油の気泡点圧力

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リザーバーオイルは、元の状態では、溶液中に天然ガスを若干含んでいます。 この天然ガスが溶液中から出てきて気泡を形成し始める圧力を気泡点圧力という。 このページでは、バブルポイントの計算方法と溶液中のガス/オイル比（GOR）について説明します。

気泡点計算の相関

  • Table 1

  • 続表1

    TABLES

  • Table 1 contd.

  • TableⅠcontd……のように、表1は、その名の通り、’9115>

    2’である。

  • Table 2

    これらの式は関数的に次のように表すことができる：

    …….(1)

    Solution GORは、任意の相関式を並べ替えることによって決定される。

    相関の統計的分析

    いくつかの研究は、バブルポイント-圧力と溶液GORの相関の統計的分析を行い、その結果に基づいて勧告を行っていますが、これらの文献のいずれも相関のフルセットを検証していないのです。 Al-Shammasiは、文献から1,243点のデータバンクを作成した。 これに GeoMark Research のデータベースから入手した 133 サンプルを加え、合計 1,376 件のデータポイントを作成しました。 これらのデータを用いて、気泡点圧力相関のランク付けを行った。 表 3 は、この編集で見つかったデータの範囲とその分布をまとめたものである。 1604>

    • Table 3

    • Fig. 1 – PVT相関の作成に使用したデータの分布。

      表4は相関性能をまとめたものである。 結果は絶対平均相対誤差でソートされており、手法のランク付けの手段となった。

      • Table 4

        データは、さらに原油重力およびGORが相関の一貫性に与える影響を調べるためにグループ化されていた。 Lasater、Al-Shammasi、Velardeらが提案した方法は、広範囲の条件下で信頼性を示した。 このデータセットでは上位にランクされていないかもしれないが、筆者はStandingとGlasøの両相関から良好な結果を得た経験がある。 Fig. 2 – Selected bubblepoint pressure correlations.

        • Correlation for varying solution GOR

        Fig.2 – Selected bubblepoint pressure correlations.

      • 相関の比較は、比較のために描かれている。 3 は、GOR、35°API 原油、炭化水素ガス重力 0.65、および温度 150°F を変化させた場合の 32 個すべての気泡点圧力相関の結果をグラフにまとめたものです。 注目すべきは回答の包絡線と範囲であるため、個々の手法にはラベルを付けていない。 1604>

      • Fig. 3 – Bubblepoint pressure relationship with solution GOR.

        相関関係に対する不純物の影響

        図3に示すアラスカ・クックインレット盆地の原油系に対するOwolabiの方法は、気泡点圧力相関に対するガス不純物の影響を示すものである。 この原油系はGORが200〜300scf/STB、窒素含有量が5〜15%の範囲であることが特徴である。 GORの範囲が狭いことと、表面ガスに窒素が含まれていることから、より高いGORに外挿すると、気泡点圧力がかなり大きな値を予測する相関関係になっています。 これは、限られたデータから相関関係を構築することの落とし穴を示しており、さらに、任意の相関関係の適用範囲を理解することの重要性を定義しています。 その方法は限られた条件の範囲内では完全に有効かもしれませんが、その方法を定義する方程式は外挿には適さないかもしれません。

        この例はまた、ガス不純物の影響に対して計算したバブルポイント圧を調整することの重要性を説明しています。 ほとんどの場合、気泡点-圧力相関は、ガス中の不純物がほとんどない状態で確立されている。 しかし、Owolabiはこの不純物の重要性と、計算結果への影響に着目した。 1604>

        Adjustments to account for crude composition

        図3に示された相関の範囲に大きな広がりがあることに注目すると、ガスの不純物のために気泡点圧を調整する方法が開発され、使用されるべきことがわかる。 この相関は、原油の化学的性質のために予想される変動と一致する結果の核となる包絡線を形成している。 その上下に存在する相関は無視し、結果の高低差をFig.4のように求めた。 4 – バブルポイント圧相関によって定義される変動性。

