Öljyn kuplapisteen paine

Alkuperäisessä tilassaan säiliööljyt sisältävät jonkin verran maakaasua liuoksena. Paine, jossa tämä maakaasu alkaa irrota liuoksesta ja muodostaa kuplia, tunnetaan kuplapistepaineena. Tällä sivulla käsitellään kuplapisteen ja liuoksen kaasu/öljysuhteen (GOR) laskelmia.

Korrelaatiot kuplapisteen laskemiseksi

• 

  Taulukko 1

• 

  Taulukko 1 jatkuu.

• 

  Taulukko 1 jatkoa

• 

  Taulukko 1 jatkoa

• 

  Taulukko 1 jatkoa

• 

  Taulukko 2

Nämä yhtälöt voidaan ilmaista funktionaalisesti seuraavasti:

………………..(1)

Ratkaisu GOR määritetään järjestämällä uudelleen mikä tahansa korrelaatioyhtälö.

Korrelaatioiden tilastollinen analyysi

Monissa tutkimuksissa esitetään tilastollisia analyysejä kuplapisteen paineen ja liuoksen GOR-korrelaatioille ja annetaan suosituksia, jotka perustuvat niiden havaintoihin; missään näistä viitteistä ei kuitenkaan tutkita kaikkia korrelaatioita. Al-Shammasi kokosi kirjallisuudesta 1243 datapisteen tietopankin. Tätä täydennettiin 133 näytteellä, jotka olivat saatavilla GeoMark Researchin tietokannasta, jolloin datapisteiden kokonaismäärä oli 1 376. Näitä tietoja käytettiin sitten kuplapistepainekorrelaatioiden luokitteluun. Taulukossa 3 esitetään yhteenveto tästä koosteesta löytyneiden tietojen vaihteluväleistä ja jakaumasta. Kuvassa 1 esitetään PVT-korrelaatioiden laatimisessa käytettyjen tietojen jakauma.

• 

  Taulukko 3

• 
  Kuvassa 2 esitetään PVT-korrelaatioiden laatimisessa käytettyjen tietojen jakauma. 1 – PVT-korrelaatioiden laatimiseen käytettyjen tietojen jakautuminen.

Taulukossa 4 esitetään yhteenveto korrelaatioiden suorituskyvystä. Tulokset on lajiteltu absoluuttisen keskimääräisen suhteellisen virheen mukaan, mikä tarjosi keinon asettaa menetelmät paremmuusjärjestykseen.

• 

  Taulukko 4

Tietoja ryhmiteltiin edelleen, jotta voitiin tutkia raakaöljyn painovoiman ja GOR:n vaikutusta korrelaatioiden johdonmukaisuuteen. Lasaterin, Al-Shammasin ja Velarden et al. ehdottamat menetelmät osoittivat luotettavuutta useissa eri olosuhteissa. Kirjoittaja on saanut hyviä tuloksia sekä Standing- että Glasø-korrelaatioista, vaikka ne eivät ehkä olleetkaan korkealla tasolla tässä aineistossa. Kuvassa 2 on esitetty nämä korrelaatiot vertailun vuoksi.

• 

  Kuva 2 – Valitut kuplapistepainekorrelaatiot.

Korrelaatioiden vertailu vaihtelevan liuoksen GOR:n vaihtuessa

Kuva 2 – Valitut kuplapistepainekorrelaatiot. 3 esittää graafisesti yhteenvedon kaikkien 32 kuplapistepainekorrelaation tuloksista vaihtelevalle GOR:lle, 35°API-raakaöljylle, hiilivetyjen kaasupainolle 0,65 ja lämpötilalle 150°F. Yksittäisiä menetelmiä ei ole merkitty, koska vastausten laajuus ja vaihteluväli ovat kiinnostavia. Poikkeavista arvoista voidaan kerätä jonkin verran tietoa korrelaatiotrendeistä.

• 

  Kuva 3 – Kuplapisteen paineen suhde liuoksen GOR:iin.

