Расчет состава и свойств нефтяного газа. Корреляционные связи физико-химических свойств нефти. Нефтяные эмульсии

Страницы работы

Фрагмент текста работы

этого задаемся произвольными молярными долями газообразной фазы в смеси. Например, первое приближение Nv = 0.5. Затем, используя данные о составе смеси, рассчитывают значение левой части уравнения (4.8). В результате вычислений, при молярных долях газообразной фазы в смеси Nv = 0.5, 0.4, 0.475, 0.47, 0.46, 0.465, 0.4655,0.467, 0.466 получены соответственно следующие значения левой части уравнения 0.0, -0.1074, 0, 2151, -0.0284, -0.0126, 0.0191, 0.0032, 0.0017, -0.0042, 0.000077.

Принимаем как окончательное значение Nv = 0.466.

Так как исходный состав пластовой нефти, как правило, содержит погрешность, то при решении (4.8) вполне можно ограничиться приближением, при котором абсолютная величина значения правой части уравнения (4.8) отличается от нуля не более, чем на 0.003, что позволяет сократить объем вычислительной работы.

Результаты расчета равновесных составов газообразной и жидкой фаз по (4.5) и (4.6) представлены в таблице 4.1.

Расчет количества образовавшихся фаз показан в типовой задаче 4.2.

РАВНОВЕСНЫЕ СОСТАВЫ СМЕСИ НЕФТИ И ГАЗА ПРИ 0.3 МПА И 38 ОС

Таблица 4.1

Компоненты

Молярные составы нефти и газа при различных приближениях

Nv = 0.465

Nv = 0.466

Nv = 0.467

Nil

Niv

Nil

Niv

Nil

Niv

N2

8*10-6

0,0021

8*10-6

0,0021

8*10-6

0,0021

CH4

0,011

0,6965

0,011

0,6952

0,0109

0,6937

C2H6

0,0052

0,0682

0,0052

0,0681

0,0052

0,068

C3H8

0,0296

0,1169

0,0296

0,1168

0,0295

0,1166

i-C4H10

0,0148

0,0238

0,0148

0,0238

0,0148

0,0238

C4H10

0,0431

0,0508

0,0431

0,0508

0,0431

0,0508

i-C5H12

0,0218

0,0107

0,0218

0,0107

0,0218

0,0107

C5H12

0,0343

0,0141

0,0343

0,0141

0,0344

0,0141

C6H14

0,1394

0,0181

0,1396

0,0181

0,1398

0,0182

C7H16+В

0,6996

0

0,7009

0

0,7023

0

Итого

0,9988

1,0013

1,0003

0,9997

1,0018

0,998

Пример оформления решения задачи на расчет фазового равновесия нефть-газ в EXCEL:

Таблица 4.2

Компоненты

Молярный

состав пластовой

нефти,   Ni(L+V)

Молекулярная масса компонентов, г/моль

Константы равновесия при Р=0,6 МПа,

t=20 ОС

Молярный состав

продуктов

сепарации

бор

NV

Нефть, NiL

Газ, NiV

СН4

0,2671

16

25

0,034706

0,867658

0,8329522

С2H6

0,0182

30

7

0,006731

0,047120

0,0403889

С3Н8

0,0375

44

1,4

0,033735

0,047229

0,0134941

i-C4H10

0,0152

58

0,56

0,017327

0,009703

-0,007624

n-C4H10

0,0352

58

0,38

0,042562

0,016173

-0,026389

i-C5H12

0,0183

72

0,16

0,023901

0,003824

-0,020077

n- C5H12

0,0262

72

0,12

0,034460

0,004135

-0,030326

C6H14

0,0729

86

0,04

0,099568

0,003982

-0,095586

C7+ ВЫСШИЕ

0,5074

250

0

0,703744

0

-0,703745

0,996738

0,999827

0,0030892

Сумма = 1

NV = 0,279

NL = 0,721

Продолжение таблицы 4.2:

Молекулярная масса смеси,

Мсм

Число молей исходной смеси,    nсм

Число молей нефти,     nн

Число молей газа,     nг

Молекулярная масса нефти,      Мн

Молекулярная масса газа,     

Мг

Количество нефти,      Gн,

 т/сут

Количество газа,       Gг,

 т/сут

Заданный расход смеси, т/сут

4,27

0,55

13,88

0,54

0,20

1,41

1,65

1,48

2,08

0,88

1,00

0,56

2,04

2,47

0,94

1,32

1,72

0,27

1,87

2,48

0,29

6,26

8,56

0,34

126,85

175,93

0

145,71

823

594

229

194,43

19,8

115450,8

4549,2

120000

ТИПОВАЯ ЗАДАЧА 4.2.

