Az olaj buborékpontnyomás

Eredeti állapotukban a tározóolajok némi földgázt tartalmaznak oldatban. Azt a nyomást, amelynél ez a földgáz elkezd kilépni az oldatból és buborékokat képez, buborékpontnyomásnak nevezzük. Ez az oldal a buborékpontra és az oldat gáz/olaj arányára (GOR) vonatkozó számításokat tárgyalja.

Korrelációk a buborékpont kiszámításához

• 

  1. táblázat

• 

  1. táblázat folytatás.

• 

  Táblázat 1 folyt.

• 

  Táblázat 1 folyt.

• 

  2. táblázat

Ezek az egyenletek funkcionálisan kifejezhetők:

………………..(1)

A GOR megoldása bármely adott korrelációs egyenlet átrendezésével meghatározható.

A korrelációk statisztikai elemzése

Más tanulmányok statisztikai elemzéseket nyújtanak a buborékpont-nyomás és oldat GOR korrelációkra vonatkozóan, és az eredményeik alapján ajánlásokat adnak; azonban egyik hivatkozás sem vizsgálja a teljes korrelációkészletet. Al-Shammasi összeállított egy 1243 adatpontból álló adatbankot a szakirodalomból. Ezt kiegészítette a GeoMark Research adatbázisából elérhető 133 mintával, így az adatpontok száma összesen 1376-ra emelkedett. Ezeket az adatokat használták fel a buborékpontnyomás-összefüggések rangsorolásához. A 3. táblázat összefoglalja az ebben az összeállításban talált adattartományokat és az eloszlást. Az 1. ábra a PVT-korrelációk elkészítéséhez használt adatok eloszlását mutatja.

• 

  3. táblázat

• 

  Ábra. 1 – A PVT korrelációk elkészítéséhez használt adatok eloszlása.

A 4. táblázat a korrelációs teljesítményt foglalja össze. Az eredményeket az abszolút átlagos relatív hiba szerint rendeztük, ami lehetőséget adott a módszerek rangsorolására.

• 

  4. táblázat

Az adatokat tovább csoportosítottuk, hogy megvizsgáljuk a nyersolaj gravitáció és a GOR hatását a korrelációk konzisztenciájára. A Lasater, Al-Shammasi és Velarde et al. által javasolt módszerek megbízhatóságot mutattak a feltételek széles skáláján. A szerző jó eredményeket tapasztalt mind a Standing-, mind a Glasø-korrelációkkal, bár ezek talán nem voltak magasan rangsorolva ennél az adatsornál. A 2. ábra ezeket a korrelációkat ábrázolja összehasonlításképpen.

• 

  2. ábra – Kiválasztott buborékpontnyomás korrelációk.

Korrelációk összehasonlítása változó megoldás GOR

Ábra. A 3. ábra grafikusan összefoglalja mind a 32 buborékpontnyomás-korreláció eredményeit változó GOR, 35°API nyersolaj, 0,65 szénhidrogéngáz-súly és 150°F hőmérséklet esetén. Az egyes módszerek nincsenek felcímkézve, mivel a válaszok köre és tartománya az érdekes. A kiugró értékekből némi információ nyerhető a korrelációs tendenciákra vonatkozóan.

• 

  3. ábra – A buborékpontnyomás és az oldat GOR közötti kapcsolat.

A szennyeződések hatása az összefüggésekre

Owolabi módszere az alaszkai Cook Inlet-medencei nyersolajrendszerekre a 3. ábrán látható, amely a gáz szennyeződések hatását mutatja a buborékpontnyomás összefüggésre. Ezt a nyersolajrendszert 200 és 300 scf/STB közötti GOR értékek és 5 és 15% közötti nitrogéntartalom jellemzi. A GOR-értékek korlátozott tartománya a felszíni gázban lévő nitrogénnel együtt olyan korrelációt eredményez, amely magasabb GOR-értékekre extrapolálva meglehetősen nagy buborékpontnyomás-értékeket jósol. Ez jól szemlélteti a korlátozott adathalmazból történő korreláció kialakításának buktatóit, és tovább hangsúlyozza az adott korreláció alkalmazhatósági tartományának megértésének fontosságát. A módszer tökéletesen érvényes lehet a feltételek egy korlátozott tartományában; azonban a módszert meghatározó egyenletek nem biztos, hogy alkalmasak az extrapolációra.

