Исследование фазовых равновесий углеводородов и разработка метода их расчета для решения задач эксплуатации нефтяных месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.17, кандидат технических наук Фоминых, Олег Валентинович

• Фоминых, Олег Валентинович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фоминых, Олег Валентинович

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСЧЕТА ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ.

1.1 Общие условия фазового равновесия.

1.2 Основные элементы теории расчета фазовых равновесий.

1.3 Фазовые равновесия в реальных углеводородных системах.

1.4 Растворимость различных газов в углеводородных жидкостях при низких давлениях

1.5 Исследования фазового поведения пластовых нефтей.

1.6 Необходимость учета влияния специфических условий нефтяных пластов на фазовые равновесия.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА КОНСТАНТ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ

2.1 Определение константы фазового равновесия по давлению схождения.

2.2 Определение констант фазового равновесия по методу Редлиха - Квонга.

2.3 Определение констант фазового равновесия по методу Бенедикта, Вебба, Рубина

2.4 Расчет констант фазового равновесия по уравнению Пенга - Робинсона.

2.5 Сравнительный анализ наиболее часто применяемых методов.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2.

3 АНАЛИЗ КОНСТАНТ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМАХ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ.

3.1 Анализ общих закономерностей изменения констант фазового равновесия от давления

3.2 Определение констант фазового равновесия по экспериментальным данным.

4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСЧЕТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНСТАНТ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ.

4.1 Разработка методики расчета газосодержания.

4.2. Оптимизация работы нефтегазосепараторов системы подготовки нефти месторождений ОАО «Газпромнефть - Ноябрьскнефтегаз».

4.2.1 Оценка технологического эффекта увеличения давления первой ступени сепарации

4.3 Методика расчета потерь углеводородов от испарения в резервуарах.

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование фазовых равновесий углеводородов и разработка метода их расчета для решения задач эксплуатации нефтяных месторождений»

Актуальность проблемы

Технологические потери нефти в отрасли составляют около 0,4 % - 0,7 % от массы добываемой, и при этом ухудшается её качество за счет испарения легких фракций. Поэтому в соответствии с требованиями Минпромэнерго РФ производится обоснование нормативов потерь нефти при добыче, связанных с принятой схемой и технологией разработки месторождения. Научными центрами нефтегазодобывающих компаний определяются величины технологических потерь нефти по месторождениям в соответствии с отраслевыми нормативными документами, согласно которым необходимо изучать свойства нефти и газа, количественное содержание каждого компонента гомологического ряда в данной системе и его распределение между жидкой и газовой фазами.

Методы определения парожидкостного равновесия подразделяются на экспериментальные и аналитические, требующие специальной техники или сложных программ для расчета. Основным способом аналитического изучения количественных характеристик является определение констант фазового равновесия, необходимых для расчета концентраций компонента в одной фазе при условии знания концентрации одного и того же компонента в другой фазе. Известно более 150 уравнений состояния и их модификаций различного вида: двух-, трех-, восьми-, одиннадцати-параметрические и т. д. Так как эти уравнения являются универсальными, их использование предусматривает сложный расчет не только констант, но и определение других физико-химических свойств углеводородных смесей. Однако, при эксплуатации месторождений для обоснования технологических потерь нефти, методик определения газосодержания и оптимизации режимов работы нефтегазосепараторов достаточна и необходима разработка простой, менее трудоемкой и более достоверной методики расчета констант фазового равновесия углеводородного сырья.

Цель работы

Повышение качества и снижение потерь добываемой нефти путем совершенствования и упрощения методов расчета фазовых равновесий в технологических процессах подготовки нефти.

Основные задачи исследований

1. Анализ методов расчета фазовых равновесий углеводородов для определения областей их эффективного применения.

2. Разработка и апробация методики определения констант фазового равновесия в интервале низких давлений, характерных для технологических процессов систем сбора и подготовки скважинной продукции.

3. Разработка и апробация метода определения газосодержания углеводородной смеси при термобарических условиях принятой схемы и технологии эксплуатации месторождения.

4. Разработка и апробация методики расчета максимально возможных потерь нефти от испарения с применением констант фазового равновесия.

5. Разработка и апробация методики оптимизации режимов работы нефтегазосепараторов с целью увеличения выхода товарной нефти.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются физические свойства газожидкостных смесей в системе пласт-скважина-система подготовки нефти и попутного газа к утилизации, предметом - фазовые равновесия углеводородной системы при расчете технологических процессов подготовки нефти.