Газ концевых ступеней сепарации в количестве 143.82 т/сут сжимается до давления первой ступени сепарации 0.5 МПа и охлаждается в воздушном холодильнике до 10 оС, затем поступает в сепаратор для отделения конденсата от газообразной фазы.

Молярный состав газа концевых ступеней сепарации принять следующим (%): метан 47.3, этан 9.03, пропан 18.81, изобутан 11.11, бутан 8.0, изопентан 1.95, пентан 2.1, гексан 1.7.

Определить составы газа и конденсата после компримирования и охлаждения. Найти количество получающегося конденсата.

Решение:

Решение задачи сводится к решению уравнения фазовых равновесий (4.8) и затем уравнений (4.5), (4.6). Константы фазового равновесия определяют по номограммам или таблицам.

Решения уравнения (4.8) при последовательных приближениях молярных долей газообразной фазы смеси Nv = 0.5; 0.99; 0.9; 0.9; 0.92; 0.91; 0.917 равны соответственно значениям левой части этого уравнения: 0.7998; -0.5308; 0.0553; -0.1440; -0.01010; 0.0243; 0.00059.

Если значение левой части уравнения (4.8) по абсолютной величине меньше 0.003, то поиски решения заканчиваются, а молярная доля газообразной фазы, при которой получено такое отличие левой части от нуля, используется в дальнейших расчетах.

Всего в сепаратор поступает 143.82т/сут смеси углеводородов, молярная масса которых равна

где r — число углеводородов в смеси.

Из всего количества молей смеси углеводородов

m/Mсм = 143.82/34.1 * 10 3 = 4217.6 кмоль/сут

0.917 составляет газ и 0.083 – соответственно, конденсат.

Так как молярная масса получающегося газа равна

а конденсата

то количество конденсата, образующегося в сепаратор, будет

4217.6 * 62.66 * 0.083 = 21.93 т/сут,

и, соответственно, газа

4217.6 * 31.5 * 0.917 = 121.83 т/сут.

Сумма 121.83 + 21.93 = 143.76 < 143.82 на 0.06 вследствие округления при расчете.

Полученный газ содержит еще много пропан-бутановых фракций и поэтому охлаждение его только до 10 оС недостаточно.

Результаты  предоставлены в таблице 4.3.

СОСТАВЫ КОНДЕНСАТА И ГАЗА ПОСЛЕ КОМПРИМИРОВАНИЯ ПРИ 0.5 МПА И ОХЛАЖДЕНИИ ДО 10ОС

Таблица 4.3

Компоненты

Константы равновесия

Молярный состав, %

конденсата

газа

расчетный

откоррект.

расчетный

откоррект.

  СH4

33.0

  1.56

   1.55

  51.44

  51.44

  C2H6

 5.0

  1.93

   1.95

   9.67

   9.67

  C3H8

 1.3

 14.75

  14.75

  19.18

  19.18

i-C4H10

 0.45

 22.42

  22.45

  10.09

  10.09

  C4H10

 0.35

 19.80

  19.80

   6.93

   6.93

i-C5H12

 0.11

 10.61

  10.60

   1.17

   1.17

  C5H12

 0.09

 12.69

  12.70

   1.14

   1.14

  C6H14

 0.024

 16.19

  16.20

   0.39

   0.38

Сумма 

99.95

100.00

100.01

100.00

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ «РАСЧЕТЫ РАЗГАЗИРОВАНИЯ НЕФТЕЙ»

ЗАДАЧА 4.1.

Исходя из состава пластовой нефти, рассчитайте:

равновесные составы, физико-химические свойства нефти (молекулярную массу) и газа (молекулярную массу, плотность, относительную плотность), получающихся при одноступенчатой сепарации при заданных условиях и расходе сырья, и их количество.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ЗАДАНИЮ ПО ТЕМЕ «РАСЧЕТЫ РАЗГАЗИРОВАНИЯ НЕФТЕЙ»

Таблица 4.4

Состав исходной

смеси, % мольн.