Ez a példa is szemlélteti a számított buborékpontnyomás gázszennyeződések hatására történő beállításának fontosságát. A buborékpont-nyomás összefüggéseket többnyire úgy állapították meg, hogy a gázban kevés szennyeződés van, vagy nincs szennyeződés. Owolabi felismerte ezeknek a szennyeződéseknek a fontosságát és a számított eredményekre gyakorolt hatásukat. Kifejlesztettek módszereket a számított buborékpontnyomás gázszennyeződések miatti kiigazítására, és ezeket alkalmazni kell.

A nyersanyag összetételének figyelembevételére szolgáló kiigazítások

Tanulságos a 3. ábrán bemutatott korrelációk tartományának nagy szórására összpontosítani. A korrelációk az eredmények egy olyan magburkot alkotnak, amely egybeesik a nyersolaj kémiai jellege miatt várható eltérésekkel. A magburok felett és alatt elhelyezkedő eredményekkel kapcsolatos korrelációkat figyelmen kívül hagytuk, és a magas és alacsony eredmények közötti különbséget a 4. ábrán látható módon határoztuk meg.

• 

  Ábr. 4 – A buborékpontnyomás-korrelációkkal meghatározott változékonyság.

A nyersolajkomponensek meghatározására csak az API-súlyt használó korrelációk nem írják le megfelelően a nyersolaj kémiai természetét. Lasater módszere a nyersolaj súlyát és a molekulatömeget összekapcsoló összefüggésre támaszkodik. Whitson Watson jellemzési tényező egyenlete használható ennek a kapcsolatnak a vizsgálatára. Lasater arról számolt be, hogy az olaj súlya/molekulatömeg összefüggés 11,8-as Watson jellemzési tényezőnek felel meg; közelebbről megvizsgálva azonban az összefüggés a paraffinos olajra jellemző, körülbelül 12,2-es Watson jellemzési tényezővel, amint azt az 5. ábra mutatja. Whitson és Brulé azt javasolta, hogy a nyersolaj molekulatömegének meghatározásához a Cragoe-féle összefüggést használják az API-súlyból történő molekulatömeg-meghatározásra.

………………..(2)

Először 1929-ben jelent meg ez az egyenlet, amelyet általában kondenzátumokkal használnak, és a 20-80°API tartományban alkalmazható. Ezen a tartományon kívül nem használható. A Cragoe-féle összefüggés 11,8-as Watson jellemzési tényezőt határoz meg a 30 és 40 közötti API-súlytartományban. Whitson északi-tengeri nyersolajokkal végzett munkája, amelyek 11,9-es jellemzési tényezővel rendelkeznek, alátámasztja ezt az ajánlást. Általánosabb ajánlás, hogy Whitson egyenletét kell használni a molekulatömeg meghatározására a Watson jellemzési tényező és az olaj fajsúlya alapján. Ez a nyersolaj kémiai természetének dimenziójával egészíti ki a folyadéktulajdonságok korrelációk segítségével történő becslését.

Lasater összefüggést dolgozott ki a buborékpontnyomás tényező, pbγg/T, és az olajban oldott gáz móltöredéke között, amelyet a 6. ábra mutat be. Az adatokra illesztett egyenletet módosították, hogy a korreláció jobban teljesítsen magas GOR körülmények között. Lasater módszerét teljes egészében az 1. és 2. táblázat foglalja össze.

• 

  Ábra. 5 – A tartályolaj súlyával összefüggő effektív molekulatömeg.

• 

  Ábr. 6. – A buborékpont nyomástényezőjének korrelációja a gázmolfrakcióval.

Whitson és Brulé a Glasø-féle korreláció módosítását ajánlotta a jellemzési tényező változásainak figyelembevételére. Glasø korrelációját 11,9-es Watson-féle karakterizációs tényezővel rendelkező északi-tengeri nyersolajokból dolgozták ki. A javasolt módosítás

………………..(3)

A 7. ábra a Watson jellemzési tényező változásának hatását mutatja a buborékpontnyomásra a Lasater- és a Glasø-korreláció esetében. A buborékpontnyomás-megoldások tartománya hasonló a 4. ábrán látható tartományhoz. Nyilvánvaló, hogy a Watson jellemzési tényező hozzáadása a buborékpontnyomás korrelációjához nagyobb rugalmasságot kínál a korreláció világméretű használatában. Whitson és Brulé a buborékpontnyomás és a jellemzés közötti kapcsolatot részletező grafikonokat mutat be, amelyek azt mutatják, hogy a buborékpontnyomás a jellemzési tényező növekedésével csökken. Elemzési eljárásuk lehetővé teszi az API-súly és a GOR változását is. E két mennyiség változtatásának lehetővé tételével kiértékelésük a 7. ábra fordítottját mutatja.

