Olieboblepunktstryk

I deres oprindelige tilstand indeholder reservoirolier en del naturgas i opløsning. Det tryk, ved hvilket denne naturgas begynder at komme ud af opløsningen og danne bobler, er kendt som bobletrykket. På denne side gennemgås beregninger af boblepunktet og opløsningens gas/olie-forhold (GOR).

Korrelationer til beregning af boblepunkt

• 

  Tabel 1

• 

  Tabel 1 contd.

• 

  Tabel 1 contd.

• 

  Tabel 1 contd.

• 

  Tabel 2

Disse ligninger kan udtrykkes funktionelt som:

………………..(1)

Løsningen GOR bestemmes ved at omarrangere en given korrelationsligning.

Statistisk analyse af korrelationer

Flere undersøgelser indeholder statistiske analyser af korrelationer mellem boblepunkt og tryk og opløsnings-GOR og giver anbefalinger baseret på deres resultater; ingen af disse referencer undersøger dog det fulde sæt af korrelationer. Al-Shammasi samlede en database med 1.243 datapunkter fra litteraturen. Denne blev suppleret med 133 prøver, der var tilgængelige fra en GeoMark Research-database, hvilket bragte det samlede antal datapunkter op på 1 376. Disse data blev derefter brugt til at rangordne boblepunktstrykskorrelationerne. Tabel 3 opsummerer de dataområder, der er fundet i denne samling, og fordelingen. Fig. 1 viser fordelingen af de data, der er anvendt til udarbejdelse af PVT-korrelationer.

• 

  Tabel 3

• 

  Fig. 1 – Fordeling af de data, der er anvendt til udarbejdelse af PVT-korrelationer.

Tabel 4 opsummerer korrelationspræstationer. Resultaterne er sorteret efter absolut gennemsnitlig relativ fejl, hvilket gav et middel til at rangordne metoderne.

• 

  Tabel 4

Dataene blev yderligere grupperet for at undersøge, hvilken betydning råolietyngdekraften og GOR har for korrelationernes konsistens. Metoder foreslået af Lasater, Al-Shammasi og Velarde et al. viste pålidelighed over en bred vifte af betingelser. Forfatteren har oplevet gode resultater fra både Standing- og Glasø-korrelationerne, selv om de måske ikke har haft høj rang i dette datasæt. Fig. 2 viser disse korrelationer til sammenligning.

• 

  Fig. 2 – Udvalgte boblepunktstrykskorrelationer.

Korrelationssammenligning for varierende opløsning GOR

Fig. 3 opsummerer grafisk resultaterne af alle 32 boblepunktstrykskorrelationer for varierende GOR, en 35°API råolie, en kulbrintegasgravitation på 0,65 og en temperatur på 150°F. De enkelte metoder er ikke mærket, fordi det er svarenes omfang og rækkevidde, der er af interesse. Nogle oplysninger om korrelationstendenser kan indsamles fra outliers.

• 

  Fig. 3 – Forholdet mellem boblepunktstryk og opløsningens GOR.

Indflydelse af urenheder på korrelationer

Owolabis metode for Alaska Cook Inlet Basin råoliesystemer, der er vist i fig. 3, illustrerer virkningen af gasforureninger på boblepunktstrykskorrelationen. Dette råoliesystem er karakteriseret ved GOR’er i intervallet 200 til 300 scf/STB og et nitrogenindhold på 5 til 15 %. Det begrænsede interval af GOR’er kombineret med nitrogen i overfladegassen resulterer i en korrelation, der forudsiger ret store værdier for bobletrykket, når den ekstrapoleres til højere GOR’er. Dette illustrerer faldgruberne ved at udvikle en korrelation ud fra et begrænset datasæt og understreger yderligere vigtigheden af at forstå anvendelsesområdet for en given korrelation. Metoden kan være fuldt ud gyldig inden for et begrænset område af betingelser; men de ligninger, der definerer metoden, er måske ikke egnede til ekstrapolation.