Epäpuhtauksien vaikutus korrelaatioihin

Kuvassa 3 esitetty Owolabin menetelmä Alaskan Cook Inlet Basinin raakaöljyjärjestelmille havainnollistaa kaasun epäpuhtauksien vaikutusta kuplapistepainekorrelaatioon. Tälle raakaöljyjärjestelmälle on ominaista, että GOR-arvot ovat välillä 200-300 scf/STB ja typpipitoisuudet 5-15 %. GOR-pitoisuuksien rajallinen vaihteluväli yhdistettynä pintakaasun sisältämään typpeen johtaa korrelaatioon, joka ennustaa melko suuria kuplapisteen paineen arvoja, kun se ekstrapoloidaan korkeampiin GOR-pitoisuuksiin. Tämä havainnollistaa, millaisia sudenkuoppia korrelaation kehittämisessä on rajallisista tiedoista, ja osoittaa edelleen, kuinka tärkeää on ymmärtää minkä tahansa korrelaation sovellettavuusalue. Menetelmä voi olla täysin käyttökelpoinen rajoitetulla olosuhdealueella, mutta menetelmän määrittelevät yhtälöt eivät välttämättä sovellu ekstrapolointiin.

Tämä esimerkki havainnollistaa myös sitä, kuinka tärkeää on säätää laskettua kuplapisteen painetta kaasun epäpuhtauksien vaikutusten mukaan. Suurimmaksi osaksi kuplapisteen ja paineen korrelaatiot on määritetty, kun kaasussa on vain vähän tai ei lainkaan epäpuhtauksia. Owolabi tunnusti näiden epäpuhtauksien merkityksen ja niiden vaikutuksen laskettuihin tuloksiin. On kehitetty menetelmiä lasketun kuplapisteen paineen mukauttamiseksi kaasun epäpuhtauksien huomioon ottamiseksi, ja niitä tulisi käyttää.

Sovitukset raaka-aineen koostumuksen huomioon ottamiseksi

On opettavaista keskittyä kuvassa 3 esitetyn korrelaatioiden vaihteluvälin suureen hajontaan. Korrelaatiot muodostavat tulosten ydinkehän, joka on yhteneväinen raakaöljyn kemiallisen luonteen vuoksi odotettavissa olevien vaihteluiden kanssa. Korrelaatiot, joiden tulokset sijaitsevat ydinkuoren ylä- ja alapuolella, jätettiin huomiotta, ja korkeiden ja matalien tulosten välinen ero määritettiin kuvassa 4 esitetyllä tavalla.

• 

  Kuvassa 4 on esitetty korrelaatiot, joiden tulokset sijaitsevat ydinkuoren ylä- ja alapuolella. 4 – Kuplapistepainekorrelaatioiden määrittelemä vaihtelu.

Korrelaatiot, joissa raakaöljykomponentin määrittelyyn käytetään ainoastaan API-painoa, eivät kuvaa riittävästi raakaöljyn kemiallista luonnetta. Lasaterin menetelmä perustuu raakaöljyn painovoiman ja molekyylipainon väliseen suhteeseen. Whitsonin Watsonin luonnehdintakertoimen yhtälöä voidaan käyttää tämän suhteen tutkimiseen. Lasater ilmoitti, että öljyn painovoiman ja molekyylipainon suhde vastaa Watsonin karakterisointikerrointa 11,8; tarkemmin tarkasteltuna korrelaatio edustaa kuitenkin parafiinista öljyä, jonka Watsonin karakterisointikerroin on noin 12,2, kuten kuvasta 5 käy ilmi. Whitson ja Brulé suosittelivat, että raakaöljyn molekyylipainon määrittämiseen käytettäisiin Cragoen suhdetta molekyylipainon määrittämiseksi API-painosta.

