автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Фазовые равновесия двуокиси углерода с углеводородами и их влияние на процесс вытеснения нефти

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СЕСОЮЗНЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (ВНИИ) игл. академика А.П.Крылова

На правах рукописи УДС 622.276.42:541.123.01

/

НЕНАРТОВИЧ Татьяна Львовна /

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА С УГЛЕВОДОРОДАМИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ

Специальность 05.15.06 "Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений"

Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1931 г.

Работа выполнена во Всесоюзном нефтегазовом научно-исследовательском институте имени академика А.П.Кршюва (ВШ

Научный руководитель - доктор химических наук,

профессор АЛО.Намиот ОфвдЕапьные^ошюнвнты: доктор технических наук,

профессор С.Н.Закиров; кандидат технических наук Г.Ю.Шовкринский

Ведущая организация - Татарский государственный научнс

Защита диссертации состоится " 27 " сентября 1991 г. в 10 час. на заседании специализированного Совета Д.104.02.( ВАК СССР во Всесоюзном нефтегазовом научно-исследовательски институте им. академика А.П.Крылова по адресу: 125422, Моей Д]датровский проезд, д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ. Автореферат разослан "ЦЛуОаЯ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат геолого-минералогг-

исследователвский и проектный институт нефтяной промышленноси (Гат НШШ нефть).

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Использование двуокиси углерода в честве нефтевытеснявдего агента является эффективным методом вшения нефтеотдачи пластов, Основной спецификой при извлече-и нефгги двуокисью углерода является их взаимная растворимость, условливающая интенсивный массоперенос углеводородных ком-ненгов нефти и двуокиси углерода между фильтруюциыися фазами, о оказывает значительное влияние на эффективность процесса, ледствие этого дая квалифицированного решения вопросов, кото-:е возникают при разработке нефтяных месторождений с помощью уокиси углерода, необходимо глубокое представление о сутдно-и процесса массопереноса.

Поскольку массоперенос связан с такими понятиями, как фа-вые равновесия в системах, содержащих нефти и двуокись угле-да, и многоконтагсгаый процесс« лежащий в основе представле-й о процессе вытеснения нефти взаиморастворимыми агентами, евидао, что детальное изучение особенностей как фазовых рав-весий, так и иногоконтактного процесса, представляет актуаль-ю задачу.

Цель работы заключается в совершенствовании представлений роли фазовых равновесий при изучении механизма процесса вменения нефти двуокисью углерода в условиях многоконтактного юцесса.

Основные задачи исследования.

1. Систематизация и анализ данных по фазовым равновесиям уокиси углерода с углеводородами применительно к вопросам 1зрабогки нефтяных месторождений с использованием двуокиси уг-¡рода.

2. Экспериментальное исследование фазовых равновесий в си->еме, используемой в настоящей работе в опытах по вытеснению.

3.

3. Экспериментальное исследование особенностей вытеснения моделей нефти двуокисью углерода из пористой среды в условиях многоконгактного процесса.

Методы решения поставленных задач. Поставленные задачи решаются на основе обобщения литературного материала по фазовым равновесиям в системах, содержащих двуокись углерода, углеводороды различных химических классов и нефти, использования положений теории многоконтактного. процесса, проведения экспериментальных исследований фазовых равновесий по методике, включающей применение жидкометаллического сплава на основе галлия в качестве поршня в сосуде равновесия, проведения опытов по вытеснению методом "тонкой трубки", хроматографов ского определения состава сосуществующих фаз в опытах по фазовым равновесиям и выходящей продукции в опытах по вытеснению на модели пласта.

Для осуществления экспериментальных исследований была разработана методика проведения опытов и сконструированы две лабораторные установки. Методика включает в себя сопоставление данных по фазовым равновесиям с результатами опытов по вытеснению. Для ее реализации были проведены исследования фазового и объемного доведения бинарных и тройной системы, содержащих двуокись углерода и индивидуальные углеводороды, и процесса вытеснения углеводородных жидкостей, состоящих из двух компонентов, двуокисью углерода.

На основании выполненных исследований были сделаны обоснованные выводы, правильность которых подтверждена применением численных математических моделей для расчетов газового и водо-газового воздействия на.пласт во ВНИИ и Союзнефтеотдаче.

Научная новизна. Получены следующие научные результаты:

I. Результаты анализа по фазовым равновесиям двуокиси углерода с индивидуальными углеводородами, показавшие, что фазо-4.

зые равновесия двуокиси углерода с индивидуальными углеводородами отображают основные особенности фазовых равновесий двуокиси углерода с нефгями.

