Olie-bubbelpuntdruk

In hun oorspronkelijke toestand bevatten reservoiroliën enig aardgas in oplossing. De druk waarbij dit aardgas uit de oplossing begint te komen en bellen begint te vormen, staat bekend als de bubbelpuntdruk. Deze pagina bespreekt berekeningen voor het borrelpunt en de gas/olieverhouding (GOR) van de oplossing.

Correlaties voor de berekening van het borrelpunt

• 

  Tabel 1

• 

  Tabel 1 contd.

• 

  Tabel 1 contd.

• 

  Tabel 1 contd.

• 

  Tabel 2

Deze vergelijkingen kunnen functioneel worden uitgedrukt als:

………………..(1)

De oplossing GOR wordt bepaald door herschikking van een gegeven correlatievergelijking.

Statistische analyse van correlaties

Er zijn verschillende studies die statistische analyses geven voor bubblepoint-druk en oplossing GOR correlaties en aanbevelingen doen op basis van hun bevindingen; geen van deze referenties onderzoekt echter de volledige reeks correlaties. Al-Shammasi heeft een databank van 1.243 datapunten uit de literatuur samengesteld. Dit werd aangevuld met 133 monsters uit een databank van GeoMark Research, waardoor het totale aantal datapunten op 1.376 kwam. Deze gegevens werden vervolgens gebruikt om de bubbeldrukcorrelaties te rangschikken. Tabel 3 geeft een overzicht van de gegevensreeksen die in deze compilatie zijn gevonden en van de verdeling. Fig. 1 toont de verdeling van de gegevens die zijn gebruikt om PVT-correlaties op te stellen.

• 

  Tabel 3

• 

  Fig. 1 – Verdeling van de gegevens die zijn gebruikt om PVT-correlaties te bereiden.

Tabel 4 geeft een samenvatting van de correlatieprestaties. De resultaten zijn gesorteerd op absolute gemiddelde relatieve fout, die een middel verschafte om de methoden te rangschikken.

• 

  Tabel 4

De gegevens werden verder gegroepeerd om de invloed van de zwaartekracht van ruwe olie en GOR op de consistentie van de correlaties te onderzoeken. De methoden die werden voorgesteld door Lasater, Al-Shammasi, en Velarde et al. toonden betrouwbaarheid over een breed scala van omstandigheden. De auteur heeft goede resultaten ondervonden van zowel de Standing- als de Glasø-correlaties, hoewel ze bij deze gegevensreeks misschien niet hoog scoorden. Fig. 2 geeft deze correlaties weer ter vergelijking.

• 

  Fig. 2 – Geselecteerde bubbelpuntdrukcorrelaties.

Correlatievergelijking voor variërende oplossing GOR

Fig. 3 geeft een grafische samenvatting van de resultaten van alle 32 bubbelpuntdrukcorrelaties voor variërende GOR, een ruwe olie van 35°API, een koolwaterstofgaszwaarte van 0,65 en een temperatuur van 150°F. De afzonderlijke methoden zijn niet gelabeld, omdat de omhullende en het bereik van de antwoorden van belang zijn. Uit de uitschieters kan enige informatie over correlatietrends worden gehaald.

• 

  Fig. 3 – Relatie tussen bubbelpuntdruk en oplossing GOR.

Invloed van onzuiverheden op correlaties

Owolabi’s methode voor Alaska Cook Inlet Basin ruwe-oliesystemen, getoond in Fig. 3, illustreert de invloed van gasonzuiverheden op de bubbelpuntdrukcorrelatie. Dit ruwe-oliesysteem wordt gekenmerkt door GOR’s in het bereik van 200 tot 300 scf/STB en stikstofgehaltes van 5 tot 15%. Het beperkte bereik van GOR’s in combinatie met de stikstof in het oppervlaktegas resulteert in een correlatie die tamelijk grote waarden van de bubbelpuntdruk voorspelt wanneer deze wordt geëxtrapoleerd naar hogere GOR’s. Dit illustreert de valkuilen van het ontwikkelen van een correlatie op basis van een beperkte reeks gegevens en toont verder het belang aan van inzicht in het toepassingsgebied van een bepaalde correlatie. De methode kan volkomen geldig zijn binnen een beperkt bereik van omstandigheden; de vergelijkingen die de methode definiëren kunnen echter ongeschikt zijn voor extrapolatie.