• 

  7. ábra – A jellemzési tényező hatása a buborékpontnyomásra.

Vigyázat a korrelációk használatára

A korreláció olyan egyenlet vagy módszer, amely meghatározott adatcsoportokra illeszkedik, hogy megadja a függő és független változók közötti kapcsolatot. Megfelelően definiálva a változók a feltételek széles skáláját fedik le, lehetővé téve, hogy a korreláció megfelelően reprezentálja a modellezendő fizikai folyamatokat. Az egyenletek megfogalmazása azért fontos, mert azokat rutinszerűen extrapolálják a kidolgozásukhoz használt tartományon kívülre. Néhány korrelációt több egyenletet is kidolgoztak a nyersolaj gravitációjának különböző tartományaira. Általában 30°API-t választanak ki olyan pontként, ahol az egyenletek megváltoznak. A több egyenlet használatából adódóan az összefüggésekben megszakítások keletkezhetnek. Más módszerek nem fizikai tendenciákat mutatnak. Óvatosan kell eljárni ezeknek a módszereknek az “általános használatú” számításoknál a körülmények széles skáláján.

A Vazquez és Beggs, Al-Najjar et al., Kartoatmodjo és Schmidt, De Ghetto et al. és Elsharkawy és Alikhan által javasolt korrelációk több egyenletet használnak az API-súlyok tartományának lefedésére. Ezek a módszerek gyakran mutatnak diszkontinuitást a határértékeken. Dokla és Osman módszere gyakorlatilag nem mutat érzékenységet a nyersolaj gravitációjára. A buborékpontnyomásnak a hőmérséklet emelkedésével növekednie kell. A Dokla és Osman, Almehaideb, Elsharkawy, valamint Dindoruk és Christman által javasolt módszerek csökkenést mutatnak. A buborékpontnyomásnak a gáz gravitációjának növekedésével csökkennie kell. Az Asgarpour et al. (a Cardium/Viking és a D2/Leduc képződményekre) és Elsharkawy által javasolt módszerek nem érzékenyek a gáz gravitációjára, vagy a gáz gravitációjának növekedésével növekvő buborékpontnyomást mutatnak. Omar és Todd korrelációja parabolikus tendenciát mutat, amely nagy gázsűrűség esetén pontatlan. Ezt a módszert 1,10-nél nagyobb gázspecifikus gravitációjú kőolajrendszerek esetében kerülni kell. A 8-10. ábra grafikusan mutatja be ezeket az eredményeket.

• 

  8. ábra – Példa a korrelációs szakadékokra-API gravitáció.

• 

  9. ábra – Nem fizikai tendenciákat mutató korrelációk a hőmérséklettel.

• 

  10. ábra – Nem fizikai tendenciákat mutató korrelációk az oldott gáz súlyával.

Egyébként számos más korrelációt is találtak, amelyek nem kívánatos tendenciákat mutatnak. Atmoszférikus nyomáson, ahol az oldat GOR nulla, Petrosky és Farshad 50-100 scf/STB értéket határoz meg. Dindoruk és Christman bonyolultságuk miatt külön egyenleteket adott meg a GOR-ra és a buborékponti nyomásra. Mindkét egyenlet közel azonos eredményeket ad az alacsony GOR rendszerekre. Nagyobb GOR-rendszerek esetében (pl. 2000 scf/STB-nél nagyobb) az ő GOR-egyenletük reálisabb eredményeket ad; ezért a Dindoruk és Christman-módszer használatakor az ő egyenletük használata ajánlott a GOR megoldására. A buborékpontnyomás kiszámításához ezt az egyenletet a megfogalmazása miatt numerikus módszerekkel kell megoldani. Az Owolabi és Hasan et al. által javasolt korrelációk 55 psia-nál kisebb nyomáson nem definiáltak, míg Al-Marhoun 1985-ben publikált módszerének felső nyomáshatára az egyenletek megfogalmazása miatt 5,348 psia.

A korrelációkat gyakran beépítik számítógépes programokba, amelyekben könnyen használhatók a módszerhez tervezett tartományon kívüli körülményekre. Egyes módszerek jól viselkednek, és extrapoláláskor ésszerű eredményeket adnak. Más módszerek csak a korreláció kifejlesztéséhez használt adatok által meghatározott határokon belül használhatók.