Dette eksempel illustrerer også vigtigheden af at justere det beregnede boblepunktstryk for virkningerne af gasforureninger. For det meste er boblepunkts- og trykkorrelationerne blevet etableret med få eller ingen urenheder i gassen. Owolabi erkendte betydningen af disse urenheder og deres indvirkning på de beregnede resultater. Der er udviklet metoder til at justere det beregnede boblepunktstryk for gasforureninger, og de bør anvendes.

Justeringer for at tage hensyn til råstofsammensætningen

Det er lærerigt at fokusere på den store spredning i det interval af korrelationer, der er vist i fig. 3. Korrelationerne danner en kernekuvert af resultater, der falder sammen med de variationer, der forventes som følge af råoliens kemiske natur. Korrelationer med resultater, der ligger over og under kernekuverten, blev ignoreret, og forskellen mellem høje og lave resultater blev bestemt som vist i fig. 4.

• 

  Figur. 4 – Variabilitet defineret ved hjælp af bobletrykskorrelationer.

Korrelationer, der kun anvender API-gravitation til at definere råoliekomponenten, beskriver ikke i tilstrækkelig grad råoliens kemiske karakter. Lasaters metode er baseret på en relation mellem råoliens tyngdekraft og molekylvægt. Whitsons Watson-ligning for karakteriseringsfaktoren kan anvendes til at undersøge dette forhold. Lasater rapporterede, at forholdet mellem olietyngdekraft og molekylvægt svarede til en Watson-karakteriseringsfaktor på 11,8; ved nærmere undersøgelse viser det sig imidlertid, at sammenhængen er repræsentativ for paraffinolie med en Watson-karakteriseringsfaktor på ca. 12,2, som det fremgår af fig. 5. Whitson og Brulé anbefalede, at Cragoes forhold til bestemmelse af molekylvægt ud fra API-gravitation anvendes til bestemmelse af råmolekylvægt.

………………..(2)

Denne ligning, der blev offentliggjort for første gang i 1929, anvendes generelt med kondensater og er anvendelig i området fra 20 til 80°API. Den bør ikke anvendes uden for dette område. En Watson-karakteriseringsfaktor på 11,8 er defineret af Cragoe’s forhold over API-gravitationsområdet 30 til 40. Whitsons arbejde med råolier fra Nordsøen, der har en karakteriseringsfaktor på 11,9, understøtter denne anbefaling. En mere generel anbefaling er at anvende Whitsons ligning til at bestemme molekylvægten ud fra Watsons karakteriseringsfaktor og oliens specifikke vægtfylde. Dette tilføjer dimensionen af råoliens kemiske natur til vurderingen af væskeegenskaber ved hjælp af korrelationer.

Lasater udviklede en korrelation mellem en boblepunktstrykfaktor, pbγg/T, og molbrøken af gas opløst i olien, som er afbildet i fig. 6. Ligningen, der passer til dataene, er blevet ændret for at give bedre resultater af korrelationen ved høje GOR-betingelser. Lasaters metode er opsummeret i sin helhed i tabel 1 og 2.

• 

  Figur. 5 – Effektiv molekylvægt i forhold til tankolies tyngdekraft.

• 

  Figur. 6 – Korrelation mellem boblepunkts trykfaktor og gasmolfraktion.

Whitson og Brulé tilbød en modifikation af Glasøs korrelation for at tage højde for ændringer i karakteriseringsfaktoren. Glasø’s korrelation blev udviklet på grundlag af råolier fra Nordsøen med en Watson-karakteriseringsfaktor på 11,9. Den foreslåede modifikation er

………………..(3)

Figur 7 viser virkningen af at ændre Watson-karakteriseringsfaktoren på boblepunktstrykket for Lasater- og Glasø-korrelationerne. Spændvidden i boblepunktstrykløsningerne er sammenlignelig med den spændvidde, der er vist i fig. 4. Det er klart, at tilføjelsen af Watson-karakteriseringsfaktoren til korrelationen af boblepunktstrykket giver øget fleksibilitet i brugen af en korrelation på verdensplan. Whitson og Brulé fremlægger grafer, der beskriver forholdet mellem boblepunktstryk og karakterisering, og som viser, at boblepunktstrykket falder med en stigning i karakteriseringsfaktoren. Deres analyseprocedure giver også mulighed for at ændre API-gravitation og GOR. Ved at lade disse to størrelser variere viser deres evaluering det omvendte af fig. 7.

