Oljans bubbelpunktstryck

I ursprungligt skick innehåller reservoaroljor en del naturgas i lösning. Det tryck vid vilket denna naturgas börjar komma ut ur lösningen och bilda bubblor kallas bubbelpunktstryck. På den här sidan diskuteras beräkningar av bubbelpunkten och lösningens gas/oljeförhållande (GOR).

Korrelationer för beräkning av bubbelpunkt

• 

  Tabell 1

• 

  Tabell 1 forts.

• 

  Tabell 1 contd.

• 

  Tabell 1 contd.

• 

  Tabell 2

Dessa ekvationer kan uttryckas funktionellt som:

………………..(1)

Lösningen GOR bestäms genom att omorganisera en given korrelationsekvation.

Statistisk analys av korrelationer

Flera studier ger statistiska analyser för korrelationer mellan bubbelpunkt, tryck och GOR i lösning och ger rekommendationer baserade på deras resultat; ingen av dessa referenser undersöker dock hela uppsättningen av korrelationer. Al-Shammasi sammanställde en databas med 1 243 datapunkter från litteraturen. Detta kompletterades med 133 prover som var tillgängliga från en GeoMark Research-databas, vilket gav det totala antalet datapunkter till 1 376. Dessa data användes sedan för att rangordna bubbelpunktstryckkorrelationerna. I tabell 3 sammanfattas de datavärden som hittades i denna sammanställning och fördelningen. Fig. 1 visar fördelningen av de data som användes för att förbereda PVT-korrelationerna.

• 

  Tabell 3

• 

  Fig. 1 – Fördelning av data som används för att förbereda PVT-korrelationer.

Tabell 4 sammanfattar korrelationsprestanda. Resultaten är sorterade efter absolut genomsnittligt relativt fel, vilket gav ett sätt att rangordna metoderna.

• 

  Tabell 4

Data grupperades ytterligare för att undersöka råoljetyngden och GOR:s inverkan på korrelationernas konsistens. De metoder som föreslagits av Lasater, Al-Shammasi och Velarde et al. visade sig vara tillförlitliga under ett stort antal förhållanden. Författaren har upplevt goda resultat med både Standing- och Glasø-korrelationerna, även om de kanske inte har rankats högt med denna datamängd. Fig. 2 visar dessa korrelationer för jämförelse.

• 

  Fig. 2 – Utvalda korrelationer för bubbelpunktstryck.

Korrelationsjämförelse för varierande lösning GOR

Fig. 3 sammanfattar grafiskt resultaten av alla 32 bubbelpunktstryckkorrelationer för varierande GOR, en 35°API råolja, en kolvätegasgravitation på 0,65 och en temperatur på 150°F. De enskilda metoderna är inte märkta, eftersom det är svarens omfattning och räckvidd som är av intresse. Viss information om korrelationstrender kan samlas in från de avvikande metoderna.

• 

  Fig. 3 – Bubbelpunktstrycksförhållande med lösningens GOR.

Föroreningars inverkan på korrelationer

Owolabis metod för Alaska Cook Inlet Basin råoljesystem, som visas i fig. 3, illustrerar gasföroreningars inverkan på bubbelpunktstryckskorrelationen. Detta råoljesystem kännetecknas av GOR i intervallet 200-300 scf/STB och kvävehalter på 5-15 %. Det begränsade intervallet av GOR i kombination med kväve i ytgasen resulterar i en korrelation som förutsäger ganska stora värden för bubbelpunktstrycket när den extrapoleras till högre GOR. Detta illustrerar fallgroparna med att utveckla en korrelation från en begränsad uppsättning data och visar ytterligare hur viktigt det är att förstå tillämpningsområdet för en viss korrelation. Metoden kan vara helt giltig inom ett begränsat antal förhållanden, men ekvationerna som definierar metoden är kanske inte lämpliga för extrapolering.

