.RU

Термобарические условия в недрах земной коры - Курс лекций по дисциплине: "основы нефтегазового дела" для специальности...


^ Термобарические условия в недрах земной коры
Давление в пласте до начала его разработки (начальное пластовое давление) зависит от глубины залегания пласта и приближенно может быть определено по формуле

Рпл.нач = Нg, (3)

где Рпл.нач - начальное пластовое давление, Па; Н - глубина залегания пласта, м;  - плотность жидкости, кг/м2; g - ускорение свободного падения тела, м/с2.

Пластовое давление обычно не совпадает с расчетным (3), так как определяется не только с учетом условий притока жидкости в пласт и отбора ее. Это объясняется рядом причин: силой тяжести вышележащих горных пород (горным давлением), тектоническими силами, температурой, химическими процессами. Наиболее точно пластовое давление определяется при помощи спускаемых в скважину манометров. При известной плотности жидкости или газа, заполняющих скважину, пластовое давление с достаточной для практических целей точностью определяется расчетным путем:

Рпл = Нg + pу (4)

где Рпл и pу – давление в пласте и на устье скважины, Па.

Такая скважина при открытом устье изливается.

При недохождении уровня жидкости в скважине до устья, пластовое давление составит

Рпл = Н1g (5)

где Н1 – высота столба жидкости в скважине, м.

Определенное в какой-либо точке пласта пластовое давление характерно для пласта в целом только при пологом его залегании. Когда углы падения крыльев пласта значительные, пластовое давление на этих участках будет большим, а в замковой части – меньшим. Для удобства давление в пласте относят к какой-нибудь одной плоскости, например, к уровню моря или к условной плоскости – первоначальному водонефтяному контакту в пласте. Пластовое давление, отнесенное к условной плоскости, называется приведенным пластовым давлением.

Представляет интерес динамика тепловых полей земной коре. Влияние теплового излучения Солнца сказывается до весьма незначительных глубин. Граница раздела влияния внешнего и внутреннего тепловых полей Земли является слой с постоянной отрицательной или положительной температурой. Ниже слоя с постоянной температурой температура в земной коре закономерно возрастает с глубиной. Расстояние по вертикали (в м) в земной коре (ниже зоны постоянной температуры), на котором температура горных пород повышается на 1°С, называется геотермической ступенью. Установлено, что значение геотермической ступени колеблется в верхних слоях земной коры в пределах 11-120 м, среднее ее значение составляет около 33 м. Для характеристики изменения температуры с глубиной иногда пользуются геотермическим градиентом - приростом температуры в °С горных пород на каждые 100 м углубления от зоны постоянной температуры. В среднем геотермический градиент равен 3° С.
^ Происхождение нефти и газа
В недрах земной коры под влиянием давления, температуры и других факторов нефть и газ переходят из одного физического состояния в другое. В результате таких преобразований появляются новые продукты, отличающиеся качественно от ранее существовавшего вещества. Нефть и газ способны перемещаться из материнских пород, где они образовались, в другие породы. Все это очень осложняет исследования вопросов происхождения нефти.

В настоящее время существует две основных гипотезы происхождения нефти и природного газа.

Основные положения гипотезы неорганического происхождения нефти и природного газа были сформулированы в 1877 г. Д. И. Менделеевым, предполагавшим, что углеводороды могут образоваться в недрах Земли при действии перегретого водяного пара на карбиды тяжелых металлов в условиях высоких температур и давлений, что приводит к образованию не жидкой нефти, а паров углеводородов, т. е. составных частей нефти и природного газа.

Основоположник гипотезы органического происхождения нефти и природного газа М. В. Ломоносов еще в 1759 г. объяснил происхождение нефти разложением в недрах Земли без доступа кислорода органических остатков животных и растительных организмов под действием высокой температуры и давления. В результате такого разложения органических остатков образуются углеводороды - составная часть нефти и газа. Нефть в виде мельчайших включений пропитывает горную породу, подвергающуюся с течением времени все большему и большему горному давлению в связи с увеличением мощности накапливающихся осадочных пород. Под влиянием горного давления она перемещается в более пористые породы (песчаники, известняки), образуя залежи.