• 

  Fig. 7 – Effekt af karakteriseringsfaktor på boblepunktstryk.

Advarsler ved brug af korrelationer

En korrelation er en ligning eller metode, der passer til specifikke datagrupper for at angive forholdet mellem afhængige og uafhængige variabler. Når variablerne er korrekt defineret, dækker de et bredt spektrum af forhold, hvilket gør det muligt for korrelationen at repræsentere de fysiske processer, der modelleres, korrekt. Formuleringen af ligningerne er vigtig, fordi de rutinemæssigt ekstrapoleres uden for det område, der er anvendt til deres udvikling. Nogle korrelationer er blevet udviklet med flere ligninger for forskellige områder af råolietyngdekraften. Normalt vælges 30°API som et punkt, hvor ligningerne ændres. Der kan opstå afbrydelser i relationerne som følge af anvendelsen af flere ligninger. Andre metoder viser ikke-fysiske tendenser. Der skal udvises forsigtighed ved anvendelse af disse metoder til “generelle” beregninger over et bredt spektrum af forhold.

Korrelationer foreslået af Vazquez og Beggs, Al-Najjar et al., Kartoatmodjo og Schmidt, De Ghetto et al. og Elsharkawy og Alikhan anvender flere ligninger til at dække området af API-gravitationer. Disse metoder udviser ofte diskontinuiteter på tværs af grænserne. Dokla og Osman’s metode viser stort set ingen følsomhed over for råolietyngdekraften. Boblepunktstrykket bør stige med stigende temperatur. Metoderne foreslået af Dokla og Osman, Almehaideb, Elsharkawy og Dindoruk og Christman viser et fald. Boblepunktstrykket bør falde med stigende gasgravitation. Metoder foreslået af Asgarpour et al. (for Cardium/Viking- og D2/Leduc-formationerne) og Elsharkawy er ufølsomme over for gasgravitation eller viser et stigende bobletryk med stigende gasgravitation. Omar og Todds korrelation viser en parabolisk tendens, som er upræcis ved høje gasgravitationer. Denne metode bør undgås for råoliesystemer med gasspecifikke tyngdegrader på over 1,10. Fig. 8 til 10 viser disse resultater grafisk.

• 

  Fig. 8 – Eksempel på korrelationsdiskontinuiteter-API-gravitation.

• 

  Fig. 9 – Korrelationer, der udviser ikke-fysiske tendenser med temperaturen.

• 

  Figur 10 – Korrelationer, der udviser ikke-fysiske tendenser med opløsningsgassens tyngdekraft.

Der er desuden fundet flere andre korrelationer, som udviser uønskede tendenser. Ved atmosfærisk tryk, hvor opløsnings-GOR er nul, bestemmer Petrosky og Farshad en værdi på 50 til 100 scf/STB. Dindoruk og Christman har givet separate ligninger for GOR og boblepunktstryk på grund af deres kompleksitet. Begge ligninger giver næsten identiske resultater for systemer med lav GOR. For systemer med højere GOR (f.eks. over 2 000 scf/STB) giver deres GOR-ligning mere realistiske resultater; ved anvendelse af Dindoruk og Christman-metoden anbefales det derfor, at deres ligning for GOR-løsningen anvendes. Til beregning af boblepunktstryk skal denne ligning løses med numeriske metoder på grund af dens formulering. Korrelationer foreslået af Owolabi og Hasan et al. er udefinerede ved tryk under 55 psia, mens Al-Marhouns metode, der blev offentliggjort i 1985, har en øvre trykgrænse på 5 348 psia på grund af ligningernes formulering.