Научная новизна выполненной работы

1. Доказана возможность применения уравнения Рауля-Дальтона с расчетом давления насыщенного пара по уравнению Антуана для определения констант фазового равновесия при давлениях до 1 МПа с погрешностью не более 3 %.

2. Разработан экспресс-метод расчета истинного молярного газосодержания углеводородной смеси при различных термобарических условиях.

3. Разработана методика оптимизации режимов работы нефтегазосепараторов, позволяющая изменением термобарических условий сепарации снизить содержание широких фракций легких углеводородов в отгоняемом газе до 5 %.

Практическая ценность и реализация

1. Модифицированная методика расчета констант фазового равновесия используется в ОАО «Гипротюменнефтегаз» при обосновании режимов работы нефтегазосепараторов, обеспечивающих повышение качества подготовки нефти.

2. Методика расчета максимально возможных потерь нефти от испарения используется при экспертной оценке ОАО «НижневартовскНИПИнефть» нормативов технологических потерь нефти при добыче, связанных с принятой схемой и технологией разработки месторождений Нижневартовского региона.

3. Внедрение методики оптимизации режимов работы нефтегазосепараторов в ОАО «Газпромнефть — Ноябрьскнефтегаз» позволяет снизить содержание широких фракций легких углеводородов в отгоняемом газе до 5 % при увеличении температуры сепарации на 5 °С.

Основные защищаемые положения

1) Метод расчета констант фазового равновесия углеводородов при давлениях не более 1,0 МПа, основанный на совместном решении уравнений Рауля и Дальтона.

2) Метод расчета истинного молярного газосодержания углеводородной смеси при различных термобарических условиях.

3) Методика расчета потерь нефти от испарения из резервуаров подготовки нефти за один цикл изменения термобарических условий.

4) Методика оптимизации режимов работы нефтегазосепараторов, направленная на повышение качества подготовки нефти и сохранение в ней ценных фракций легких углеводородов.

Заключение диссертации по теме «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Фоминых, Олег Валентинович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе критического анализа методов расчета фазовых равновесий углеводородов обосновано, что введение в уравнения состояния коэффициентов, заменяющих давление насыщенного пара (летучесть, активность), показывает отклонение свойств рассматриваемой системы от идеальных и не вносит принципиальных отличий в совместное решение законов Рауля и Дальтона.

2. Доказано, что при значении давления не более 1,0 МПа углеводородная смесь, даже содержащая неуглеводородные компоненты, подчиняется законам идеального раствора. На основе этого разработана методика определения констант фазового равновесия в интервалах низких давлений, характерных для технологических процессов систем сбора и подготовки скважинной продукции, путем совместного решения уравнений Рауля - Дальтона с расчетом давления насыщенных паров компонентов по уравнению Антуана. Погрешность не превышает 3%.

3. Разработана аналитическая методика расчета истинного молярного газосодержания, которое легко можно перевести в объемное или массовое. Расчеты по нескольким месторождениям (Орехово — Ермаковского, Западно -Сургутского, Угутского и Красноленинского) показали, что погрешность не превышает 6 %.

5. Разработана методика расчета максимально возможных потерь нефти от испарения, которую предлагается использовать на стадии проектирования систем подготовки нефти и при экспертной оценке нормативов технологических потерь нефти при добыче, связанных с принятой схемой и технологией разработки месторождений.

6. На основе разработанной методики оптимизацией термобарических условий работы нефтегазосепараторов на Вынгапуровском и Крайнем месторождении достигается снижение содержания широких фракций легких углеводородов в отгоняемом газе до 5 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фоминых, Олег Валентинович, 2011 год

1. Фоминых О.В. Исследование методов расчета фазовых равновесий углеводородов / О.В. Фоминых, М.С. Яковлева, С.А. Леонтьев // Территория нефтегаз. 2010. -№??.- С. ??-??

2. Benedict М., Webb G.B., Rubin L.C. An empirical equation for thermodynamic properties of light hydrocarbons and their mixtures: J. Chem. Physics, 8, 334-345 (1940); 10, 747-758 (1942).

3. Redlich O., Kwong J. N.S. On the thermodynamics of solutions: V: an equation of state. Fugacities of gaseous solutions. Chem. Fundamen., 9, 287-290 (1970)/

4. Starling K.E., Powers G.E. Enthalpy of mixtures by modified BWR equation. Ing. Eng. Chem. Fundamentals 1970, 9, № 4, p. 531-537.

