8. Физико-химические свойства нефти и параметры ее характеризующие: плотность, вязкость, сжимаемость, объемный коэффициент. Их зависимость от температуры и давления.

Плотность дегазированной и пластовой нефти.

Пластовая нефть – неокисленная, содержащая растворенный газ и находящаяся под пластовым давлением и температурой.

Дегазированная нефть – при подъеме нефти на поверхность снижается давление и температура, из нефти выделяется газ. Нефть может вступать во взаимодействие с кислородом. Такую нефть называют дегазированной или устьевой трапной нефтью.

Свойства и состав пластовой нефти отличаются от дегазированной.

Плотность дегазированной и пластовой нефти.

Плотность дегазированной и пластовой нефти изменяется в широких пределах 600 – 700...1000 кг/м³ .

Присутствие в пл. нефти раств-го газа и повышенная температура пласта приводит к уменьшению плотности нефти.

Не все газы одинаково влияют на плотность нефти при их раств-ии. Так с увеличением давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении ее УВ газами ( метан, этанол, пропан) и неУВ (СО₂).

Плотность нефтей насыщенных азотом несколько увеличивается с увеличением давления. Это объясняется тем, что с увеличением давления с одной стороны увеличивается кол-во раств-го в нефти газа, что уменьшает вязкость нефти, с другой при увеличении давления, уменьшается объем нефти из-за упругого ее сжатия, что ведет к увеличению вязкости. Естественно, при раств-ии плохо растворимого азота преобладает второй процесс: процесс увеличения вязкости за счет упругого сжатия нефти.

Кривая изменения вязкости в зависимости от давления:

Плотность, как параметр, необходима для перевода объемных ед. в массовые и наоборот.

Вязкость пластовой нефти.

Она всегда отличается от вязкости дегазированной нефти в следствии большого кол-ва растворенного газа, повышенной температурой плавления и давления. При этом все нефти подчиняются следующим закономерностям:

1. повышение давления приводит к некоторому снижению вязкости (рис. 1)

рис. 1

2. повышение давления вызывает некоторое увеличение вязкости при условии, что Р_пл > Р_нас (рис. 2)

рис. 2

Комментарий к рис. 2: по мере увеличения давления (уч-к АВ) вязкость нефти уменьшается, т.к. увеличивается кол-во растворимого в нефти газа. В точке “В” Р = Р_нас и весь свободный газ растворен в нефти, дальнейшее увеличение давления приводит к некоторому увеличению вязкости нефти за счет упругого сжатия последней.

3. Вязкость нефти уменьшается с увеличением температуры, при этом увеличение давления уменьшает темп падения вязкости (рис. 3)

рис. 3

Примечание: давление насыщения нефти газом указано в начале каждой линии.

В пластовых условиях вязкость нефти может быть в 10 раз меньше вязкости дегазированной нефти.

Вязкость нефти в пластовых условиях изменяется от десятых долей до мПа·с до 2000 - 3000 мПа·с. Сведения о вязкости используют при определении дебита скважин, при подборе нефтепромыслового оборудования и др гидродинамических расчетах.

Определение вязкости.

Вязкость нефти определяется экспериментальным путем на специальном вискозиметре ВВД – У, который поступает вместе с установками типа УИПН и АСМ. Принцип действия вискозиметра основан на измерении времени падения металлического шарика в исследуемой жидкости.

Вязкость нефти при этом определяют по формуле :

μ = t (ρ_ш – ρ_ж ) · k (1)

t – время падения шарика, с

ρ_ш и ρ_ж - плотность шарика и жидкости, кг/м³

k – постоянная вискозиметра

Когда необходимо измерить вязкость в широких пределах напряжений сдвига или перепада давления применяют капиллярные и ротационные вискозиметры

пропуская нефть ч/з капилляр с различным объемом расходов, на концах капилляра опред-т перепад давления

r – радиус капилляра

∆Р - перепад давления на концах капилляра (Па)

μ – вязкость

L – длина капилляра

Сжимаемость нефти

Нефть обладает упругостью. Упругие св-ва нефти оцениваются коэф-ом сжимаемости нефти. Под сжимаемостью нефти понимается способность ж-ти изменять свой объем под действием давления:

β_н = (1)

β_н – коэф-нт сжимаемости нефти, МПа^-1-

V_н – исходный объем нефти, м³

∆V – измерение объема нефти под действием измерения давления ∆Р,

МПа

Физический смысл ф-лы (1):показывает изменение объема нефти при ∆Р на 1. Наиболее низкими значениями коэф-та сжимаемости нефти обладают дегазированные нефти. β_н.дег → (4...7) · 10^-10 Па

У пластовых нефтей, содержащих растворимый газ β_н.пл → 140·10^-10 Па. Но чаще всего коэф-нт сжимаемости пластовой нефти бывает в пределах (25...35) ·10^-10 Па.

Коэф-нт сжимаемости нефти зависит от ее состава, кол-ва раств-го газа и температуры. Чем выше молекулярная масса нефти, тем выше β_н. Чем больше в нефти раств-го газа, тем больше коэф-нт сжимаемости нефти. С увеличением температуры β_н уменьшается, что объясняется ухудшением растворимости газов в нефти.

График зависимости коэф-та сжимаемости от давления носит следующий характер:

Уменьшение β_н со снижением давления ниже давления насыщения обуславливается дегазацией нефти. Величина β_н используется при определении упругих запасов нефти, при расчетах коэф-ов нефти пъезопроводности и упругой емкости пласта.

β_н определяется по кривым Р - ∆V на установках АСМ, УИПН

Объемный коэф-нт и усадка нефти.

Как уже отмечалось, в пластовых условиях нефть занимает больший объем, чем в поверхностных после дегазации.

Под объемным коэф-ом понимают величину, показывающую во сколько раз объем нефти в пластовых условиях превышает объем той же нефти после выделения газа на поверхности.

в = V_пл /V_дег

в – объемный коэф-нт

V_пл и V_дег – объемы пластовой и дегазированной нефти, м³

Используя объемный коэф-нт можно оценить усадку нефти, т.е. уменьшить объем пластовой нефти после извлечения ее на пов-ть.

U = (в -1 / в) · 100%

U – усадка

в₁ = 2,5 =>

в₂ = 2,5 => U₁ = 60 % и U₂ = 71 %

Усадка и объемный коэф-нт зависят от давления, температуры и кол-ва растворенного в нефти газа. Зависимость объемного коэф-та от давления

При снижении пластового давления да давления насыщения из-за упругого расширения нефти, объемный коэф-нт несколько увеличивается. В точке В начинает выделяться свободный газ и объемный коэф-нт уменьшается в связи с уменьшением кол-ва растворимого газа в нефти. Увеличение температуры нефти ухудшает растворимость газов, что приводит к уменьшению объемного коэф-та. Объемный коэф-нт и усадка нефти определяется на установках для исследования пластовых нефтей УИПН, АСМ, бомбы, РVT.

Имеются номограммы построенные по экспериментальным данным, полученные на этих установках, для конкретных залежей месторождений нефти, позволяющие оценить объемный коэф-нт и усадку нефти.

Практические значения ‘в’ и ‘U’. Объемный коэф-нт и усадка нефти необходимы для подсчета запасов нефти и при пересчете объема нефти с пластовых в пластовые условия.