Ciśnienie punktu pęcherzykowego oleju

W swoim pierwotnym stanie, oleje zbiornikowe zawierają pewną ilość gazu ziemnego w roztworze. Ciśnienie, przy którym ten gaz naturalny zaczyna wychodzić z roztworu i tworzyć pęcherzyki, jest znane jako ciśnienie punktu pęcherzyków. Ta strona omawia obliczenia dla punktu pęcherzyków i stosunku gaz/olej w roztworze (GOR).

Korelacje do obliczania punktu pęcherzyków

• 

  Tabela 1

• 

  Tabela 1 cd.

• 

  Tabela 1 contd.

• 

  Tabela 1 contd.

• 

  Tabela 2

Równania te można wyrazić funkcjonalnie jako:

………………..(1)

Rozwiązanie GOR wyznacza się przez przekształcenie dowolnego równania korelacyjnego.

Statystyczna analiza korelacji

Kilka opracowań przedstawia analizy statystyczne dla korelacji punkt pęcherzyków-ciśnienie i GOR roztworu oraz przedstawia zalecenia oparte na ich wynikach; jednak żadna z tych referencji nie bada pełnego zestawu korelacji. Al-Shammasi opracował bank danych zawierający 1243 punkty danych pochodzących z literatury. Została ona uzupełniona o 133 próbki dostępne w bazie danych GeoMark Research, co dało całkowitą liczbę punktów danych wynoszącą 1 376. Dane te zostały następnie wykorzystane do wyznaczenia korelacji ciśnienia punktu pęcherzykowego. Tabela 3 podsumowuje zakresy danych znalezionych w tym zestawieniu oraz ich rozkład. Rys. 1 przedstawia rozkład danych użytych do przygotowania korelacji PVT.

• 

  Tabela 3

• 

  Fig. 1 – Rozkład danych użytych do przygotowania korelacji PVT.

Tabela 4 podsumowuje wydajność korelacji. Wyniki zostały posortowane według średniego bezwzględnego błędu względnego, co pozwoliło na uszeregowanie metod.

• 

  Tabela 4

Dane zostały dalej pogrupowane w celu zbadania wpływu ciężkości ropy naftowej i GOR na spójność korelacji. Metody zaproponowane przez Lasatera, Al-Shammasi oraz Velarde et al. wykazały wiarygodność w szerokim zakresie warunków. Autor spotkał się z dobrymi wynikami korelacji Standinga i Glasø, chociaż w przypadku tego zestawu danych mogły one nie mieć wysokiej rangi. Rys. 2 przedstawia te korelacje dla porównania.

• 

  Fig. 2 – Wybrane korelacje ciśnienia punktu pęcherzyków.

Porównanie korelacji dla zmiennego rozwiązania GOR

Fig. 3 graficznie podsumowuje wyniki wszystkich 32 korelacji ciśnienia punktu pęcherzyków dla zmiennego GOR, ropy naftowej 35°API, ciężaru gazu węglowodorowego 0,65 i temperatury 150°F. Poszczególne metody nie są oznaczone, ponieważ interesująca jest obwiednia i zakres odpowiedzi. Niektóre informacje dotyczące tendencji korelacyjnych można uzyskać na podstawie wartości odstających.

• 

  Rys. 3 – Zależność ciśnienia punktu pęcherzyków od GOR roztworu.

Wpływ zanieczyszczeń na korelacje

Metoda Owolabiego dla systemów ropy naftowej Alaska Cook Inlet Basin, przedstawiona na Rys. 3, ilustruje wpływ zanieczyszczeń gazowych na korelację ciśnienia punktu pęcherzykowego. System ten charakteryzuje się GOR w zakresie od 200 do 300 scf/STB i zawartością azotu od 5 do 15%. Ograniczony zakres GOR w połączeniu z azotem w gazie powierzchniowym skutkuje korelacją, która przewiduje raczej duże wartości ciśnienia punktu pęcherzyków przy ekstrapolacji na wyższe GOR. Ilustruje to pułapki związane z opracowywaniem korelacji na podstawie ograniczonego zestawu danych i dodatkowo określa znaczenie zrozumienia zakresu stosowalności dla każdej korelacji. Metoda może być całkowicie poprawna w ograniczonym zakresie warunków; jednakże równania definiujące metodę mogą nie być odpowiednie do ekstrapolacji.

