Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 [ 64 ] 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217

ношением, учитывающим скорость фазового перехода "адсорбтив - адсорбат".

В условиях реального газоконденсатного пласта вдали от забоев скважин скорости фильтрации невелики и имеют порядок величин 10"® м/с, а безразмерный параметр Блэкуэлла составляет при этом 5v/D„ < 10", т.е. на практике можно не учитывать явления конвективного перемешивания (см. рис. 2.73) и кинетики сорбционных процессов на фронте вытеснения газа газом.

Методика исследований

Исследования выполнялись автором совместно с В.А. Николаевым применительно к условиям опытного участка Вуктыльского НГКМ, истощенного до давления порядка 5 МПа.

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.74. Установка включает сменную модель пласта, а также оборудована отводом для отбора проб газа при анализе на "внешнем" хроматографе несорбирую-щихся компонентов (не разделяющихся на колонке хроматографа БОТА-На). Эксперименты по оценке длины зоны смеси газ - газ выполняли с применением двух моделей пласта, имеющих параметры:

Номер модели.............................................................................. 1 2

Длина, м.......................................................................................... 5 20

Пористость т, доли................................................................... 0,222 0,260

Проницаемость КЛО\ м...................................................... 14 30,6

Размер частиц 510", м............................................................. 1 1,5

Объем пор VIO- м................................................................ 0,59 3,40

Целью выполнения первой серии экспериментов было определение коэффициентов извилистости пористых сред моделей пласта, на которых впоследствии предполагалось провести эксперименты по оценке длины зоны смеси углеводородный газ - метан. Для определения использовались такие слабо сорбирующиеся при низком давлении (порядка 5 МПа) газы, как азот и двуокись углерода. Расчетное значение коэффициента взаимной диффузии этих веществ при давлении 5 МПа составляет D„ = = 3,010" mVc. Для исключения зависимости эффективной диффузии от

4 (» <р

..........I »

Рис. 2.74. Схема установки:

1 - пресс ИП-6; 2 - вентиль; 3 - пробоотборник; 4 - баллон с метаном; 5 - манометр образцовый; б - сосуд PVT; 7 - модель пласта; 8 - хроматограф (БОТАН); 9 - отбор пробы газа при анализе несорбирующихся компонентов; 10 - счетчик газовый; И - сепаратор

скорости фильтрации v эксперименты проводили при низких (пластовых) значениях v, при которых выполнялось соотношение

5v/D„ < 10-. (2.46)

Для определения коэффициентов эффективной диффузии по экспериментальным данным использовали известное решение в безразмерном виде:

Эт Эх vL Эх

где т, X, С, - безразмерные время, линейная координата и концентрация; L - длина модели пористой среды с граничными и начальными условиями, соответствующими условиям проведения опытов:

С, (О, т) = 1; С,(х, 0) = 0.

Решение (2.47) приводит к соотношению В.Н. Николаевского

Рзф= , % . (2.48)

эс,.

Это соотношение аналогично предложенному Дж. Аронофски

где 7 = D/vl; 1 - длина перемешивания.

Соотношение позволяет по углу наклона кривой изменения концентрации компонентов на выходе из модели пласта в зависимости от безразмерного времени определять коэффициенты эффективной диффузии компонентов смеси.

Результаты исследований

Серия экспериментов по вытеснению двуокиси углерода азотом, а также азота двуокисью углерода позволила определить коэффициенты извилистости моделей пористых сред.

Вначале были найдены с использованием описанной выше методики (по углу наклона экспериментальных кривых изменения концентрации одного газа в смеси в процессе вытеснения его другим газом) значения коэффициентов эффективной диффузии. Затем по соотношению (2.45), используя известные значения взаимной молекулярной диффузии несорби-рующихся газов (азот - двуокись углерода), получили коэффициенты извилистости .

Результаты экспериментов по вытеснению двуокиси углерода азотом и азота двуокисью углерода при давлении 5 МПа представлены ниже.

Номер модели......................................... 1 2

vlO-m/c.................................................. 10 5 10 5

D•10- mVc............................................... 2,90 2,84 3,10 313

I.................................................................... - 2,09 - 1,93

Эксперименты показали, что при вытеснении двуокиси углерода азотом и, наоборот, азота двуокисью углерода при одинаковых скоростях

фильтрации v = 10 м/с получаются практически одинаковые (с точностью ± 5 %) значения коэффициентов диффузии. Средние их значения для первой модели D = 2,9-10"* м/с и для второй модели D = 3,110"* м/с. При меньших скоростях фильтрации v = 5 • 10"® м/с те же коэффициенты составляют D = 2,84-10"* mVc для первой и D = 3,13-10"* mVc для второй модели. Таким образом, результаты экспериментов подтверждают независимость коэффициентов эффективной диффузии от скорости фильтрации при выполнении соотношения (2.46).

Представляют интерес полученные с использованием диффузионной модели коэффициенты извилистости пористых сред. Величины оказались существенно большими, чем принимают обычно, исходя из гидродинамической модели: = 2,09 для первой модели пласта и = 1,93 для второй модели пласта.

При выполнении экспериментов по вытеснению углеводородной газообразной смеси сухим газом (метаном) использовались установка и методика, аналогичные описанным выше.

Составы равновесных фаз вуктыльской пластовой углеводородной системы при давлении 5 МПа и исходный состав системы (при давлении 37 МПа) приведены в табл. 2.20. Поскольку в составе равновесной газовой фазы при данных условиях (5 МПа) преобладает метан, а содержание каждого из компонентов фракции Cj. в смеси не превышает 10 % (этана - 9,56, пропана - 4,06 % и т.д.), то влиянием компонентов друг на друга при рассмотрении диффузионных процессов (и использовании коэффициентов диффузии) можно пренебречь [41].

Как и в экспериментах с несорбирующимися газами, вытеснение углеводородного газа сухим (метаном) проводили при скоростях фильтрации, равных 5-10"® м/с. Таким образом, и в этом случае влияние кинетики сорбции на форму фронта практически исключалось.

Таблица 2.20

Состав вуктыльского пластового газа (молярные доли, %) исходного состава и равновесных фаз системы, истощенной до давления 5 МПа