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

СН4

32,55

24,42

17,26

27,37

27,45

36,01

38,30

39,58

50,35

17,26

С2H6

0,38

1,22

3,24

2,36

3,89

0,30

9,61

0,27

13,20

3,24

С3Н8

0,72

2,67

6,82

5,00

8,01

0,32

7,99

0,22

7,29

6,82

i-C4H10

1,16

1,68

1,36

2,01

1,78

0,64

0,86

0,62

1,35

1,36

n-C4H10

0,82

3,56

4,17

3,86

5,70

0,12

3,94

0,13

3,36

4,17

i-C5H12

1,29

1,96

1,65

1,98

2,09

0,22

1,27

0,27

1,22

1,65

n- C5H12

0,53

2,65

2,58

2,38

3,53

0,06

2,48

0,08

1,78

2,58

C6H14

3,47

5,22

4,42

5,27

5,66

1,56

3,20

0,76

2,48

4,42

C7+ ВЫСШИЕ  

(нелетучий остаток)

59,08

56,62

58,50

49,77

41,89

60,77

32,35

58,07

18,97

58,50

Молекулярная масса остатка

264

206

249

240

210

284

264

314

215

250

Расход сырья, т/сут

5200

6500

5980

8000

6000

7600

6800

8400

10000

9200

Условия сепарации:

давление, МПа

0,3

0,2

0,4

0,6

0,7

0,5

0,4

0,5

0,6

0,7

температура, оС

30

20

10

20

25

30

20

10

15

35


  1. НЕФТЯНЫЕ ЭМУЛЬСИИ

ТИПОВАЯ ЗАДАЧА 5.1

Пластовая вода плотностью 1086 кг/м3 и нефть плотностью 840 кг/м3 при добыче образуют эмульсию. Рассчитать плотность эмульсии, если известно, что она содержит 45% чистой воды, а минерализация обусловлена NaCl или CaCl2.

Дано: ρв = 1086 кг/м3; ρн = 840 кг/м3; gо = 45%;

Найти: ρэ =?;

Решение

Плотность эмульсии определяется по формуле

ρэ = 1 / (0.01g / ρв + (1 - 0.01g) / ρн)

Исходя из плотности пластовой воды по таблице находим соответствующее содержание растворенных солей Х, %:

при ρВ = 1086 кг/м3    Х = 12%

Рассчитываем содержание воды и растворенных солей в эмульсии:

g = g0 / (1 - 0.01X) = 45 / (1 - 0.01 * 12) = 45 / 0.88 = 51.14%

Плотность эмульсии:

ρэ = 1 / (0.01 * 51.14 / 1086 + (1 - 0.01 * 51.14) / 840) = 952 кг/м3

ПРИЛОЖЕНИЕ К РАЗДЕЛУ 5

ПЛОТНОСТЬ РАСТВОРОВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЛЕЙ

Таблица 5.1

NaCl (20*)

CaCl2 (20*)

Х, %

ρ, кг/м3

Х, %

ρ, кг/м3

1

1005,3

1

1007,0

2

1012,5

2

1014,8

4

1026,8

4

1031,6

6

1041,3

6

1048,6

8

1055,9

8

1065,9

10

1070,7

10

1083,5

12

1085,7

12

1101,5

14

1100,9

14

1119,8

16

1116,2

16

1138,6

18

1131,9

18

1157,8

20

1147,8

20

1177,5

22

1164,0

25

1228,4

24

1180,4

28

1260,3

26

1197,2

30

1281,6

-

-

35

1337,3

-

-

40

1395,7

ТИПОВАЯ ЗАДАЧА 5.2

В сборный коллектор после первой ступени сепарации дожимными насосами перекачивается обводненная продукция L скважин с дебитами Qj, м3/сут (в условиях сборного коллектора). Массовая обводненность продукции каждой j-той скважины в условиях сборного коллектора составляет Wj. Известны значения плотности нефти ρн и воды ρв после дожимных насосов.

Найти:

·  массовую долю воды в смеси продукций всех скважин (массовую обводненность);

·  плотность эмульсии в сборном коллекторе (плотность смеси эмульсий всех скважин).

Дано:

Q1 = 65 м3/сут   W1 = 0.2   

Q2 = 65 - || -       W2 = 0.25 

Q3 = 64 - || -       W3 = 0.3   

Q4 = 60 - || -       W4 = 0.15

Q5 = 70 - || -       W5 = 0.1

Q6 = 80 - || -       W6 = 0

ρн = 860 кг/м3

ρв =1040 кг/м3

Найти: Wсм =?, ρсм =?;

Решение:

1. Определение массовой обводненности смеси продукции скважин.

Известно, что массовая доля компонента в смеси gi – это отношение массы i-го компонента к суммарной массе смеси L компонентов:

                      1 =< i =< L.                              (1)

В частном случае, массовая доля воды в водонефтяной эмульсии W -это отношение массы воды в эмульсии к массе водонефтяной эмульсии:

W = mв/mэ,                                                                  (2)

где mэ — масса водонефтяной эмульсии, кг,

mэ = mв + mн,                                                               (3)

где mн — масса нефти в эмульсии, кг.

Исходя из уравнений (1,2), можем записать:

                                                          (4)

Из уравнения (2) следует, что масса воды в продукции j-той скважины

Похожие материалы

Информация о работе