5. Рабинович Г.Г. Расчет основных процессов и аппаратов нефтепереработки / Г.Г. Рабинович, П.М. Рябых, П.А. Хохряков и др // М.: Химия, 1979. 568 с.

6. Намиот А.Ю. Фазовые равновесия в добыче нефти // М.: Недра, 1976.- 183 с.

7. Рид Р., Шервуд Т. Свойства жидкостей и газов. Определение и корреляция. Пер. с англ. Д.: Химия, 1966.

8. Леонтьев С.А. Определение констант фазового равновесия по данным исследования глубинных проб нефти / С.А. Леонтьев, О.В. Фоминых // Известия вузов. Нефть и газ. 2009. - № 4. - С. 84-87.

9. Кричевский И.Р. Понятия и основа термодинамики, «Химия», 1970. -439 с.

10. Кричевский И.Р. Фазовые равновесия в растворах при высоких давлениях. М.: Госхимиздат, 1952. 166 с.

11. Гуревич Г. А., Ширковский А.И. Аналитические методы исследования парожидкостного состояния природных углеводородных газов (Обзор зарубежной литературы). М.: ВНИИОЭНГ, 1975.-132 с.

12. Степанова Г.С. Фазовые превращения углеводородных смесей газоконденсатных месторождений // М.: Недра, 1974. — 271 с.

13. Герасимов Я.И. Курс физической химии // Химия, 1964. 624 с.

14. Redlich О., N.S. Kwong: Chem. Rev., 44:233 (1949)

15. Wilson G.M.: Adv. Cryog. Eng., 9: 168 (1964), 11: 392 (1966)

16. Horvat A.L.: Chem. Eng. Sei, 29:1334 (1974)

17. Barnes F.J.: Ph. D. thesis Department of Chemical Engineering, University of California, Berkeley, 1973.

18. Chaudron J.L. Asselineau and H. Renon: Chem. Eng. Sei., 28:8391973)

19. SoaveG.: Chem. Eng. Sei., 27:1197 (1972)

20. Vogi W.F., Hall K.R.: AlChE J., 16: 1103 (1970)

21. Wilson G.M.: Adv. Cryog. Eng., 9: 168 (1964), 11:392(1966)

22. Wilson G.M./ 65th Natl. Meet AlChE. Clevland, 1969, pap. 15 C.

23. Bishop P.R., Miranda R.D., Robinson D.B. Hydrocarbon Process., 53 (11), 197(1974)

24. Cooper H.W., Goldfrank J.C. // Hydrocarbon Process., 46 (12), 141 (1967)

25. Lin C.-J. Hopke S.W. Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 70 (140): 371974)

26. Lu, В. C. J., Ruerher J.A. His C., Chiu С. - H. // J/ Chem. Eng. Data? 18:241 (1973)

27. Barner H.E., Adler S.B. // Hydrocarbon Process., 47 (10): 150 (1968)

28. Barner H.E., Schreiner W.C. // Hydrocarbon Process., 45 (6): 161 (1966)

29. Benedict M., Webb G.B., Rubin L.C. //-Chem. Eng. Prog., 47: 419 (1951)

30. Kaufman T.G. // Ind. Eng. Cnem. Fundam., 7: 115 (1968)

31. Lin M.S., Naphtali L.M. // AlChE J., 9: 580(1963)

32. Sood S.K., Haselden G.G. // AlChE J., 16: 891 (1970)1. Colo

33. Zudkevitch D., Kaufmann T.G. // AlChE J., 12: 557c(1966)

34. Kay W.B. Liquid-vapor equilibrium relationships in binsry systems. Propane n alkane and h - heptane // Ind. Chem. Eng. Data. - 1971. - v. 16. - № 2. -pp. 137-140

35. O.B. Фоминых Исследование методов расчета констант фазового равновесия / Яковлева М.С., Леонтьев С.А., Грачева С.К., Фоминых О.В. // Нефтепромысловое дело. — 2010. № 8. — С. 25-28

36. Martin J.J.: Chem/ Eng.Prog. Symp. Ser., 59 (44): 120 (1963)

37. Martin J.J.A Ind. Eng. Chem., 59 (12): 34 (1967)

38. Martin J.J., Y.-C. Hou: AIChE J., 1:142 (1955)

39. Martin J.J., Kapoor R.M., DeNevers N. AIChE J. 5: 159 (1959)

40. Martin J.J. Stanford T.G. Chem. Eng. Prog. Symp. Ser., 70 (140): 1 (1947)

41. Abbot M.M. AIChE J. 19: 596 (1973)

42. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М. : Наука, 1972 г. 721 с.