Физические свойства нефти

По химическому составу нефть - сложное соединение углерода и водорода. Такие соединения называются углеводородами. Известно огромное количество различных по своим свойствам углеводородов, отличающихся друг от друга числом атомов углерода и водорода в молекуле и характером их сцепления.

Кроме углерода и водорода, в нефтях содержатся в небольших количествах кислород, азот и сера, в ничтожных количествах в виде следов -хлор, фосфор, йод и другие химические элементы.

В нефтях встречаются следующие группы углеводородов: 1) метановые (парафиновые); 2) нафтеновые и 3) ароматические. Обычно нефти бывают смешанного типа с преобладанием в их составе той или иной группы углеводородов и в зависимости от этого называются парафиновыми нафтеновыми или ароматическими.

Наиболее распространены в природных условиях углеводороды метанового ряда: метан СН4 этан С2Н6, пропан – С3Н8 и др. Эти углеводороды называют также предельными или насыщенными, что подчеркивает их небольшую химическую активность, а также плохую способность вступать в соединение с атомами других веществ.

Углеводороды от метана до бутана (C4H10) включительно при атмосферном давлении находятся в газообразном состоянии. Из них состоит нефтяной газ. Углеводородные соединения, входящие в состав нефти и содержащие от 5 до 17 атомов углерода в молекуле (C5H12 – C17H36), - жидкие вещества. Углеводороды, с содержащие в молекулах свыше 17 атомов углерода – твердые вещества (парафины и церезины, содержащиеся во всех нефтях).

Физические свойства и качественная характеристика нефтей и нефтяных газов зависят от преобладания в них отдельных углеводородов или смежных групп. Нефти с преобладанием сложных углеводородов (тяжелые нефти) содержат меньшее количество бензиновых и масляных фракций. Содержание в нефти большого количества смолистых и парафиновых соединений делает ее малоподвижной, что требует особых мероприятий для извлечения ее на поверхность и последующего транспортирования.

^ Фракционный состав нефтей и их товарные качества определяются путем лабораторной разгонки, которая основана на том, что каждый углеводород, входящий в ее состав, имеет свою определенную точку кипения. Легкие углеводороды имеют низкие точки кипения. Например, у пентана точка кипения равна 36° С, у гексана - 69° С. У тяжелых углеводородов точки кипения более высокие - до 300° С и выше. Процентное содержание в нефти отдельных фракций, выкипающих в определенных температурных интервалах, характеризует фракционный состав нефти.

Плотность. На промысле первичная характеристика нефти определяется по ее плотности (от 760 до 980 кг/м3). Наиболее ценные из них легкие, с плотностью до 880 кг/м3 (содержат больше бензиновых, масляных фракций).

Вязкость. Нефти обладают самой различной вязкостью (внутреннее трение), в несколько раз превышающей вязкость воды. С повышением температуры вязкость любой жидкости (в том числе и нефти) резко уменьшается. Например, при повышении температуры многих бакинских нефтей от 10 до 30° С уменьшается их вязкость в 2 раза. Вязкость нефти в нефтяных пластах всегда меньше, чем на поверхности. С точки зрения добычи нефти это весьма благоприятный фактор, так как чем меньше ее вязкость, тем меньше расход энергии на добычу и перекачку каждой тонны нефти. Во время перекачки вязких нефтей и мазутов их обычно подогревают.

Физические свойства нефти в пластовых условиях (живой) значительно отличаются от свойств дегазированной нефти. Это объясняется влиянием на пластовую нефть температуры, давления и растворенного газа.

В условиях пластового давления в нефти всегда растворено определенное количество газа, достигающее иногда 300-400 м3 на 1 м3 нефти. Растворенный газ резко снижает плотность и вязкость нефти и увеличивает ее сжимаемость и объем.

Отношение объема нефти в пластовых условиях к объему этой же нефти после ее дегазации, т. е. при "нормальных" условиях, носит название объемного коэффициента нефти:

b = Vпл /Vнор

Объемный коэффициент пластовой нефти показывает, какой объем в пластовых условиях занимает 1 м3 дегазированной нефти. Этот коэффициент всегда больше единицы. У некоторых нефтей он равен 3.