      API重力だけを用いて原油成分を定義する相関は、原油の化学的性質を適切に表現することができない。 Lasaterの方法は、原油の重力と分子量との関係に依存している。 この関係を調べるには、WhitsonのWatson特性化係数式が利用できる。 Lasaterは、原油の重力と分子量の関係がWatson特性化係数11.8に相当すると報告しているが、よく調べてみると、図5に示すように、Watson特性化係数は約12.2で、パラフィン系オイルを代表する相関関係であることがわかる。 WhitsonとBruléは原油の分子量を決めるのに、API重力から分子量を求めるCragoeの関係を用いることを推奨した。

      ……(2)

      1929年に初めて発表したこの式は一般にコンデンセートに用いられ、20から80°APIまでの範囲で適用可能である。 この範囲外では使用すべきではない。 API重力範囲30から40におけるCragoeの関係では、Watson特性化係数は11.8と定義されている。 特性化係数が11.9である北海原油に関するWhitsonの研究は、この推奨を支持している。 より一般的な推奨は、Whitsonの方程式を使用して、Watsonの特性係数と油比重から分子量を決定することである。

      Lasater は、気泡点圧力係数 pbγg/T と油中に溶解しているガスのモル分率の間の相関関係を開発し、図6に描いた。 この相関式は、高GOR条件下でより良い相関が得られるよう、データへの適合が修正されている。 Lasaterの方法は表1および表2にその全体がまとめられている。

      • Fig. 5 – 有効分子量とタンク・オイルの重力との関係

      • Fig. 6 – 気泡点圧力係数とガスモル分率との相関関係。 Glasøの相関はWatsonの特性化係数が11.9の北海油田から開発された。 図7はLasaterとGlasøの相関式におけるWatson特性係数の変化が気泡点圧力に及ぼす影響を示したもので、Watson特性係数が変化すると気泡点圧力が変化する。 図7は、Lasater相関とGlasø相関におけるWatson特性化係数のバブルポイント圧力への影響を示したもので、図4で示した範囲と同程度のバブルポイント圧力の解が得られる。 このように、気泡点圧力相関にWatson特性化係数を加えることで、世界共通の相関をより柔軟に使用できるようになります。 WhitsonとBruléは、気泡点圧力と特性評価の関係を詳細に示すグラフを発表しており、特性評価係数の増加とともに気泡点圧力が減少することを示しています。 また、彼らの解析手順では、API重力とGORを変化させることができます。 1604>

        • Fig. 7 – Characterization Factor on bubblepoint pressure.

          相関の使用上の注意

          相関とは、特定のデータ群にあてはめ、従属変数と独立変数の関係を示す式または手法のことである。 適切に定義された変数は幅広い条件をカバーし、相関がモデル化される物理過程を適切に表現することを可能にする。 相関式は、その開発に使用された範囲外に外挿されることが日常的にあるため、式の定式化は重要である。 相関式の中には、原油の重力の様々な範囲に対して複数の式を用いて開発されたものがある。 通常、30°APIを、方程式が変化するポイントとして選択する。 複数の方程式を使用した結果、関係に不連続性が生じることがある。 また、他の方法では非物理的な傾向が見られる。 Vazquez and Beggs, Al-Najjar et al., Kartoatmodjo and Schmidt, De Ghetto et al., and Elsharkawy and Alikhanによって提案された相関は、API重力の範囲をカバーするために複数の方程式を使用している。 これらの方法は、しばしば境界を越えて不連続性を示す。 DoklaとOsmanの方法では、原油の重力に対する感度がほとんどない。 気泡点圧力は温度上昇に伴い上昇するはずである。 Dokla and Osman、Almehaideb, Elsharkawy、Dindoruk and Christmanが提案した方法では、減少する。 気泡点圧力は、ガスの重力が大きくなると低下するはずである。 Asgarpour ら（Cardium/Viking、D2/Leduc 地層）、Elsharkawy が提案した方法は、ガス重力の影響を受けないか、ガス重力の増加 に伴って気泡点圧力が増加する。 Omar and Todd の相関は放物線状の傾向を示し、ガス重力が大きい場合には不正確である。 この方法は、ガス比重が 1.10 を超える原油系では避けるべきであろう。 図8～図10はこの結果をグラフ化したものである。