Przykład ten ilustruje również znaczenie dostosowania obliczonego ciśnienia punktu pęcherzykowego do wpływu zanieczyszczeń gazowych. W przeważającej części, korelacje punkt pęcherzykowy-ciśnienie zostały ustalone przy niewielkiej ilości lub braku zanieczyszczeń w gazie. Owolabi dostrzegł znaczenie tych zanieczyszczeń i ich wpływ na wyniki obliczeń. Metody dostosowania obliczonego ciśnienia punktu pęcherzykowego do zanieczyszczeń gazu zostały opracowane i powinny być stosowane.

Dostosowanie do składu surowca

Pouczające jest skupienie się na dużym rozrzucie w zakresie korelacji przedstawionych na Rys. 3. Korelacje te tworzą rdzeń wyników, które pokrywają się z odchyleniami oczekiwanymi ze względu na charakter chemiczny ropy naftowej. Korelacje z wynikami znajdującymi się powyżej i poniżej tej obwiedni zostały zignorowane, a różnica pomiędzy wysokimi i niskimi wynikami została określona w sposób pokazany na Rys. 4.

• 

  Fig. 4 – Zmienność określona przez korelacje ciśnienia punktu pęcherzykowego.

Korelacje wykorzystujące jedynie ciężar API do określenia składnika ropy naftowej nie opisują w odpowiedni sposób chemicznej natury ropy naftowej. Metoda Lasatera opiera się na relacji odnoszącej się do ciężaru ropy naftowej i masy cząsteczkowej. Równanie współczynnika charakterystyki Whitsona może być użyte do zbadania tej zależności. Lasater podał, że relacja ciężar ciężkości ropy naftowej do ciężaru cząsteczkowego odpowiada współczynnikowi charakterystyki Watsona wynoszącemu 11,8; jednakże po bliższym przyjrzeniu się, korelacja ta jest reprezentatywna dla ropy parafinowej ze współczynnikiem charakterystyki Watsona wynoszącym około 12,2, jak pokazuje Rys. 5. Whitson i Brulé zalecili, aby do określania masy cząsteczkowej ropy naftowej stosować zależność Cragoe’a do określania masy cząsteczkowej na podstawie ciężaru API.

………………..(2)

Po raz pierwszy opublikowane w 1929 roku, równanie to jest ogólnie stosowane do kondensatów i ma zastosowanie w zakresie od 20 do 80°API. Nie powinno być stosowane poza tym zakresem. Współczynnik charakterystyki Watsona wynoszący 11,8 jest określony przez zależność Cragoe’a w zakresie ciężkości API od 30 do 40. Praca Whitsona z ropami z Morza Północnego, których współczynnik charakterystyki wynosi 11,9, potwierdza to zalecenie. Bardziej ogólnym zaleceniem jest użycie równania Whitsona do określenia masy cząsteczkowej na podstawie współczynnika charakteryzacji Watsona i ciężaru właściwego ropy. To dodaje wymiar natury chemicznej ropy naftowej do szacowania właściwości płynu przy użyciu korelacji.

Lasater opracował korelację pomiędzy współczynnikiem ciśnienia punktu pęcherzykowego, pbγg/T, a ułamkiem molowym gazu rozpuszczonego w ropie, co przedstawiono na Rys. 6. Równanie dopasowane do danych zostało zmodyfikowane, aby zapewnić lepsze działanie korelacji w warunkach wysokiego GOR. Metoda Lasatera jest podsumowana w całości w tabelach 1 i 2.

• 

  Fig. 5 – Efektywna masa cząsteczkowa w zależności od ciężkości oleju w zbiorniku.

• 

  Fig. 6 – Korelacja współczynnika ciśnienia punktu pęcherzykowego z frakcją molową gazu.

Whitson i Brulé zaproponowali modyfikację korelacji Glasø w celu uwzględnienia zmian współczynnika charakteryzacji. Korelacja Glasø’a została opracowana na podstawie ropy naftowej z Morza Północnego o współczynniku charakteryzacji Watsona równym 11,9. Proponowana modyfikacja jest

………………..(3)

Rys. 7 przedstawia wpływ zmiany współczynnika charakteryzacji Watsona na ciśnienie punktu pęcherzyków dla korelacji Lasatera i Glasø. Zakres rozwiązań ciśnienia punktu pęcherzykowego jest porównywalny z zakresem przedstawionym na Rys. 4. Wyraźnie widać, że dodanie współczynnika charakterystyki Watsona do korelacji ciśnienia punktu pęcherzykowego oferuje zwiększoną elastyczność w stosowaniu korelacji w skali światowej. Whitson i Brulé przedstawiają wykresy opisujące zależność pomiędzy ciśnieniem punktu pęcherzyków a charakterystyką, które pokazują, że ciśnienie punktu pęcherzyków maleje wraz ze wzrostem współczynnika charakterystyki. Ich procedura analizy pozwala również na zmianę ciężaru API i GOR. Pozwalając na zmianę tych dwóch wielkości, ich ocena pokazuje odwrotność Rys. 7.