Detta exempel illustrerar också vikten av att justera det beräknade bubbelpunktstrycket för effekterna av gasföroreningar. För det mesta har korrelationer mellan bubbelpunkt och tryck upprättats med små eller inga föroreningar i gasen. Owolabi insåg betydelsen av dessa föroreningar och deras inverkan på de beräknade resultaten. Metoder för att justera det beräknade bubbelpunktstrycket för gasföroreningar har utvecklats och bör användas.

Justeringar för att ta hänsyn till råvarans sammansättning

Det är lärorikt att fokusera på den stora spridningen i intervallet av korrelationer som presenteras i fig. 3. Korrelationerna bildar en kärna av resultat som sammanfaller med variationer som förväntas på grund av råoljans kemiska natur. Korrelationer med resultat som ligger över och under kärnkuvertet ignorerades, och skillnaden mellan höga och låga resultat bestämdes enligt fig. 4.

• 

  Fig. 4 – Variabilitet definierad av korrelationer för bubbelpunktstryck.

Korrelationer som endast använder API-gravitation för att definiera råoljekomponenten beskriver inte råoljans kemiska natur på ett adekvat sätt. Lasaters metod bygger på ett samband mellan råoljans gravitation och molekylvikt. Whitsons Watson-ekvation för karakteriseringsfaktorer kan användas för att undersöka detta förhållande. Lasater rapporterade att förhållandet mellan oljans gravitation och molekylvikt motsvarade en Watson-karaktäriseringsfaktor på 11,8. Vid närmare granskning är korrelationen dock representativ för paraffinisk olja med en Watson-karaktäriseringsfaktor på cirka 12,2, vilket framgår av fig. 5. Whitson och Brulé rekommenderade att Cragoes relation för att bestämma molekylvikten från API-gravitationen skulle användas för att bestämma råoljans molekylvikt.

………………..(2)

Denna ekvation, som publicerades för första gången 1929, används i allmänhet med kondensat och är tillämpbar i intervallet 20 till 80°API. Den bör inte användas utanför detta område. En Watson-karaktäriseringsfaktor på 11,8 definieras av Cragoes relation över API-gravitationsområdet 30 till 40. Whitsons arbete med råoljor från Nordsjön som har en karakteriseringsfaktor på 11,9 stöder denna rekommendation. En mer allmän rekommendation är att använda Whitsons ekvation för att bestämma molekylvikten utifrån Watsons karakteriseringsfaktor och oljans specifika vikt. Detta tillför dimensionen av råoljans kemiska natur till uppskattningen av vätskeegenskaper med hjälp av korrelationer.

Lasater utvecklade en korrelation mellan en bubbelpunktstryckfaktor, pbγg/T, och molfraktionen av gas löst i oljan, vilket avbildas i fig. 6. Ekvationen som anpassats till data har modifierats för att ge bättre prestanda för korrelationen vid höga GOR-förhållanden. Lasaters metod sammanfattas i sin helhet i tabellerna 1 och 2.

• 

  Fig. 5 – Effektiv molekylvikt i förhållande till tankoljevikten.

• 

  Fig. 6 – Korrelation mellan bubbelpunkts tryckfaktor och gasmolekylfraktion.

Whitson och Brulé erbjöd en modifiering av Glasøs korrelation för att ta hänsyn till förändringar i karakteriseringsfaktorn. Glasøs korrelation utvecklades från råoljor från Nordsjön med en Watson-karaktäriseringsfaktor på 11,9. Den föreslagna modifieringen är

………………..(3)

Fig. 7 visar effekten av att ändra Watsons karaktäriseringsfaktor på bubbelpunktstrycket för Lasater- och Glasøkorrelationerna. Variationen i lösningar för bubbelpunktstryck är jämförbar med den variation som visas i fig. 4. Det är uppenbart att tillägget av Watsons karakteriseringsfaktor till korrelationen av bubbelpunktstrycket ger ökad flexibilitet i användningen av en korrelation på global basis. Whitson och Brulé presenterar grafer som beskriver förhållandet mellan bubbelpunktstryck och karakterisering och som visar att bubbelpunktstrycket sjunker med en ökning av karakteriseringsfaktorn. Deras analysförfarande gör det också möjligt att ändra API-gravitation och GOR. Genom att låta dessa två kvantiteter variera visar deras utvärdering det omvända i figur 7.