Dit voorbeeld illustreert ook het belang van het aanpassen van de berekende bubbelpuntdruk voor de effecten van gasonzuiverheden. Voor het grootste deel zijn de bubbelpunt-drukcorrelaties vastgesteld met weinig of geen onzuiverheden in het gas. Owolabi onderkende het belang van deze onzuiverheden en hun invloed op de berekende resultaten. Er zijn methoden ontwikkeld om de berekende bubbelpuntdruk aan te passen voor gasonzuiverheden en deze moeten worden gebruikt.

Aanpassingen om rekening te houden met de samenstelling van ruwe olie

Het is instructief de aandacht te vestigen op de grote spreiding in de reeks correlaties die in fig. 3 wordt gepresenteerd. De correlaties vormen een kerngebied van resultaten die samenvallen met variaties die op grond van de chemische aard van de ruwe olie te verwachten zijn. Correlaties met resultaten die boven en onder de kernomhulling liggen, werden buiten beschouwing gelaten, en het verschil tussen hoge en lage resultaten werd bepaald zoals getoond in Fig. 4.

• 

  Fig. 4 – Variabiliteit bepaald door bubbeldrukcorrelaties.

Correlaties die alleen gebruik maken van API-zwaartekracht om de ruwe-oliecomponent te definiëren, beschrijven de chemische aard van de ruwe olie niet adequaat. De methode van Lasater berust op een verband tussen de zwaarte van de ruwe olie en het moleculaire gewicht. Whitson’s Watson karakteriseringsfactor-vergelijking kan worden gebruikt om deze relatie te onderzoeken. Lasater rapporteerde dat de relatie tussen de zwaarte van de olie en het moleculaire gewicht overeenkomt met een Watson-karakterisatiefactor van 11,8; bij nader onderzoek blijkt de correlatie echter representatief te zijn voor paraffinische olie met een Watson-karakterisatiefactor van ongeveer 12,2, zoals blijkt uit fig. 5. Whitson en Brulé bevelen aan om voor de bepaling van het moleculaire gewicht van ruwe aardolie gebruik te maken van de relatie van Cragoe om uit de API-zwaartekracht het moleculaire gewicht te bepalen.

………………..(2)

Deze vergelijking, die voor het eerst werd gepubliceerd in 1929, wordt over het algemeen gebruikt voor condensaten en is toepasbaar in het bereik van 20 tot 80°API. Buiten dit bereik dient zij niet te worden gebruikt. Een Watson-karakteriseringsfactor van 11,8 wordt door Cragoe’s relatie over het API-zwaartebereik 30 tot 40 bepaald. Whitson’s werk met ruwe olie uit de Noordzee die een karakteriseringsfactor van 11,9 heeft, ondersteunt deze aanbeveling. Een meer algemene aanbeveling is de vergelijking van Whitson te gebruiken om het molecuulgewicht te bepalen uit de karakteriseringsfactor van Watson en het soortelijk gewicht van de olie. Dit voegt de dimensie van de chemische aard van de ruwe olie toe aan de schatting van de vloeistofeigenschappen met behulp van correlaties.

Lasater ontwikkelde een correlatie tussen een bubbelpunt-drukfactor, pbγg/T, en de molfractie van in de olie opgelost gas, die is afgebeeld in fig. 6. De aan de gegevens aangepaste vergelijking is gewijzigd om de correlatie bij hoge GOR-condities beter te laten presteren. De methode van Lasater is in zijn geheel samengevat in de tabellen 1 en 2.

• 

  Fig. 5 – Effectief moleculair gewicht gerelateerd aan de zwaarte van de tank-olie.

• 

  Fig. 6 – Correlatie tussen de drukfactor en de gasmoleculen.

Whitson en Brulé stelden een wijziging voor van de correlatie van Glasø om rekening te houden met veranderingen in de karakteriseringsfactor. De correlatie van Glasø werd ontwikkeld op basis van ruwe olie uit de Noordzee met een Watson-karakteriseringsfactor van 11,9. De voorgestelde wijziging is

………………..(3)

Fig. 7 toont het effect van het veranderen van de Watson-karakteriseringsfactor op de bubblepointdruk voor de Lasater en Glasø correlaties. Het bereik van de oplossingen voor de drukverschillen is vergelijkbaar met het bereik in Fig. 4. Het is duidelijk dat de toevoeging van de Watson-karakteriseringsfactor aan de correlatie van de borrelpuntsdruk een grotere flexibiliteit biedt bij het gebruik van een correlatie op wereldwijde basis. Whitson en Brulé presenteren grafieken waarin de relatie tussen bubbelpuntdruk en karakterisering wordt gedetailleerd en waaruit blijkt dat de bubbelpuntdruk afneemt naarmate de karakteriseringsfactor toeneemt. Hun analyseprocedure laat ook toe de API-zwaartekracht en de GOR te wijzigen. Door deze twee grootheden te laten variëren, toont hun evaluatie het omgekeerde van Fig. 7.