• 

  Rys. 7 – Wpływ współczynnika charakteryzacji na ciśnienie punktu pęcherzyków.

Ostrożności w stosowaniu korelacji

Korelacja jest równaniem lub metodą dopasowaną do określonych grup danych w celu zapewnienia związku między zmiennymi zależnymi i niezależnymi. Prawidłowo zdefiniowane zmienne obejmują szeroki zakres warunków, umożliwiając korelację w celu właściwego przedstawienia modelowanych procesów fizycznych. Sformułowanie równań jest ważne, ponieważ są one rutynowo ekstrapolowane poza zakres użyty do ich opracowania. Niektóre korelacje zostały opracowane z wieloma równaniami dla różnych zakresów ciężkości ropy naftowej. Zwykle 30°API jest wybierane jako punkt, w którym równania się zmieniają. W wyniku stosowania wielu równań mogą powstać nieciągłości w zależnościach. Inne metody wykazują tendencje niefizyczne. Należy zachować ostrożność przy stosowaniu tych metod do obliczeń „ogólnego zastosowania” w szerokim zakresie warunków.

Korelacje zaproponowane przez Vazqueza i Beggsa, Al-Najjara i wsp., Kartoatmodjo i Schmidta, De Ghetto i wsp. oraz Elsharkawy’ego i Alikhana wykorzystują wiele równań do pokrycia zakresu ciężkości API. Metody te często wykazują nieciągłości w poprzek granic. Metoda Dokli i Osmana praktycznie nie wykazuje wrażliwości na ciężar właściwy ropy naftowej. Ciśnienie punktu pęcherzykowego powinno wzrastać wraz ze wzrostem temperatury. Metody proponowane przez Doklę i Osmana, Almehaideba, Elsharkawy’ego oraz Dindoruka i Christmana wykazują spadek. Ciśnienie punktu pęcherzyków powinno spadać wraz ze wzrostem ciężkości gazu. Metody zaproponowane przez Asgarpoura et al. (dla formacji Cardium/Viking i D2/Leduc) oraz Elsharkawy’ego są niewrażliwe na ciężar gazu lub wykazują wzrost ciśnienia punktu pęcherzykowego wraz ze wzrostem ciężaru gazu. Korelacja Omara i Todda wykazuje paraboliczny trend, który jest niedokładny w przypadku dużych ciężarów gazu. Metody tej należy unikać w przypadku układów ropy naftowej o ciężarze właściwym gazu większym niż 1,10. Rys. 8 do 10 przedstawiają te wyniki graficznie.

• 

  Fig. 8 – Przykład nieciągłości korelacji – grawitacjaAPI.

• 

  Fig. 9 – Korelacje wykazujące niefizyczne trendy z temperaturą.

• 

  Fig. 10 – Korelacje wykazujące niefizyczne tendencje z ciężarem gazu w roztworze.

Dodatkowo stwierdzono, że kilka innych korelacji wykazuje niepożądane tendencje. Przy ciśnieniu atmosferycznym, gdzie rozwiązanie GOR wynosi zero, Petrosky i Farshad określają wartość od 50 do 100 scf/STB. Dindoruk i Christman podali oddzielne równania dla GOR i ciśnienia punktu pęcherzykowego ze względu na ich złożoność. Oba równania dają niemal identyczne wyniki dla systemów o niskim GOR. W przypadku systemów o wyższym GOR (np. powyżej 2000 scf/STB), ich równanie GOR zapewnia bardziej realistyczne wyniki; dlatego przy stosowaniu metody Dindoruka i Christmana zaleca się stosowanie ich równania do obliczania GOR. W przypadku obliczania ciśnienia punktu pęcherzykowego, ze względu na sposób sformułowania, równanie to musi być rozwiązywane metodami numerycznymi. Korelacje zaproponowane przez Owolabi i Hasan et al. są niezdefiniowane przy ciśnieniach mniejszych niż 55 psia, natomiast metoda Al-Marhouna, opublikowana w 1985 roku, ma górną granicę ciśnienia 5,348 psia ze względu na sformułowanie równań.

Korelacje są często włączane do programów komputerowych, w których mogą być łatwo stosowane dla warunków spoza zakresu przewidzianego dla danej metody. Niektóre metody są dobrze zachowujące się i dostarczają rozsądnych wyników przy ekstrapolacji. Inne metody powinny być stosowane tylko w granicach określonych przez dane użyte do opracowania korelacji.