Знание физических характеристик нефти в пластовых условиях необходимо при подсчете запасов нефти и газа, составлении технологических схем разработки нефтяных месторождений, выборе техники и технологии для извлечения нефти из пласта.
^ Физические свойства природного газа
Горючие газы нефтяных и газовых месторождений по химической природе сходны с нефтью. Как и нефть, они являются смесью различных углеводородов: метана, этана, пропана, бутана, пентана. Самый легкий из всех углеводородов - метан; в газах, добываемых из нефтяных и газовых месторождений, его содержится от 40 до 95 % и более.

Отдельные углеводороды, входящие в состав нефтяных газов, отличаются друг от друга физическими свойствами. Это, естественно, отражается и на физических свойствах нефтяного газа. Чем больше в нефтяном газе легких углеводородов (метана и этана), тем легче этот газ и меньше его теплота сгорания. В тяжелых нефтяных газах, наоборот, содержание метана и этана незначительно.

При атмосферных условиях, при температуре 0° С и выше, метан и этан всегда находятся в газообразном состоянии. Пропан и бутан также относятся к газам, но они очень легко переходят в жидкость даже при очень малых давлениях.

Давление, необходимое для перевода того или иного углеводорода из газообразного состояния в жидкое, повышается с ростом температуры. При данной температуре оно тем больше, чем ниже плотность углеводорода. Метан, который при нормальных условиях нельзя превратить в жидкость, обладает наибольшей упругостью паров, его критическая температура равна - 82,1° С (а также этан).

В зависимости от преобладания в нефтяных газах легких или тяжелых (от пропана и выше) углеводородов газы разделяются на две группы - сухие и жирные:

^ Сухой газ - естественный газ, в котором не содержатся тяжелые углеводороды или содержание их незначительно.

Жирный - газ, в котором тяжелые углеводороды содержатся количествах, для получения сжиженных газов или газовых бензинх.

Сухим на практике считается газ, в 1 м3 которого содержится менее 60 г газового бензина; и жирным, если в 1 м3 содержится 60 - 70 г газового бензина.

Более жирные газы сопутствуют обычно легким нефтям. С тяжелыми нефтями, наоборот, добывают по преимуществу сухой газ, состоящий главным образом из метана.

Нефтяные газы содержат кроме углеводородов в незначительных количествах углекислый газ, азот, сероводород, гелий и т.п.

Одним из основных физических параметров нефтяного газа является его плотность, колеблющаяся от 0,72 у метана до 3,2 кг/м3 у пентана.


^ 4. Физические основы нефтегазодобычи

Пластовая энергия и силы, действующие в залежах нефти и газа

Количество потенциальной энергии, которой обладает нефтяная или газовая залежь, определяется пластовым давлением и общим объемом всей системы - нефтяной или газовой залежи и окружающей эту залежь водяной зоны. Большие массы воды окружающие нефтяную или газовую залежь и большие пластовые давления обеспечивают больший запас природной энергии залежи.

До вскрытия пласта сформировавшейся залежи скважинами жидкость и газ находятся в нем практически без движения, в статическом состоянии, и располагаются по вертикали в соответствии со своими плотностями. После вскрытия пласта скважинами и создания на забоях давления, меньшего, чем в пласте, равновесие в нем нарушается: жидкость и газ начинают перемещаться к зонам с пониженным давлением, т. е. к забоям скважин. Пластовая энергия расходуется на перемещение и преодоление сопротивлений, возникающих при движении жидкостей и газа в пористой среде. По мере расходования энергии пластовое давление в большинстве случаев снижается.

Таким образом, залегающие в пластах нефть и газ находятся под действием сил, совокупность которых обусловливает движение нефти, газа и воды в пластах при их разработке, а также характер и интенсивность этого движения.

Силы, действующие в пласте, можно разделить на две группы: силы движения и силы сопротивления, противодействующие движению жидкостей и газа и удерживающие нефть в пластах.

К силам, обусловливающим движение нефти, газа и воды в пластах, относятся:

1) вызываемые напором пластовых контурных вод;

2) проявляющиеся вследствие упругости пластовых водонапорных систем, т. е. упругости жидкости и самих пород пластов;

3) вызываемые напором свободного газа, заключенного в повышенных частях пласта (газовой шапке);

4) вызываемые расширением сжатого газа, растворенного в нефти;

5) сила тяжести нефти.