………………..(2)

Ensimmäistä kertaa vuonna 1929 julkaistua yhtälöä käytetään yleensä kondensaattien kanssa, ja sitä voidaan soveltaa alueella 20-80°API. Sitä ei pitäisi käyttää tämän alueen ulkopuolella. Watsonin karakterisointikerroin 11,8 määritellään Cragoen suhteella API-painoisuusalueella 30-40. Whitsonin työ Pohjanmeren raakaöljyillä, joiden karakterisointikerroin on 11,9, tukee tätä suositusta. Yleisempi suositus on käyttää Whitsonin yhtälöä molekyylipainon määrittämiseksi Watsonin karakterisointikertoimen ja öljyn ominaispainon perusteella. Tämä lisää raakaöljyn kemiallisen luonteen ulottuvuuden nesteen ominaisuuksien arviointiin korrelaatioiden avulla.

Lasater kehitti korrelaation kuplapistepainekertoimen, pbγg/T, ja öljyyn liuenneen kaasun mooliosuuden välille, joka on esitetty kuvassa 6. Tämä korrelaatio on esitetty kuvassa 6. Aineistoon sovitettua yhtälöä on muutettu, jotta korrelaatio toimisi paremmin korkeissa GOR-olosuhteissa. Lasaterin menetelmästä on yhteenveto kokonaisuudessaan taulukoissa 1 ja 2.

• 

  Kuva. 5 – Tehollinen molekyylipaino suhteessa säiliööljyn painovoimaan.

• 

  Kuva. 6 – Kuplapisteen painekertoimen korrelaatio kaasun mooliosuuden kanssa.

Whitson ja Brulé tarjosivat Glasøn korrelaatioon modifioinnin, jolla voidaan ottaa huomioon karakterisointikertoimen muutokset. Glasøn korrelaatio kehitettiin Pohjanmeren raakaöljyistä, joiden Watsonin karakterisointikerroin oli 11,9. Ehdotettu muutos on

………………..(3)

Kuvassa 7 on esitetty Watsonin karakterisointikertoimen muuttamisen vaikutus kuplapisteen paineeseen Lasaterin ja Glasøn korrelaatioissa. Kuplapistepaineratkaisujen vaihteluväli on verrattavissa kuvassa 4 esitettyyn vaihteluväliin. On selvää, että Watsonin karakterisointikertoimen lisääminen kuplapistepainekorrelaatioon lisää joustavuutta korrelaation käytössä maailmanlaajuisesti. Whitson ja Brulé esittävät yksityiskohtaisesti kuplapisteen paineen ja karakterisointikertoimen välistä suhdetta kuvaavia kaavioita, joiden mukaan kuplapisteen paine laskee karakterisointikertoimen kasvaessa. Heidän analyysimenettelynsä mahdollistaa myös API-painovoiman ja GOR:n muuttamisen. Kun näiden kahden suureen annetaan vaihdella, heidän arvionsa osoittaa kuvion 7 vastakohdan.

• 

  Kuva 7 – Karakterisointikertoimen vaikutus kuplapistepaineeseen.

Varoituksia korrelaatioiden käytössä

Korrelaatio on tiettyihin tietoryhmiin sovitettu yhtälö tai menetelmä, jolla saadaan riippuvien ja riippumattomien muuttujien välinen suhde. Oikein määriteltynä muuttujat kattavat laajan valikoiman olosuhteita, jolloin korrelaatio edustaa asianmukaisesti mallinnettavia fysikaalisia prosesseja. Yhtälöiden muotoilu on tärkeää, koska niitä ekstrapoloidaan rutiininomaisesti niiden kehittämiseen käytetyn alueen ulkopuolelle. Joissakin korrelaatioissa on kehitetty useita yhtälöitä raakaöljyn painovoiman eri alueille. Yleensä 30°API valitaan pisteeksi, jossa yhtälöt muuttuvat. Useiden yhtälöiden käytöstä voi aiheutua epäjatkuvuutta suhteisiin. Muut menetelmät osoittavat muita kuin fysikaalisia suuntauksia. On noudatettava varovaisuutta käytettäessä näitä menetelmiä ”yleiseen käyttöön” tarkoitetuissa laskelmissa laajalla alueella.