Wpływ gazu niewęglowodorowego

Gazami niewęglowodorowymi występującymi zwykle w systemach ropy naftowej są azot, dwutlenek węgla i siarkowodór. Korelacje ciśnienia punktu pęcherzyków (z wyjątkiem Owolabi, Al-Marhoun, oraz Dokla i Osman) zostały opracowane dla systemów ropy naftowej, które nie zawierały znaczących ilości zanieczyszczeń w fazie gazowej. Prace Jacobson, Glasø i Owolabi wskazują na potrzebę opracowania procedur modyfikujących obliczone ciśnienie punktu pęcherzyków w odniesieniu do tych zanieczyszczeń. Azot nie rozpuszcza się łatwo w ropie naftowej, co powoduje wzrost ciśnienia punktu pęcherzykowego. Z drugiej strony, dwutlenek węgla i siarkowodór są bardziej rozpuszczalne w ropie naftowej niż w gazie ziemnym, co wpływa na obniżenie ciśnienia punktu pęcherzykowego. Jacobson ocenił 110 próbek PVT ropy naftowej zawierających do 14% azotu i stwierdził, że współczynnik korekcyjny musi być oparty jedynie na zawartości azotu w gazie i temperaturze mieszaniny. Opracowano równanie uwzględniające wpływ azotu na ciśnienie punktu pęcherzykowego.

………………..(4)

Glasø zbadał wpływ azotu, dwutlenku węgla i siarkowodoru na ciśnienie punktu pęcherzykowego i opracował poprawki dla każdego zanieczyszczenia. Poprawka dla zawartości azotu jest funkcją zawartości azotu w gazie, temperatury i ciężkości ropy naftowej.

………………..(5)

Poprawka dla dwutlenku węgla jest funkcją zawartości dwutlenku węgla i temperatury,

………………..(6)

natomiast poprawka dla siarkowodoru okazała się być funkcją zawartości siarkowodoru w gazie powierzchniowym i ciężarze ropy naftowej.

………………..(7)

Rysunki od 1 do 3 przedstawiają te poprawki. Owolabi stwierdził, że metoda Jacobsona jest lepsza do korygowania obliczonego ciśnienia punktu pęcherzyków w odniesieniu do zawartości azotu w systemach ropy naftowej Cook Inlet. Metoda Jacobsona została opracowana na podstawie danych pomiarowych zawierających mniej niż 14% azotu, natomiast dane Glasø obejmowały systemy zawierające prawie 20% azotu. Współczynniki korekcyjne Glasø dla dwutlenku węgla i siarkowodoru wykorzystały dane pomiarowe zawierające zanieczyszczenia odpowiednio 20 i 40%.

• 

  Fig. 1 – Współczynnik korelacji ciśnienia punktu pęcherzykowego azotu.

• 

  Fig. 2 – Współczynnik korekcji ciśnienia punktu pęcherzykowego dwutlenku węgla.

• 

  Rys. 3 – Współczynnik korekcji ciśnienia punktu pęcherzykowego siarkowodoru.

Nomenklatura

.

Mo	=	masa cząsteczkowa oleju, m, lbm/lbm mol
T	=	temperatura, T, °F
pb	=	ciśnienie punktu bąbelkowego, m/Lt2, psia
γoc	=	„skorygowany” ciężar właściwy oleju
γom	=	mierzony ciężar właściwy oleju
	=	ciśnienie punktu bąbelkowania oleju z CO2 obecnym w gazie powierzchniowym, m/Lt2, psia
	=	ciśnienie punktu bąbelkowego ropy z H2S obecnym w gazie powierzchniowym, m/Lt2, psia
	=	ciśnienie punktu bąbelkowego ropy z N2 obecnym w gazie powierzchniowym, m/Lt2, psia
pbh	=	ciśnienie punktu bąbelkowego ropy bez węglowodorów, m/Lt2, psia
γAPI	=	grawitacja API ropy naftowej
Kw	=	współczynnik charakterystyki Watsona, °R1/3

Prace warte uwagi w OnePetro

Użyj tej sekcji, aby wymienić prace w OnePetro, które czytelnik chcący dowiedzieć się więcej powinien koniecznie przeczytać

Użyj tę sekcję, aby podać linki do odpowiednich materiałów na stronach innych niż PetroWiki i OnePetro

Zobacz także

Właściwości płynów naftowych

Charakterystyka ropy naftowej

PEH:Oil_System_Correlations

.