Лабораторное оборудование и методы исследования газоконденсатных смесей

Лекция № 13 Лабораторное оборудование и методы исследования газоконденсатных смесей При исследовании в лаборатории процессов фазовых превращений углеводородной смеси соблюдают термодинамическое подобие тем процессам, которые происходят в пласте. Для этого в комплект лабораторной установки включают не менее двух сосудов высокого давления. В первом, бомбе PVT, проводят изотермическое (при пластовой температуре) снижение давления от начального пластового до атмосферного. Таким способом моделируют фазовые превращения в пласте при разработке залежи на истощение. Соотношения объемов газовой и жидкой фаз измеряют при контактной и дифференциальной конденсации. При контактной конденсации масса и состав газоконденсатной смеси остаются постоянными, а давление снижают, перемещая поршень в бомбе PVT, т. е. увеличивая ее объем. При дифференциальной конденсации газ выпускают из бомбы PVT, не изменяя ее объема. Этот процесс имитирует отбор газа из месторождения. Состав пластовой смеси изменяется, а газовую фазу, отобранную из «пласта» (бомбы PVT), направляют во второй сосуд высокого давления — сепаратор, в котором давление и температуру поддерживают на уровне промысловых условий сепарации. Таким способом имитируют процесс промысловой обработки газа. Соблюдение только термодинамического подобия, т. е. равенства параметров р и Т в пласте и сепараторе их величинам в лабораторных условиях, позволяет получить приближенные исходные данные для перспективного планирования добычи и изменения состава добываемых газа и конденсата. В современных лабораторных исследованиях не соблюдаются условия газогидродинамического подобия процессов фильтрации газоконденсатной смеси в пласте, не учитываются влияние пористой среды на фазовые превращения и отклонения реальных процессов фазовых переходов от условий равновесия, а в сепараторе не соблюдается газодинамическое подобие промысловым процессам подготовки газа к транспортированию. Эти отличия реальных процессов на месторождении от условий лабораторных исследований обусловили использование лабораторных результатов при расчетах разработки в основном по уравнениям материального баланса. Сопоставление лабораторных и фактических данных по девяти месторождениям Краснодарского края показало, что добыча конденсата по отдельным месторождениям на 30— 40 % ниже рассчитанной по лабораторным данным. Несмотря на это, лабораторные исследования являются основным методом прогнозирования фазовых превращений при разработке и эксплуатации газоконденсатных месторождений, так как аналитические (расчетные) методы их прогнозирования менее надежны. Одним из основных узлов установки для исследования газоконденсатных смесей УФР – 2 (см. рисунок 5) является бомба равновесия 3, корпус которой состоит из двух цилиндров: верхнего — газового 2 и нижнего — жидкостного 9. Пространства со стороны штоков цилиндров связаны обводной трубкой 6, уменьшающей осевые усилия на поршни и обеспечивающей синхронное их перемещение при механическом воздействии на поршень 8 жидкостного цилиндра. Привод поршня 8 осуществляется от синхронного двигателя через редуктор и безлюфтовую передачу винт-гайка 10. Объем жидкой фазы отсчитывают по счетчику указателя объема 11. Сельсин-приемник счетчика дистанционно связан с сельсин-датчиком привода и соединен со счетчиком конической передачей, рассчитанной так, что полный объем (в см3) замеряют в тот момент, когда уровень жидкой фазы находится в середине смотрового стекла. Объем газовой фазы отсчитывают по счетчику указателя объема 24. Сельсин-датчик счетчика закреплен на валу двигателя, имеющего контактное устройство, которое включает двигатель при перемещении штока 4 поршня газового цилиндра. Сельсин-приемник соединен со счетчиком газа цилиндрической передачей, рассчитанной таким образом, что объем жидкой фазы отсчитывают в единицах объема (в см3). В газовом цилиндре проба перемешивается электромагнитной мешалкой 5, ось которой является сердечником электромагнитной катушки 1. Раздел фаз исследуемой пробы фиксируется визуально на зеркале, отражающем луч света от осветителя, который проходит через смотровое окно