• 

  Figur 7 – Effekt av karakteriseringsfaktor på bubbelpunktstrycket.

Försiktighet vid användning av korrelationer

En korrelation är en ekvation eller metod som anpassas till specifika datagrupper för att ge förhållandet mellan beroende och oberoende variabler. Om variablerna är korrekt definierade täcker de ett brett spektrum av förhållanden, vilket gör det möjligt för korrelationen att korrekt representera de fysiska processer som modelleras. Formuleringen av ekvationerna är viktig eftersom de rutinmässigt extrapoleras utanför det område som används för att utveckla dem. Vissa korrelationer har utvecklats med flera ekvationer för olika områden av råoljans gravitation. Normalt väljs 30°API som en punkt där ekvationerna ändras. Det kan uppstå diskontinuiteter i sambanden till följd av att flera ekvationer används. Andra metoder visar på icke-fysiska trender. Försiktighet måste iakttas vid användning av dessa metoder för ”allmän användning” av beräkningar över ett stort antal förhållanden.

Korrelationer som föreslagits av Vazquez och Beggs, Al-Najjar m.fl., Kartoatmodjo och Schmidt, De Ghetto m.fl. samt Elsharkawy och Alikhan använder flera ekvationer för att täcka intervallet av API-gravitationer. Dessa metoder uppvisar ofta diskontinuiteter över gränserna. Dokla och Osmans metod visar praktiskt taget ingen känslighet för råoljans gravitation. Bubbelpunktstrycket bör öka med stigande temperatur. De metoder som föreslås av Dokla och Osman, Almehaideb, Elsharkawy samt Dindoruk och Christman visar en minskning. Bubbelpunktstrycket bör sjunka med ökande gasgravitation. De metoder som föreslås av Asgarpour et al. (för formationerna Cardium/Viking och D2/Leduc) och Elsharkawy är okänsliga för gastyngden eller visar ett ökande bubbelpunktstryck med ökande gastyngd. Omar och Todds korrelation visar en parabolisk trend som är felaktig för höga gasgravitationer. Denna metod bör undvikas för råoljesystem med gasspecifika gravitationer som är större än 1,10. Fig. 8 till 10 visar dessa resultat grafiskt.

• 

  Fig. 8 – Exempel på diskontinuiteter i korrelationen-API gravitation.

• 

  Fig. 9 – Korrelationer som uppvisar icke-fysiska trender med temperaturen.

• 

  Fig. 10 – Korrelationer som uppvisar icke-fysikaliska trender med gravitationen hos lösningsgasen.

Det har dessutom visat sig att flera andra korrelationer uppvisar oönskade tendenser. Vid atmosfäriskt tryck där lösningsgas GOR är noll fastställer Petrosky och Farshad ett värde på 50 till 100 scf/STB. Dindoruk och Christman har gett separata ekvationer för GOR och bubbelpunktstryck på grund av deras komplexitet. Båda ekvationerna ger nästan identiska resultat för system med låg GOR. För system med högre GOR (t.ex. större än 2 000 scf/STB) ger deras GOR-ekvation mer realistiska resultat. När Dindoruk och Christmans metod används rekommenderas därför deras ekvation för lösnings-GOR. För beräkning av bubbelpunktstryck måste denna ekvation lösas med numeriska metoder på grund av dess formulering. Korrelationer som föreslagits av Owolabi och Hasan et al. är odefinierade vid tryck under 55 psia, medan Al-Marhouns metod, som publicerades 1985, har en övre tryckgräns på 5 348 psia på grund av ekvationernas formulering.