2. Результаты экспериментального исследования фазового равновесия систем двуокись углерода - н. гексад и двуокись уг-иерода - н. гексадекан при температурах Ю0-200°С и давлениях зплоть до критических, а также системы двуокись углерода - н. ^ексан - н. гексадекан при температуре ЮО°С и давлениях 14,8

I Г7.2 МПа.

3. Разработанная методика экспериментальных исследований фоцесса вытеснения углеводородных жидкостей, состоящих из раз-шчных соотношений двух индивидуальных углеводородов, двуокиси углерода с использованием предварительно полученных данных га фазовым равновесиям в изучаемой системе.

4. Результаты экспериментального исследования процесса выяснения углеводородных жидкостей, состоящих из смеси н. гек-ана и н. гексадекана, двуокисью углерода, показавшие:

- возможность эффективного вытеснения при ограниченной астворимости вытесняемого и вытесняющего агентов;

- отсутствие резких границ в нефгевыгеснении при реализа-ли различных его видов (ограниченной растворимости, многокон-актной и одноконтактной смешиваемости).

5. Экспериментально полученные доказательства правомерно-ти использования допущений теории многоконтакгного процесса.

Практическая ценность работы. Проведенный анализ и полу-енные данные по фазовым равновесиям в системах двуокиси угле-ода с индивидуальными углеводородами могут быть использованы ля оценки применения двуокиси углерода в качестве нефтевытес-яющего агента в условиях тех месторождений, где предполагает-я применение метода, поскольку дают возможность оценивать:

1) влияние давления и температуры на взаимную растворимость нефти и двуокиси углерода;

2) влияние фракционного и группового состава нефти на е в заик-туи растворимость с двуокисью углерода;

3) условия существования в пласте различных углекислогн фаз, ограниченно смепивавдихся с нефтью: газовой, жидкой или одновременно существующих газовой и жидкой.

Экспериментальные данные по фазовым равновесиям и вытес нто углеводородных жидкостей двуокисью углерода могут быть и пользованы для проверки расчетных методов с применением ура! нений состояния и гидродинамических расчетов процесса вытеси ния нефти по различным математическим моделям с использован! газовых агентов.

Реализация и внедрение результатов исследований. Резул! ты экспериментального исследования процесса вытеснения угле! дородных жидкостей, состоящих из смеси н.гексана и н.гексаде кана, двуокисью углерода и фазового поведения системы двуокись углерода - н. гексан - н. гексадекан были использованы целях установления правомерности применения численной модел! двумерной трехфазной фильтрации с учетом фазовых переходов, гравитации и диффузии, разработанной в НПО "Союзнефтеотдача1 к расчетам газового и водогазового воздействия на гиаст. Этг численная модель описана в отчетах по договору Д.88.015.90 "Обоснование применения газового и водогазового воздействия пласт", этапы 4 , 5, 6.2 (1988-1990 гг.) ив "Методическом р; водстве то применению газовых и водогазовых методов воздейс вия на нефтяные пласты, утвержденном Министерством нефтяной газовой промышленности. 6.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докла-лвались на научних семинарах направления фундаментальных ис-ледований повышения нефтеотдачи ВНИИ (1986, 1988, 1991 гг.) и :а Всесоюзном совещании "Современные метода увеличения нефге-'тдачи шгастов" (г. Бугульма, 1989 г.).

Публикации. По результатам выполненных научных исследова-иё опубликовано 9 печатных работ.

Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа со-тоит из введения, четырех глав, заключения, списка использо-шной литературы. Общий объем работы составляет 144 страницы, ислкчая 90 страниц машинописного текста, Г7 таблиц, 29 рисун-:ов и список литературы из 83 наименований.

Основные положония, представляемые к защите.

1. Обобщение данных по разовым равновесиям в системах, со-сержащих двуокись углерода и углеводороды различных химических классов и молекулярных масс применительно к использованию двуо-шси углерода в качестве нефтевытеснягацего агента.

2. Результаты экспериментального исследования фазового и Съемного поведения в двойных системах двуокись углерода - н. 'ексан и двуокись углерода - н.гексадекан и в тройной системе [вуокись углерода - н.гексан - н.гексадекан.

