов отлагались в водоемах. В процессе накопления нефть и газ не смогли полностью вытеснить воду из пористой среды. В значительной мере это объясняется гидрофильностью большинства пород, слагающих продуктивные пласты. Вода частично остается в порах пласта в виде тончайших пленок, капелек в местах контакта зерен породы, а также в субкапиллярных порах. Эту капиллярно удерживаемую воду называют связанной. Иногда ее именуют также погребенной, остаточной, реликтовой и т. д. По данным С.Л. Закса, исследовавшего породы значительного числа нефтяных и газовых месторождений СССР, количество связанной воды, выраженной в процентах от суммарной емкости пор, может колебаться от долей процента до 70 % и в большинстве коллекторов составляет 20 — 30 %. Установлено, что чем меньше проницаемость пород, тем больше остаточная водонасыщенность. С увеличением количества глинистого материала в породе содержание связанной воды также растет. Изучение свойств и происхождения связанной воды может помочь решению вопроса генезиса нефтяных месторождений; количество связанной воды необходимо знать для оценки абсолютных запасов нефти, а качество — для правильного выбора нагнетаемой воды при искусственном заводнении нефтяного пласта. Состав нагнетаемой воды должен быть подобран так, чтобы при контакте ее со связанной водой в пласте не выпал осадок, способный частично или полностью закрыть поровые каналы.

Раздел  между нефтью и водой в нефтяных месторождениях и между газом и водой в чисто газовых представляет собой переходную зону от водной части пласта к нефтяной или газовой. Вследствие капиллярного подъема воды в порах «зеркала вод» в пластах не существует и содержание воды по вертикали постепенно изменяется от 100 % в водоносной части до остаточной водонасыщенности в верхних частях залежи. Мощность этой переходной области может достигать 3 — 5 м и более. Так как пористость и проницаемость коллекторов в пределах одной и той же залежи изменяются в широких пределах, содержание связанной воды, а следовательно, нефте- и газонасыщенность также неодинаковы на различных участках залежи. Водо- и нефтенасыщенность пород определяют по результатам анализа кернов, выбуренных из пласта при его вскрытии, и по геофизическим данным.

Жидкости  и газы в пласте находятся под  давлением. От пластового давления зависят  запас энергии и свойства жидкостей и газов в пластовых условиях. По давлению, наряду с другими параметрами, определяют запасы газа в залежи, дебит нефтяных и газовых залежей и условия эксплуатации залежей.