бомбы равновесия. Бомбу PVT нагревают электронагревателем 17, Стабилизация температуры в исследуемой пробе осуществляется электронагревателем 18. Нагреватель 16 предусмотрен для того, чтобы не выпадал конденсат при отборе пробы через шток из цилиндра газовой фазы и не было оттока теплоты, с его помощью температура по всему пути движения газа поддерживается равной температуре внутри бомбы или на 1—2 °С выше. Температура в бомбе равновесия регулируется потенциометром 12 с помощью трех термопар, расположенных у спиралей нагревателей. Давление в гидросистеме и рабочей камере бомбы создается масляным насосом 33 и гидропрессом 32 с механическим приводом. Ресивер 34 установлен в системе для сглаживания пульсаций при работе масляного насоса. Гидропресс обеспечивает также автоматическое поддержание заданного давления: для этого он снабжен обводной линией 31, При открытой обводной линии пресс создает давление до 80 МПа, при закрытой — до 160 МПа. Гидропресс включается в режим регулирования поршневым разделителем 25, снабженным электрическим индикатором. Регулирование ведут по заданному давлению (манометры 26—29). Давление в системе контролируют по манометру 14, а защита от превышения давления осуществляется электроконтактным манометром 15. Для определения выхода конденсата из газа по мере снижения давления при различных режимах сепарации в нижней части сепаратора 20 вмонтированы смотровое стекло с осветителем и измерительный плунжер 19. Давление в сепараторе (до 20 МПа) регистрирует манометр 22, а количество отобранного из системы газа — счетчик 21. Рабочую жидкость подают в систему из напорного бачка через гидропресс и масляный насос. При помощи поршневого контейнера заполняют бомбы газом и повышают давление. Установка снабжена специальным термостатируемым пикнометром высокого давления 23 для отбора пробы паровой фазы при различных режимах работы. Узлы установки жестко закреплены на стенде таким образом, что на месте эксплуатации установку легко смонтировать в защитной кабине, причем щит с управляющими и показывающими приборами может быть одной из ее стенок. Блок автоматики позволяет автоматически управлять установкой в соответствии с технологическими требованиями. Методика исследования на установке УФР-2. При полностью вдвинутом поршне и нижнем плунжере бомбу вакуумируют до 3350 Па и заполняют пробой газа из баллона. Под давлением газа поршень уходит в крайнее верхнее положение. После выравнивания давления в бомбе и баллоне последний отключают от бомбы и подключают к поршневому контейнеру, с помощью которого дополнительно подают необходимое количество газа. Контейнер наполняют газом до остаточного давления пробы в баллоне, затем перекрывают баллон, а контейнер соединяют с масляным насосом и, подняв в нем давление выше, чем давление в бомбе, пробу газа передавливают в бомбу. Затем контейнер отключают от бомбы и соединяют с баллоном, чтобы вытеснить гликоль из контейнера в напорный бачок. Далее цикл повторяется снова, пока в бомбе не будет создано давление, необходимое для проведения опыта. Загрузив в бомбу необходимое количество газовой пробы, рассчитывают объем жидкости, необходимый для загрузки, и измерительным прессом передавливают ее в бомбу. После загрузки бомбы включают обогрев и по достижении определенной температуры опыта включают мешалку. Постоянное давление в бомбе поддерживается верхним поршнем, который перемещается под давлением гликоля, нагнетаемого насосом в камеру бомбы, заключенную между крышкой цилиндра и поршнем. Пробу перемешивают до тех пор, пока не установится фазовое равновесие при заданных температуре и давлении. Фазовые равновесия систем исследуют при температурах от — 10 до + 200°С и давлениях от 2 до 100 МПа. Поправки на давление и температуру к объемам жидкой и газовой фаз определяют расчетом. Установка позволяет определять такие характеристики пластовых термодинамических газов, условиях в как выход процессе конденсата эксплуатации из газа залежей при различных глубокозалегающих газоконденсатных месторождений, а также потери конденсата в пласте. Полученные данные служат исходными при подсчете запасов газа и конденсата, потерь конденсата в пласте, обоснования метода разработки