3. Метод экспериментального изучения процесса вытеснения тлеводородной жидкости двуокисью углерода с использованием (анннх по фазовым равновесиям, полученных экспериментально.

4. Доказательство правомерности допущений теории многокон-•актного процесса, полученное на основании экспериментальных гсследований процесса вытеснения углеводородной жидкости двуо-шсью углерода.

5. Положение о том, что отличие меаду полнотой вытеснения для различных его видов (ограниченная растворимость, многоконтактная и одноконтактная смешиваемость) не является резким и что достаточно аффективным при определенных условиях может быи вытеснение в режиме ограниченной растворимости.

СОДЕРЕАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение содержит общую характеристику работы, ее цель и задачи и основные положения, защищаемые в диссертации.

Пэивая глава посвящена систематизации и анализу литературных данных по фазовым равновесиям между двуокисью углерода и углеводородами различных молекулярных масс и химических классо: (парафиновых, ароматических, нафтеновых).

Картина фазового поведения изученных систем отличается 6о лыпой сложностью и может существенно меняться в зависимости от молекулярной массы углеводорода. В меньшей степени на особенно сти фазового поведения влияет принадлежность углеводорода к различным химическим классам.

Проведенный в главе анализ данных по фазовым равновесиям позволил на примере наиболее подробно изученных бинарных систе двуокиси углерода с парафиновыми углеводородами выделить два основных типа их фазового поведения (см. рис. I).

Первый тип охватывает системы двуокиси углерода с углеводородами от С3 до H.Cj2» дая которого характерным является наличие непрерывной критической кривой равновесия жидкость^- raí на фазовой диаграмме в координатах Р-í. Для каждой температурь при давлениях вше критического компоненты смешивается в любе соотношении, при давлениях нижа критического система расслаивг ется на жидкую и газовую фазы. В области отрицательных темпер; тур в системах с углеводородами н.Сг, + H.Cjg происходит расслс 8.

¡азовае диаграмм давление-температура для систем, содержащих (вуокись углерода и парафиновые углеводороды

1 - кривая трехфазного равновесия ТВт-1Т-Г

2 - кривая трехфазного равновесия Мт-Я?-Г

3 - критическая кривая Ят-Х? 1

4 - критическая кривая

1 - кривая трехфазного равновесия ТВг-1»-г

2 - кривая трехфазного равновесия И^Но-Г

3 - критическая кривая Я«-Г

4 - критическая кривая ЯрГ

Рис. I

они8 на жидкие углекислотную и углеводородную фазы, поскольку на диаграмме существует кривая трехфазного равновесия жид-кость-£. - жидкое^ - газ и критическая кривая жидкость^ - жид-кость2.

Второй тип. к которому относятся системы двуокиси углерода с углеводородами тяжелее н.С^д, характеризуется более сложным фазовым поведением. Критическая кривая равновесия жид-кость^ - газ состоит из двух ветвей. Ветвь критической кривой жидкость^ - газ имеет максимум по давлениям в области температур выше температуры критической точки двуокиси углерода.

Для этого типа характерным является существование жидкой углекислотной фазы, ограниченно смешивающейся с углеводородной фазой при температурах вплоть до 50°С. При определенных условиях в системе могут одновременно находиться жидкая и газовая углекислотные фазы.

Ароматические и нафтеновые углеводорода проявляют те же закономерности фазового поведения в смесях с двуокисью углерода, что и системы с парафиновыми углеводородами. Первый тип проявляют системы с углеводородами, молекулы которых содержат одно кольцо (бензол, толуол, циклогексан и т.д.), второй тип -с углеводородами, молекулы которых содержат два кольца и ал-кильную 1руплу (металнафгалин, тетрадин и т.д.).

На рис. 2 представлена зависимость от температуры критических 'давлений равновесия ж-г" бинарных систем двуокиси углерода с различными'парафиновыми углеводородами, которые возрастают с ростом молекулярной массы углеводорода для одних' и тех же температур.

Критические давления систем, содержащих нафтеновые и ароматические углеводороды, выше критического давления системы с парафиновым углеводородом при одних и тех же температурах,если 10.

Критические нривые бинарных систем, содержащих двуокись углерода и углеводороды различных химических классов

Температура, °с Рис. 2

П.