• 

  Fig. 7 – Effect van de karakteriseringsfactor op de bubbelpuntdruk.

Voorzichtigheid bij het gebruik van correlaties

Een correlatie is een vergelijking of methode die op specifieke gegevensgroepen wordt toegepast om het verband tussen afhankelijke en onafhankelijke variabelen aan te geven. Wanneer de variabelen goed gedefinieerd zijn, bestrijken zij een breed scala van omstandigheden, zodat de correlatie de fysische processen die gemodelleerd worden goed kan weergeven. De formulering van de vergelijkingen is belangrijk omdat zij routinematig worden geëxtrapoleerd buiten het bereik dat voor de ontwikkeling ervan is gebruikt. Sommige correlaties zijn ontwikkeld met meerdere vergelijkingen voor verschillende zwaartebereiken van ruwe olie. Normaliter wordt 30°API gekozen als punt waarop de vergelijkingen veranderen. Door het gebruik van meerdere vergelijkingen kunnen discontinuïteiten in de verbanden ontstaan. Andere methoden geven niet-fysische tendensen te zien. Voorzichtigheid is geboden bij het gebruik van deze methoden voor “algemeen gebruik” berekeningen over een breed scala van omstandigheden.

Correlaties voorgesteld door Vazquez en Beggs, Al-Najjar et al., Kartoatmodjo en Schmidt, De Ghetto et al., en Elsharkawy en Alikhan gebruiken meerdere vergelijkingen om het bereik van API graviteiten te bestrijken. Deze methoden vertonen vaak discontinuïteiten over de grenzen heen. De methode van Dokla en Osman vertoont vrijwel geen gevoeligheid voor de zwaarte van de ruwe olie. De bubbelpuntdruk zou moeten toenemen naarmate de temperatuur stijgt. De methoden van Dokla en Osman, Almehaideb, Elsharkawy, en Dindoruk en Christman vertonen een daling. De bubbelpuntdruk zou moeten afnemen naarmate de gaszwaartekracht toeneemt. De methoden van Asgarpour et al. (voor de Cardium/Viking- en D2/Leduc-formaties) en Elsharkawy zijn ongevoelig voor de gaszwaartekracht of tonen een toenemende bubbelpuntdruk bij toenemende gaszwaartekracht. De correlatie van Omar en Todd vertoont een parabolische trend die onnauwkeurig is voor hoge gasdichtheden. Deze methode moet worden vermeden voor ruwe-oliesystemen met gasspecifieke graviteiten van meer dan 1,10. Figs. 8 t/m 10 geven deze resultaten grafisch weer.

• 

  Fig. 8 – Voorbeeld van correlatie discontinuïteiten-API-zwaartekracht.

• 

  Fig. 9 – Correlaties die niet-fysieke trends met temperatuur vertonen.

• 

  Fig. 10 – Correlaties die niet-fysische tendensen vertonen met de zwaartekracht van het oplossingsgas.

Verder is gebleken dat verscheidene andere correlaties ongewenste tendensen vertonen. Bij atmosferische druk waar de oplossing GOR nul is, bepalen Petrosky en Farshad een waarde van 50 tot 100 scf/STB. Dindoruk en Christman hebben afzonderlijke vergelijkingen gegeven voor GOR en bubblepointdruk vanwege de complexiteit ervan. Beide vergelijkingen geven vrijwel identieke resultaten voor lage GOR-systemen. Voor systemen met een hogere GOR (b.v. meer dan 2000 scf/STB) levert hun GOR-vergelijking realistischer resultaten op; daarom wordt bij gebruik van de methode van Dindoruk en Christman hun vergelijking voor de oplossing van GOR aanbevolen. Voor de berekening van de bubbeldruk moet deze vergelijking, vanwege de formulering, met numerieke methoden worden opgelost. Correlaties voorgesteld door Owolabi en Hasan et al. zijn ongedefinieerd bij drukken lager dan 55 psia, terwijl de methode van Al-Marhoun, gepubliceerd in 1985, een bovendrukgrens heeft van 5.348 psia vanwege de formulering van de vergelijkingen.