Vazquezin ja Beggsin, Al-Najjarin et al., Kartoatmodjon ja Schmidtin, De Ghetton et al. sekä Elsharkawyn ja Alikhanin ehdottamissa korrelaatioissa käytetään useita yhtälöitä kattamaan API-painovoima-alue. Näissä menetelmissä esiintyy usein epäjatkuvuutta rajoilla. Doklan ja Osmanin menetelmässä ei ole käytännössä mitään herkkyyttä raakaöljyn painovoiman suhteen. Kuplapisteen paineen pitäisi kasvaa lämpötilan noustessa. Doklan ja Osmanin, Almehaidebin, Elsharkawyn sekä Dindorukin ja Christmanin ehdottamien menetelmien mukaan paine laskee. Kuplapisteen paineen pitäisi laskea kaasun painovoiman kasvaessa. Asgarpour et al. (Cardium/Viking- ja D2/Leduc-muodostumien osalta) ja Elsharkawyn ehdottamat menetelmät eivät ole herkkiä kaasun painovoimalle tai osoittavat kuplapisteen paineen kasvavan kaasun painovoiman kasvaessa. Omarin ja Toddin korrelaatiossa on havaittavissa parabolinen suuntaus, joka on epätarkka suurilla kaasupainovoimilla. Tätä menetelmää olisi vältettävä raakaöljyjärjestelmissä, joissa kaasukohtainen painovoima on yli 1,10. Kuvissa 8-10 esitetään nämä tulokset graafisesti.

• 

  Kuva 8 – Esimerkki korrelaation epäjatkuvuuksista-API-painovoima.

• 

  Kuva 9 – Korrelaatiot, jotka osoittavat ei-fysikaalisia trendejä lämpötilan myötä.

• 

  Kuva 10 – Korrelaatiot, jotka osoittavat epäfysikaalisia trendejä liuoksen kaasun painovoiman kanssa.

Lisäksi useiden muidenkin korrelaatioiden on havaittu osoittavan epätoivottuja suuntauksia. Ilmakehän paineessa, jossa liuoksen GOR on nolla, Petrosky ja Farshad määrittävät arvoksi 50-100 scf/STB. Dindoruk ja Christman antoivat erilliset yhtälöt GOR:lle ja kuplapisteen paineelle niiden monimutkaisuuden vuoksi. Molemmat yhtälöt antavat lähes identtiset tulokset matalan GOR:n järjestelmille. Suuremmille GOR-järjestelmille (esim. yli 2 000 scf/STB) heidän GOR-yhtälönsä antaa realistisempia tuloksia; siksi Dindorukin ja Christmanin menetelmää käytettäessä suositellaan heidän GOR-yhtälönsä käyttöä. Kuplapisteen paineen laskemiseksi tämä yhtälö on ratkaistava numeerisin menetelmin sen muotoilun vuoksi. Owolabin ja Hasan et al. ehdottamat korrelaatiot ovat määrittelemättömiä alle 55 psia:n paineissa, kun taas Al-Marhounin vuonna 1985 julkaistulla menetelmällä on yhtälöiden muotoilun vuoksi 5 348 psia:n yläpaineraja.

Korrelaatiot sisällytetään usein tietokoneohjelmiin, joissa niitä voidaan helposti käyttää menetelmälle tarkoitetun alueen ulkopuolella olevissa olosuhteissa. Jotkin menetelmät käyttäytyvät hyvin ja antavat kohtuullisia tuloksia ekstrapoloitaessa. Muita menetelmiä tulisi käyttää vain korrelaation kehittämisessä käytettyjen tietojen määrittelemissä rajoissa.