месторождения. Исследование проб сырого конденсата и отсепарированного газа. Отобранные на промысле пробы сырого конденсата и отсепарированного газа исследуют в лабораторных условиях на содержание этана, пропана и бутанов, а стабильного конденсата — на С5+-Прежде всего пробу сырого конденсата необходимо дегазировать на установке дегазации сырого конденсата (рисунок 6). Контейнер 4, содержащий сырой конденсат, помещают в баню 3, температуру в которой поддерживают с помощью термостата 1 и измеряют термометром 5. Между контейнером и газометром 8 помещают стеклянные змеевиковые ловушки 7. погруженные в Охлажденную смесь льда с солью (— 20 °С). Прямая функция ловушек — улавливание жидких углеводородов, уносимых газом из контейнера. Для разгазирования пробы сырого конденсата открывают вентиль контейнера и выпускают газ в газометр со скоростью 5 л/ч. При этом температуру в бане поддерживают равной 20 U C. Давление выходящего газа измеряют манометром 6. После прекращения выделения газа из контейнера при открытом вентиле температуру в нагревающей бане доводят до 30 °С. При этом из контейнера выделяется дополнительное количество газа, которое также собирают в газометр. Наконец, после прекращения его выделения вентиль закрывают и контейнер с содержащимся в нем дегазированным конденсатом охлаждают до 10—15 °С. Для удаления газообразных углеводородов, растворенных в жидкости, собранной в ловушках, температуру охлаждающей смеси постепенно повышают, доводя ее до 5 °С. В конденсат, переливающийся из контейнера в мерный цилиндр добавляют жидкий продукт, выделенный из газа и собранный в змеевиковых ловушках. После этого измеряют объем полученного жидкого продукта (С5+) и определяют его плотность. В результате проведенных промысловых исследований и лабораторных анализов проб газа сепарации и сырого конденсата получают следующие исходные данные для расчета содержания этана, пропана, бутанов, пентанов и вышекипящих в пластовом газе: 1) q — объем сырого конденсата, выделяющегося из 1 м3 отсепарированного газа (в см3) в промысловом сепараторе; 2) V — объем контейнера, в который отбирается сырой конденсат, см 3; 3) a —• объем газа дегазации, выделяемого из сырого конденсата в объеме контейнера, л; 4) b — содержание жидких углеводородов в контейнере, см3; 5) плотность и молекулярная масса стабильной жидкой фазы, оставшейся после дегазации сырого конденсата. Плотность конденсатов находится в прямой зависимости от их группового углеводородного и фракционного составов. Например, конденсаты, в которых велико содержание ароматических углеводородов, имеют большую относительную плотность (0,806—0,826), чем конденсаты, содержащие парафиновые углеводороды. От группового углеводородного состава зависит также и показатель преломления конденсатов (колеблется для исследованных конденсатов в пределах от 1,39 до 1,46). На основании результатов исследований стабильных конденсатов более 60 газоконденсатных месторождений (исследования ВНИИГаза) установлена зависимость между плотностью конденсата и его показателем преломления n20d p420  1.90646nd20  1.96283 При экспериментальном изучении фазовых превращений газоконденсатных систем на существующей аппаратуре (УКГ, УФР-2, бомба PVT) количество жидкой фазы бывает настолько мало, что определить удается лишь п20d . а для определения р420 можно воспользоваться зависимостью; относительная погрешность при этом не превышает ±2%. Молекулярная масса исследованных конденсатов колеблется от 92 до 158. Ее часто находят расчетным путем, используя зависимости между М и некоторыми физическими свойствами конденсатов. Например, формула Крега связывает плотность р с5+ и молекулярную массу Мс5+ : M c5  44.29 c5 /(1.03  c5 ) Наибольшую точность среди расчетных методов при определении молекулярной массы конденсатов дает формула Херша где tкип — средняя температура кипения конденсата, °С. M C 5  1.939436  0.0019764tкип  (2,15  пв20 ) Однако приемлемую точность (относительная погрешность не превышает ± 3,5 %) можно получить лишь для конденсатов, в которых доминируют парафиновые углеводороды. В остальных случаях молекулярная масса конденсата должна определяться экспериментально, криоскопическим методом.