Correlaties worden vaak opgenomen in computerprogramma’s waarin zij gemakkelijk kunnen worden gebruikt voor omstandigheden buiten het voor de methode bedoelde bereik. Sommige methoden gedragen zich goed en geven redelijke resultaten bij extrapolatie. Andere methoden moeten alleen worden gebruikt binnen de grenzen die worden bepaald door de gegevens die bij de ontwikkeling van de correlatie zijn gebruikt.

Effecten van niet-koolwaterstofgassen

Niet-koolwaterstofgassen die gewoonlijk in ruwe-oliesystemen worden aangetroffen zijn stikstof, kooldioxide en waterstofsulfide. De bubbeldrukcorrelaties (met uitzondering van die van Owolabi, Al-Marhoun, en Dokla en Osman) werden ontwikkeld met ruwe-oliesystemen die geen significante hoeveelheden onzuiverheden in de gasfase bevatten. Het werk van Jacobson, Glasø en Owolabi wijst op de noodzaak van procedures om de berekende bubbelpuntdruk voor deze onzuiverheden te wijzigen. Stikstof lost niet gemakkelijk op in ruwe olie, wat resulteert in een verhoging van de bubbelpuntdruk. Anderzijds zijn kooldioxide en waterstofsulfide beter oplosbaar in ruwe aardolie dan in aardgas, wat een verlaging van de bubbelpuntdruk tot gevolg heeft. Jacobson evalueerde 110 PVT-monsters van ruwe olie die tot 14% stikstof bevatten en stelde vast dat een correctiefactor alleen gebaseerd hoeft te zijn op het stikstofgehalte van het gas en de temperatuur van het mengsel. Er werd een vergelijking ontwikkeld om rekening te houden met de effecten van stikstof op de bubbelpuntdruk.

………………..(4)

Glasø onderzocht de effecten van stikstof, kooldioxide en waterstofsulfide op de bubbelpuntdruk en ontwikkelde correcties voor elke onzuiverheid. De correctie voor het stikstofgehalte is een functie van het stikstofgehalte in het gas, de temperatuur en de zwaarte van de ruwe olie.

………………..(5)

De correctie voor kooldioxide is een functie van het kooldioxidegehalte en de temperatuur,

………………..(6)

, terwijl de correctie voor waterstofsulfide een functie bleek te zijn van het waterstofsulfidegehalte in het oppervlaktegas en de zwaartekracht van ruwe olie.

………………..(7)

Figuren 1 tot en met 3 geven deze correcties weer. Owolabi vond dat de methode van Jacobson superieur was voor de correctie van de berekende bubbelpuntdruk voor het stikstofgehalte in Cook Inlet ruwe-oliesystemen. De methode van Jacobson was afgeleid van meetgegevens die minder dan 14% stikstof bevatten, terwijl de gegevens van Glasø betrekking hadden op systemen met bijna 20% stikstof. Voor de correctiefactoren van Glasø voor kooldioxide en waterstofsulfide werd gebruik gemaakt van meetgegevens die onzuiverheden van respectievelijk 20 en 40% bevatten.

• 

  Fig. 1 – Stikstof bubbelpunt druk correlaties factor.

• 

  Fig. 2 – Kooldioxide bubblepoint drukcorrectiefactor.

• 

  Fig. 3 – Waterstofsulfide bubblepoint drukcorrectiefactor.

Nomenclatuur

Mo	=	moleculair gewicht van de olie, m, lbm/lbm mol
T	=	temperatuur, T, °F
pb	=	bubbelpuntdruk, m/Lt2, psia
γoc	=	“gecorrigeerd” olie soortelijk gewicht
γom	=	gemeten soortelijk gewicht van olie
	=	bubbelpuntdruk van olie met CO2 aanwezig in oppervlaktegas, m/Lt2, psia
	=	bubbelpuntdruk van olie met H2S aanwezig in oppervlaktegas, m/Lt2, psia
	=	bubbelpuntdruk van olie met N2 aanwezig in oppervlaktegas, m/Lt2, psia
pbh	=	bubbelpuntdruk van olie zonder niet-hydrokoolwaterstoffen, m/Lt2, psia
γAPI	=	API-zwaartekracht van de olie
Kw	=	Watson-karakterisatiefactor, °R1/3

Noteworthy papers in OnePetro

Gebruik deze sectie om papers in OnePetro op te sommen die een lezer die meer wil weten zeker zou moeten lezen

Gebruik deze sectie om links te geven naar relevant materiaal op andere websites dan PetroWiki en OnePetro

Zie ook

Olievloeistof eigenschappen

Crude oil characterization

PEH:Olie_Systeem_correlaties