Korrelationer er ofte indarbejdet i computerprogrammer, hvor de let kan anvendes til forhold uden for det område, der er beregnet til metoden. Nogle metoder har en god opførsel og giver rimelige resultater, når de ekstrapoleres. Andre metoder bør kun anvendes inden for de grænser, der er defineret af de data, der er anvendt ved udviklingen af korrelationen.

Nonhydrocarbon gas effects

Nonhydrocarbon gasser, der typisk findes i råoliesystemer, er nitrogen, kuldioxid og hydrogensulfid. Boblepunktstrykskorrelationerne (med undtagelse af Owolabi, Al-Marhoun og Dokla og Osman) blev udviklet med råoliesystemer, der ikke indeholdt betydelige mængder af urenheder i gasfasen. Jacobson, Glasø og Owolabi påpeger, at der er behov for procedurer til at ændre det beregnede boblepunktstryk for disse urenheder. Kvælstof opløses ikke let i råolie, hvilket resulterer i en stigning i boblepunktstrykket. På den anden side er kuldioxid og hydrogensulfid mere opløselige i råolie end i naturgas, hvilket har den virkning, at bobletrykket sænkes. Jacobson evaluerede 110 PVT-prøver af råolie, der indeholdt op til 14 % nitrogen, og fandt, at en korrektionsfaktor kun behøver at være baseret på gassens nitrogenindhold og blandingens temperatur. Der blev udviklet en ligning til at tage højde for virkningerne af nitrogen på boblepunktstrykket.

………………..(4)

Glasø undersøgte virkningerne af nitrogen, kuldioxid og hydrogensulfid på boblepunktstrykket og udviklede korrektioner for hver urenhed. Korrektionen for kvælstofindholdet er en funktion af nitrogenindholdet i gassen, temperaturen og råoliens tyngdekraft,

………………..(5)

Korrektionen for kuldioxid er en funktion af kuldioxidindholdet og temperaturen,

………………..(6)

, mens korrektionen for svovlbrinte viste sig at være en funktion af svovlbrinteindholdet i overfladegas og råolietyngdekraften.

………………..(7)

Figur 1 til 3 viser disse korrektioner. Owolabi fandt, at Jacobsons metode var bedre til at korrigere det beregnede boblepunktstryk for nitrogenindholdet i Cook Inlet-råoliesystemer. Jacobsons metode blev afledt af måledata, der indeholdt mindre end 14 % kvælstof, mens Glasøs data dækkede systemer med næsten 20 % kvælstof. Glasøs korrektionsfaktorer for kuldioxid og svovlbrinte anvendte målte data med et indhold af urenheder på henholdsvis 20 og 40 %.

• 

  Figur. 1 – Korrelationsfaktor for kvælstofs boblepunktstrykskorrelationer.

• 

  Figur. 2 – Korrektionsfaktor for kuldioxidbobletryk

• 

  Fig. 3 – Korrektionsfaktor for svovlbrintebobletryk

  .

  Nomenklatur

  Mo	=	oliemolekylvægt, m, lbm/lbm mol
  T	=	temperatur, T, °F
  pb	=	boblepunktstryk, m/Lt2, psia
  γoc	=	“korrigeret” specifik vægtfylde for olie
  γom	=	målt specifik vægt for olie
  	=	boblepunktstryk for olie med CO2 i overfladegassen, m/Lt2, psia
  	=	boblepunktstryk for olie med H2S i overfladegas, m/Lt2, psia
  	=	boblepunktstryk for olie med N2 i overfladegas, m/Lt2, psia
  pbh	=	boblepunktstryk for olie uden andre stoffer end kulbrinter, m/Lt2, psia
  γAPI	=	olie API-gravitation
  Kw	=	Watson-karakteriseringsfaktor, °R1/3

  Notværdige artikler i OnePetro

  Brug dette afsnit til at opregne artikler i OnePetro, som en læser, der ønsker at lære mere, absolut bør læse

  Brug dette afsnit til at angive links til relevant materiale på andre websteder end PetroWiki og OnePetro

  Se også

  Oil fluid properties

  Crude oil characterization

  PEH:Olie_System_Correlationer