Korrelationer införlivas ofta i datorprogram där de lätt kan användas för förhållanden som ligger utanför det område som är avsett för metoden. Vissa metoder har ett bra beteende och ger rimliga resultat när de extrapoleras. Andra metoder bör endast användas inom de gränser som definieras av de data som använts vid utvecklingen av korrelationen.

Nonhydrocarbon gas effects

Nonhydrocarbon gaser som vanligtvis finns i råoljesystem är kväve, koldioxid och vätesulfid. Korrelationerna för bubbelpunktstryck (med undantag för Owolabi, Al-Marhoun samt Dokla och Osman) utvecklades med råoljesystem som inte innehöll betydande mängder föroreningar i gasfasen. Jacobson, Glasø och Owolabi pekar på behovet av förfaranden för att ändra det beräknade bubbelpunktstrycket för dessa föroreningar. Kväve löser sig inte lätt i råolja, vilket leder till en ökning av bubbelpunktstrycket. Å andra sidan är koldioxid och vätesulfid mer lösliga i råolja än i naturgas, vilket sänker bubbelpunktstrycket. Jacobson utvärderade 110 PVT-prover av råolja som innehöll upp till 14 % kväve och fann att en korrektionsfaktor endast behöver baseras på gasens kväveinnehåll och blandningens temperatur. En ekvation för att ta hänsyn till effekterna av kväve på bubbelpunktstrycket utvecklades.

………………..(4)

Glasø undersökte effekterna av kväve, koldioxid och vätesulfid på bubbelpunktstrycket och utvecklade korrigeringar för varje förorening. Korrigeringen för kväveinnehållet är en funktion av kväveinnehållet i gasen, temperaturen och råoljans vikt.

………………..(5)

Korrigeringen för koldioxid är en funktion av koldioxidhalten och temperaturen,

………………..(6)

medan korrigeringen för svavelväte visade sig vara en funktion av svavelvätehalten i ytgasen och råoljetyngden.

………………..(7)

Figurerna 1 till 3 visar dessa korrigeringar. Owolabi fann att Jacobsons metod var överlägsen för att korrigera det beräknade bubbelpunktstrycket för kvävehalten i råoljesystemen i Cook Inlet. Jacobsons metod härrörde från mätdata som innehöll mindre än 14 % kväve, medan Glasøs data omfattade system med nästan 20 % kväve. Glasøs korrektionsfaktorer för koldioxid och vätesulfid använde uppmätta data som innehöll föroreningar på 20 respektive 40 %.

• 

  Fig. 1 – Korrelationsfaktor för bubbelpunktstryck för kväve.

• 

  Fig. 2 – Korrektionsfaktor för koldioxidens bubbelpunktstryck.

• 

  Fig. 3 – Korrektionsfaktor för vätesulfidens bubbelpunktstryck.

Nomenklatur

Mo	=	oljans molekylvikt, m, lbm/lbm mol
T	=	temperatur, T, °F
pb	=	bubbelpunktstryck, m/Lt2, psia
γoc	=	”korrigerad” specifik vikt för olja
γom	=	Mätt specifik vikt för olja
	=	Bubbelpunktstryck för olja med CO2 i ytgasen, m/Lt2, psia
	=	bubbelpunktstryck för olja med H2S i ytgas, m/Lt2, psia
	=	bubbelpunktstryck för olja med N2 närvarande i ytgas, m/Lt2, psia
pbh	=	bubbelpunktstryck för olja utan andra kolväten, m/Lt2, psia
γAPI	=	olje-API-gravitation
Kw	=	Watson karaktäriseringsfaktor, °R1/3

Anmärkningsvärda artiklar i OnePetro

Använd detta avsnitt för att förteckna artiklar i OnePetro som en läsare som vill lära sig mer definitivt bör läsa

Använd detta avsnitt för att tillhandahålla länkar till relevant material på andra webbplatser än PetroWiki och OnePetro

Se även

Oil fluid properties

Crude oil characterization

PEH:Oljesystemets korrelationer