К силам сопротивления движению нефти в пласте относятся:

1) внутреннее трение жидкости и газа, связанное с преодолением их вязкости;

2) трение нефти, воды или газа о стенки поровых каналов нефтегазосодержащей породы;

3) межфазное трение при относительном движении жидкости и газа по пласту;

4) капиллярные и молекулярно-поверхностные силы, удерживающие нефть в пласте благодаря смачиванию ею стенок поровых каналов.

^ Гидравлическое сопротивление движению жидкости и газа по пласту зависит от вязкости движущихся жидкостей и газа и от скорости потока. При большей вязкости - большие силы сопротивления, при большей скорости потока - большие силы сопротивления.

^ Сопротивление трения при прохождении жидкости и газа через породу зависит от размеров пор и каналов в породе, а также от степени однородности сечения и шероховатости стенок пор.

^ Силы сопротивления при движении нефти через пески тем больше, чем меньше диаметр зерен и меньше сечение каналов в породе пласта.

Силы сопротивления в результате межфазного трения возникают при относительном движении компонентов, вызванном разностью их вязкости.

В мелких порах имеют значение капиллярные силы, удерживающие жидкость и противодействующие движущим силам пласта, стремящихся ее вытеснить.

Избирательное смачивание нефтью и водой песчинок пласта имеет существенное значение, определяющее величину нефтеотдачи пласта.