43. Дунюшкин И.И. Расчеты физико-химических свойств пластовой и промысловой нефти и воды / И.И. Дунюшкин, И.Т. Мищенко, Е.И. Елисеева // Учебное пособие для вузов- М.: ФГУП Из-во «Нефть ит газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. 448 с

44. Жузе Т.П., Ушакова Г.С., Юшкевич Г.Н. Влияние высоких давлений и температур на содержание и свойства конденсата в газовой фазе нефтяных месторождений. Геохимия, 1962. № 8. - с. 689-697.

45. ОСТ 39-112-80 НЕФТЬ. ТИПОВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПЛАСТОВОЙ НЕФТИ. ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЯ. ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

46. Амикс Дж., Басс Д., Уайтинг Р. Физика нефтяного пласта. Перевод с англ. М., Гостоптеиздат, 1962. — 572 с.

47. Жузе Т.П., Юшкевич Г.Н., Ушакова Н.С. Изучение фазовых равновесий в низкокипящих углеводородных смесях с газовым компонентом. В сб. «Миграция нефти и газа и фазовые равновесия в углеводородных системах», М, ИГиРГИ, 1969. С. 106-119.

48. Катц Д. Руководство по добыче, транспорту и переработке газа. М., Недра, 1965.-676 с.

49. Кричевский И.Р. Фазовые равновесия в растворах при высоких давлениях. М. — Госхимиздат, 1952. 166 с.

50. Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. — 143 с.

51. Долгов Д.В. Исследование и разработка технологии рационального использования нефтяного газа низкого давления // Дисс. канд. техн. наук. — Тюмень: ТюмГНУ, 2009. 96 с.

52. Фоминых О.В. Оптимизация режимов работы нефтегазосепараторов // Проблемы геологии и освоения недр: Сб. науч. тр. -Томск: ТПУ, 2009. С. 488-490.

53. Фоминых О.В. Методика расчета потерь нефти от испарения из резервуаров / О.В. Фоминых, С.А. Леонтьев, Л.Н. Духневич // Нефтяное хозяйство, 2010. № 4. - 2010. - С. 25-27

54. РД 153-39-019-97. Методические указания по определению технологических потерь нефти на предприятиях нефтяных компаний Российской Федерации.

55. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и неф те химии/А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов, А.И. Владимиров, В.А. Щелкунов. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. - 677 с.

56. Кричевский И.Р. Фазовые равновесия в растворах при высоких давлениях. М. — Госхимиздат, 1952. — 166 с.

57. Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. — 143 с.

58. Долгов Д.В. Исследование и разработка технологии рационального использования нефтяного газа низкого давления // Дисс. канд. техн. наук. -Тюмень: ТюмГНУ, 2009. 96 с.

59. Фоминых О.В. Методика расчета потерь нефти от испарения из резервуаров / О.В. Фоминых, С.А. Леонтьев, Л.Н. Духневич // Нефтяное хозяйство, 2010. № 4. - 2010. - С. 25-27

60. РД 153-39-019-97. Методические указания по определению технологических потерь нефти на предприятиях нефтяных компаний Российской Федерации.

61. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и неф те химии/А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов, А.И. Владимиров, В.А. Щелкунов. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. - 677 с.

62. Фоминых О.В. Расчеты констант фазового равновесия: Монография / О.В. Фоминых, С.А. Леонтьев, P.M. Галикеев. СПб: Недра, 2010.-105 с.

63. Александров А.И. Ректификационные и абсорбционные аппараты 3-к издание Мю: Химия, 1978. 280 с.

64. Зейгман, Ю.В.; Шамаев, Г.А. Справочник нефтяника // Уфа: Tay 272 с. -2005 г.

65. Б.Б. Квеско Подземная нефтегазовая гидромеханика. . Томск: ТПУ, 2006 г. 141 с.

66. Аль-Окла Вахиб Абдель Моделирование физико-химических свойств углеводородов и подготовка нефти // Дисс. канд. техн. наук, Уфа. — 2004. 144 с.

67. Булейко В.М. Закономерности фазовых превращений углеводородных смесей в нефтегазоносных пластах разрабатываемых месторождений по экспериментальным данным // Дисс. д-р техн. наук, Москва. -2007.-277 с.