Nem szénhidrogén gázok hatása

A nyersolajrendszerekben jellemzően előforduló nem szénhidrogén gázok a nitrogén, a szén-dioxid és a kénhidrogén. A buborékpontnyomás-összefüggéseket (Owolabi, Al-Marhoun, valamint Dokla és Osman kivételével) olyan nyersolajrendszerekkel dolgozták ki, amelyek nem tartalmaznak jelentős mennyiségű szennyeződést a gázfázisban. Jacobson, Glasø és Owolabi munkája rámutat arra, hogy szükség van olyan eljárásokra, amelyek módosítják a számított buborékpontnyomást e szennyeződések tekintetében. A nitrogén nem oldódik könnyen a nyersolajban, ami a buborékpontnyomás növekedését eredményezi. Másrészt a szén-dioxid és a kénhidrogén jobban oldódik a nyersolajban, mint a földgázban, ami a buborékpontnyomás csökkenését eredményezi. Jacobson 110, legfeljebb 14% nitrogént tartalmazó nyersolaj PVT-mintát értékelt ki, és megállapította, hogy a korrekciós tényezőnek csak a gáz nitrogéntartalmán és a keverék hőmérsékletén kell alapulnia. Kifejlesztettek egy egyenletet a nitrogén buborékpontnyomásra gyakorolt hatásának figyelembevételére.

………………..(4)

Glasø megvizsgálta a nitrogén, a szén-dioxid és a kénhidrogén hatását a buborékpontnyomásra, és minden egyes szennyeződésre korrekciókat dolgozott ki. A nitrogénre vonatkozó korrekció a gáz nitrogéntartalmának, a hőmérsékletnek és a nyersolaj sűrűségének a függvénye.

………………..(5)

A szén-dioxidra vonatkozó korrekció a szén-dioxid-tartalom és a hőmérséklet függvénye,

………………..(6)

míg a kénhidrogénre vonatkozó korrekciót a felszíni gáz hidrogén-szulfidtartalmának és a nyersolaj gravitációjának függvényének találták.

………………..(7)

Az 1-3. ábra ezeket a korrekciókat ábrázolja. Owolabi úgy találta, hogy a Jacobson-módszer jobb a Cook Inlet nyersolajrendszerekben a nitrogéntartalomra számított buborékpontnyomás korrekciójára. Jacobson módszere 14%-nál kevesebb nitrogént tartalmazó mérési adatokból származott, míg a Glasø adatai közel 20% nitrogént tartalmazó rendszerekre vonatkoztak. Glasø szén-dioxidra és kénhidrogénre vonatkozó korrekciós tényezői 20, illetve 40% szennyeződést tartalmazó mért adatokat használtak.

• 

  Fig. 1 – Nitrogén buborékpontnyomás korrelációs tényező.

• 

  Ábr. 2 – Szén-dioxid buborékpontnyomás-korrekciós tényező.

• 

  3. ábra – Szénhidrogén-szulfid buborékpontnyomás-korrekciós tényező.

Nómenklatúra

.

Mo	=	olaj molekulatömege, m, lbm/lbm mol
T	=	hőmérséklet, T, °F
pb	=	buborékpontnyomás, m/Lt2, psia
γoc	=	“korrigált” olaj fajlagos tömege
γom	=	mért olaj fajsúly
	=	az olaj buborékpontnyomása a felszíni gázban jelenlévő CO2-val, m/Lt2, psia
	=	az olaj buborékpontnyomása H2S jelenlétében a felszíni gázban, m/Lt2, psia
	=	az olaj buborékpontnyomása a felszíni gázban jelen lévő N2-vel, m/Lt2, psia
pbh	=	az olaj buborékpontnyomása nem szénhidrogének nélkül, m/Lt2, psia
γAPI	=	olaj API-súlya
Kw	=	Watson jellemzési tényező, °R1/3

Noteworthy papers in OnePetro

Ezzel a résszel a OnePetroban található olyan cikkeket lehet felsorolni, amelyeket a többet tudni akaró olvasónak mindenképpen el kell olvasnia

Használja. ezt a részt a PetroWikin és a OnePetro-n kívül más weboldalakon található releváns anyagokra mutató linkek megadására

Lásd még

Oil fluid properties

Crude oil characterization

PEH:Olaj_rendszer_összefüggések