tema-8-organizacionnoe-proektirovanie-metodicheskie-ukazaniya-po-provedeniyu-prakticheskih-zanyatij-disciplina-opd.html
tema-8-organizaciya-tehnicheskogo-materialnogo-i-trudovogo-obespecheniya-proizvodstva.html
tema-8-osnovnie-makroekonomicheskie-metodicheskie-ukazaniya-dlya-studentov-ekonomicheskih-specialnostej-zaochnogo-otdeleniya.html
tema-8-osobennosti-regulirovaniya-truda-otdelnih-kategorij-rabotnikov-tema-trudovoe-pravo-kak-otrasl-prava.html
tema-8-politicheskaya-elita-2-chasa-1-politologiya-kak-nauka-obekt-predmet-metodologiya-issledovanij.html
tema-8-poziciya-chastnogo-investora-postroenie-otnoshenij-s-municipalnoj-vlastyu-programma-kursa-upravlenie-realnimi-investiciyami.html
  • institute.bystrickaya.ru/formirovaniya-i-utverzhdeniya-dokladov.html
  • writing.bystrickaya.ru/diskurs-ideologichnosti-ili-teoretiko-metodologicheskie-osnovaniya-sociologicheskogo-analiza-ideologicheskih-processov.html
  • literatura.bystrickaya.ru/respublika-horvatiya-informaciya-o-hode-vipolneniya-mezhdunarodnih-dogovorov-respubliki-kazahstan.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/glava-3-segmentaciya-rinka-ou-httpmou-marketologi-ruindex-html.html
  • books.bystrickaya.ru/elektronnie-polyarnie-siyaniya-kursovaya-rabota-po-fizike-nauchnij-professor-korobov-v-e.html
  • abstract.bystrickaya.ru/211-kontrol-i-audit-reinzhiniring-kreditnih-organizacij-upravlencheskaya-analiticheskaya-razrabotka.html
  • diploma.bystrickaya.ru/vistavki-i-vivodki-sdavnih-vremen-ohota-yavlyalas-osnovnim-zanyatiem-mnogih-narodov-i-plemen-naselyavshih-beskrajnie.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-administracii-a-e-dmitriev-informacionnij-byulleten-administracii-sankt-peterburga-6-757-ot-20-fevralya-2012-g.html
  • reading.bystrickaya.ru/konec-charlza-ogastesa-milvertona-artur-konan-dojl-vozvrashenie-sherloka-holmsa.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/prikaz-ministerstva-zdravoohraneniya-zakon-prinyat-gosudarstvennoj-dumoj-14-fevralya-2007-goda-odobren-sovetom-federacii.html
  • urok.bystrickaya.ru/pravitelstvo-sverdlovskoj-oblasti-postanovlenie-ot-11-oktyabrya-2010-g-n-1479-pp-ob-utverzhdenii-oblastnoj-celevoj-programmi-stranica-7.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-2-vedushij-blok-psihotipa-ekaterina-sergeevna-filatova.html
  • vospitanie.bystrickaya.ru/yo-yohor-sokrashayu-znaki-sokrasheniya-i-uprosheniya-notnogo-pisma-abbreviatura-ispolzuetsya-dlya-oboznacheniya-povtoreniya.html
  • reading.bystrickaya.ru/metodicheskie-rekomendacii-po-izucheniyu-kursa-programma-kursa-stranica-20.html
  • abstract.bystrickaya.ru/25-gazoregulyatornie-punkti-i-ustanovki-sistema-imushestvennij-proizvodstvennij-kompleks-sostoyashij-iz-organizacionno.html
  • literature.bystrickaya.ru/departament-po-delam-molodezhi-yaroslavskoj-oblasti-gosudarstvennoe-uchrezhdenie-yaroslavskoj-oblasti.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/melomanov-zhdut-otkritiya-nedavno-v-bolshom-planetarii-moskvi-sostoyalas-blagotvoritelnaya-akciya-dlya-detej-stradayushih.html
  • bukva.bystrickaya.ru/prechistenka.html
  • grade.bystrickaya.ru/mt3-001262-v-edinom-federalnom-reestre-turoperatorov.html
  • testyi.bystrickaya.ru/42-obshij-sostav-informacionnih-sistem-i-programmno-apparatnih-kompleksov-k-konkursnoj-dokumentacii.html
  • doklad.bystrickaya.ru/v-belgorode-vnov-startuet-knizhnij-most-rossijskaya-blagotvoritelnost-v-zerkale-smi.html
  • reading.bystrickaya.ru/kontrolnaya-rabota-po-discipline-tehnicheskie-sredstva-upravleniya-na-temu-ponyatie-organizacionnoj-tehniki.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/adolf-konstan-de-rebek-benzhamen-anri.html
  • nauka.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-sravnitelnaya-politologiya-nazvanie.html
  • testyi.bystrickaya.ru/antuan-de-sent-ekzyuperi-malenkij-princ.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/tablica-2-metodicheskie-ukazaniya-po-vipolneniyu-kursovoj-raboti-dlya-studentov-iv.html
  • education.bystrickaya.ru/13-uleks-ulex-europaeus-pri-nego-nyama-opasnost-ot-predozirane-pri-nego-nyama-opasnost-ot-pogreshna-diagnoza.html
  • composition.bystrickaya.ru/polozhenie-oprovedenii-otkritogo-festivalya-chempionata-sredi-ansamblej-sportivnogo-balnogo-tanca-i-individualnih-ispolnitelej-obshie-polozheniya.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/oznakomlenie-s-virabotannim-civilisticheskoj-naukoj-ponyatijnim-apparatom-teoreticheskim-obosnovaniem-zakreplennih-v-zakonodatelstve-normah-grazhdanskogo-prava-pravilami-ih-tolkovaniya-i-primeneniya.html
  • education.bystrickaya.ru/2-trebovaniya-k-konstruirovaniyu-modulnih-programm-i-modulej-rukovodstvo-dlya-prepodavatelyatyutora-rekomenduemij.html
  • shkola.bystrickaya.ru/pogolove-krupnogo-rogatogo-skota-v-hozyajstvah-vseh-agropromishlennogo-kompleksa-i-selskih-territorij-v.html
  • institute.bystrickaya.ru/gipotezi-o-prirode-sharovoj-molnii-chast-6.html
  • control.bystrickaya.ru/chtobi-ne-bilo-muchitelno-bolno-predsedatel-fonda-socialnogo-strahovaniya-sergej-kalashnikov.html
  • holiday.bystrickaya.ru/nikolaj-semenovich-leskov-ne-vel-dnevnikov-i-ne-ostavil-memuarov-ne-raz-na-sklone-let-on-govoril-o-tom-chto-napishet-vospominaniya-no-etot-zamisel-ostalsya-nev.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/proekt-kontrakta-i-instrukciya-uchastnikam-razmesheniya-zakaza.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.