          • 図8-相関の不連続性の例-API重力。

          • 図9-温度による非物理的傾向を示す相関関係。

          • 図10-溶液ガス重力と非物理的傾向を示す相関関係。 溶液GORがゼロである大気圧では、PetroskyとFarshadは50から100scf/STBの値を決定している。 DindorukとChristmanは、GORとバブルポイント圧力が複雑であるため、別々の式を用意した。 どちらの式も低GOR系ではほぼ同じ結果を得ることができる。 GOR の高いシステム（例えば、2,000 scf/STB 以上）では、彼らの GOR 式がより現実的な結果を提供する。したがって、Dindoruk and Christman 法を使用する場合、彼らの溶液 GOR の式が推奨される。 なお，この式は定式化されているため，気泡点圧の計算には数値計算が必要である． OwolabiやHasanらが提案した相関式は55psia以下では不定であり、1985年に発表されたAl-Marhounの方法は、式の定式化により5,348psiaが上限となっている

            相関法はしばしばコンピュータプログラムに組み込まれ、その方法が意図する範囲外の条件に容易に利用できるようになっている。 いくつかの手法は挙動がよく、外挿したときに妥当な結果を得られる。

            Nonhydrocarbon gas effects

            Nonhydrocarbon gases typically found in crude oil systems are nitrogen, carbon dioxide, and hydrogen sulfide.原油系で一般的に見られる非炭化水素ガスは、窒素、二酸化炭素、硫化水素である。 Owolabi、Al-Marhoun、Dokla and Osmanを除く）気泡点圧力相関は、気相に多量の不純物を含まない原油系で開発されたものである。 Jacobson、Glasø、Owolabiの研究により、これらの不純物を考慮して気泡点圧の計算値を修正する手順の必要性が指摘されています。 窒素は原油に溶けにくく、その結果、気泡点圧力が上昇する。 一方、二酸化炭素や硫化水素は天然ガスよりも原油に溶けやすく、気泡点圧を下げる効果がある。 Jacobsonは窒素を14%まで含む110の原油PVT試料を評価し、補正係数はガス中の窒素含有量と混合物の温度に基づいて決めればよいことを明らかにした。 窒素の気泡点圧力への影響を説明する式が開発された。

            ……(4)

            Glasø は窒素、二酸化炭素、硫化水素の気泡点圧力への影響を調べ、各不純物の補正を開発した。 窒素分の補正はガス中の窒素分、温度、原油の重量の関数である

            ……(5)

            二酸化炭素の補正は二酸化炭素分と温度、

            ………

            ….

            ……1…2.(6)

            一方、硫化水素の補正は、表層ガス中の硫化水素含有量と原油の重力の関数であることがわかった(7)

            図1〜図3は、これらの補正を表したものである。 Owolabiは、クックインレット原油系の窒素含有量に対する気泡点圧力計算値の補正には、Jacobsonの方法が優れていることを見出した。 Jacobsonの方法は14%未満の窒素を含む測定データから導き出されたものであるのに対し、Glasøのデータは20%近い窒素を含むシステムを対象としていた。 Glasøの二酸化炭素と硫化水素の補正係数は、それぞれ20%と40%の不純物を含む測定データを用いたものである。 1-窒素気泡点圧力相関係数

          • 図 2-二酸化炭素気泡点圧力補正係数.

          • Fig. 3-硫化水素気泡点圧力補正係数。

            命名法

            油比重測定値

            表面ガス中にCO2を含む油の気泡点圧力。 m/Lt2, psia

            表面ガス中にH2Sを含むオイルの泡立ち圧力、m/Lt2, psia

            非水炭化水素の無いオイルの気泡点圧力, m/Lt2, psia

            Watson Characterization Factor.Kw

            Mo = 石油分子量、m, lbm/lbm mol
            T = 温度、T、°F
            pb = 泡点圧、m/Lt2.T
            温度、°F
            γoc = 「補正」油比重
            γom =
            =
            =
            表面ガス中にN2が存在する場合のオイルの気泡点圧力, m/Lt2, psia
            pbh =
            γAPI = oil API gravity
            Kw =
            =
            油のAPI重力。 °R1/3

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            See also

            Oil fluid properties

            Crude oil characterization

            PEH:油のシステム相関

            。

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