Ei hiilivetykaasujen vaikutukset

Ei hiilivetykaasuja, joita tyypillisesti esiintyy raakaöljyjärjestelmissä, ovat typpi, hiilidioksidi ja rikkivety. Kuplapistepainekorrelaatiot (lukuun ottamatta Owolabin, Al-Marhounin sekä Doklan ja Osmanin korrelaatioita) on kehitetty raakaöljyjärjestelmille, jotka eivät sisällä merkittäviä määriä epäpuhtauksia kaasufaasissa. Jacobsonin, Glasøn ja Owolabin työt osoittavat, että tarvitaan menettelyjä lasketun kuplapisteen paineen muuttamiseksi näiden epäpuhtauksien osalta. Typpi ei liukene helposti raakaöljyyn, mikä johtaa kuplapisteen paineen nousuun. Toisaalta hiilidioksidi ja rikkivety liukenevat paremmin raakaöljyyn kuin maakaasuun, mikä alentaa kuplapistepainetta. Jacobson arvioi 110 raakaöljyn PVT-näytettä, jotka sisälsivät enintään 14 % typpeä, ja totesi, että korjauskerroin tarvitsee perustua vain kaasun typpipitoisuuteen ja seoksen lämpötilaan. Kehitettiin yhtälö, joka ottaa huomioon typen vaikutukset kuplapisteen paineeseen.

………………..(4)

Glasø tutki typen, hiilidioksidin ja rikkivedyn vaikutuksia kuplapisteen paineeseen ja kehitti korjaukset kullekin epäpuhtaudelle. Typpipitoisuuden korjaus riippuu kaasun typpipitoisuudesta, lämpötilasta ja raakaöljyn painosta.

………………..(5)

Hiilidioksidin korjaus riippuu hiilidioksidipitoisuudesta ja lämpötilasta,

………………..(6)

kun taas rikkivedyn korjauksen todettiin olevan riippuvainen rikkivedyn pitoisuudesta pintakaasussa ja raakaöljyn painovoimasta.

………………..(7)

Kuvissa 1-3 on esitetty nämä korjaukset. Owolabi havaitsi, että Jacobsonin menetelmä oli parempi korjaamaan laskettua kuplapisteen painetta typpipitoisuuden osalta Cook Inletin raakaöljyjärjestelmissä. Jacobsonin menetelmä oli johdettu alle 14 % typpeä sisältävistä mittaustiedoista, kun taas Glasøn tiedot kattoivat lähes 20 % typpeä sisältävät järjestelmät. Glasøn korjauskertoimet hiilidioksidille ja rikkivedylle käyttivät mitattuja tietoja, jotka sisälsivät 20 ja 40 % epäpuhtauksia.

• 

  Kuva. 1 – Typen kuplapisteen painekorrelaatiokerroin.

• 

  Kuva. 2 – Hiilidioksidin kuplapisteen paineen korjauskerroin.

• 

  Kuva 3 – Rikkivedyn kuplapisteen paineen korjauskerroin.

Nimikkeistö

.

Mo	=	öljyn molekyylipaino, m, lbm/lbm mol
T	=	lämpötila, T, °F
pb	=	kuplapistepaine, m/Lt2, psia
γoc	=	”korjattu” öljyn ominaispaino
γom	=	mitattu öljyn ominaispaino
	=	öljyn kuplapistepaine, kun pintakaasussa on CO2, m/Lt2, psia
	=	öljyn kuplapistepaine, kun pintakaasussa on H2S:ää, m/Lt2, m/Lt2, psia
γAPI	=	öljyn API-painovoima
Kw	=	Watson-luonnehdintakerroin, °R1/3

Noteworthy papers in OnePetro

Käytä tätä osiota luetellaksesi OnePetrossa olevat paperit, jotka lukijan, joka haluaa lisätietoja, tulisi ehdottomasti lukea

Käytä sitä. tätä osiota tarjotaksesi linkkejä asiaankuuluvaan materiaaliin muilla sivustoilla kuin PetroWikissä ja OnePetrossa

Katso myös

Öljyjen nesteiden ominaisuudet

Raakaöljyn karakterisointi

PEH:Oil_System_Correlations