рассматривать углеводороды с одинаковым числом атомов углерода (н. гексан, цвклогексан и бензол на рис. 2). При одинаковых температурах кипения парафиновые углеводороды лучше растворимы в двуокиси углерода по сравнению с ароматическими и нафтеновыми. Фазовое поведение двуокиси углерода с многокомпонентными углеводородными смесями характеризуется теми же особенностями, что и в бинарных системах. В зависимости от состава углеводородной смеси проявляется первый или второй тип фазового поведения. Взаимное влияете углеводородов в смеси приводит, как правило, к улучшению их растворимости в углекислотной фазе. Присутствие парафиновых и ароматических углеводородов средней молекулярной массы (€д * улучшает растворимость тяжелых углеводородов в двуокиси углерода в несколько раз.

Основные закономерности фазового поведения систем, содержащих двуокись углерода и нефти, имеют качественное сходство с поведением систем, содержащих двуокись углерода и индивидуальные углеводороды. Как правило, нефтяные системы проявляют фазовое поведение второго типа, и жидкая углакислотная фаза може' существовать в таких системах до температур 50+55°С.

В главе показано, что анализ фазового поведения систем,со держащих двуокись углерода л индивидуальные углеводороды, позволяет оценивать взаимную растворимость нефти и двуокиси угле рода в зависимости от пластовых условий и состава нефти.

При температурах и давлениях, характерных дяя нефтяных за лежей, двуокись углерода, как-правило, смешивается с углеводородами С3 + ы-с12* в области температур от 20 до 50° и давлени свыше 10 МПа в смесях двуокиси углерода с углеводородами тяжелее н.С^з может не достигаться смешиваемость. Тем не менее вза имная растворимость остается достаточно большой и в углекислот ную фазу может переходить 20-30% массовых углеводородов. Если 12.

кв смешиваемость достигается в области температур от 30°до 50°С, то давление смешиваемости может составлять около 20 МПа.

Содержание в составе нефтей большого числа углеводородов различных молекулярных масс способствует улучшению взаимной растворимости нефти и двуокиси углерода а возникновению смешиваемости. Взаимная растворимость определяется в большей степе-га фракционным, и в меньшей степени групповым составом нефти. 1рисутствие метана в закачиваемой двуокиси углерода в виде принеси ухудшает условия взаимной растворимости, а пропан и бутан, ааоборот, улучшают экстракционную способность угаекислотной фазы даш более тяжелых углеводородов и способствуют понижению хавления смешиваемости.

В главе показано также, что формирование в пластовых условиях жидкой углекислотной фазы благоприятно сказывается на процессе вытеснения нефти двуокисью углерода.

Во второй глава приведены результаты экспериментального ^следования фазового и объемного поведения тройной системы *вуокись углерода - н.гексан - н.гексадекан при температуре :00°С и давлениях 14,8 и 17,2 Ша.

Поскольку изучение фазовых равновесий тройной системы пре-О^сматривает знание фазовых равновесий двойных систем, входя-;их в нее, исследованы фазовые равновесия бинарных систем, дву->кись углерода - н.гексан и двуокись углерода - н.гексадекан фи температурах 100, 125, 150, 175, 200°С и давлениях вплоть ю критических. Результаты также представлены в главе.

Исследование проведено на установка, основным узлом которой является сосуд равновесия объемом 130 см3 с электромагнит-юй мешалкой. Сосуд равновесия вместе с запорным вентилем помечен в термостат, заполненный кремнеорганической жидкостью ШС-4, позволяющей работать при температурах до 300°С. Измене-

ниэ объема сосуда равновесия и поддержание постоянного давления при отборе сосуществующих фаз достигается путем подачи в него жидкометаллического сплава на основе галлия С-ГИО 20,5/5 ГЛ , 12,Ь%£П). В работе используется вспомогательное оборудование, предназначенное для заполнения сосуда равновесия углеводородной жидкостью и растворителями при промывке, подачи двуокиси углерода и жидкометаллического сплава в сосуд равно^ весия, контроля за давлением (прессы, манометры). Аналитическая часть установка служит для отбора проб сосуществующих фаз, включающего в себя измерение массы жидкой части проб и объема выделившегося газа (стеклянные пробоотборники-сшараторы, газовая градуированная бюретка, газовые часы).

Анализ состава выделившейся углеводородной жидкости и контроль уноса углеводородов двуокисью углерода из пробы при отборах газовой и жидкой фаз проводится на хроматографе ЛШ-8ВД с детектором по теплопроводности.

Методика работы заключается в следующем. Сосуд равновесия заполняется углеводородной жидкостью и двуокисью углерода, после чего при заданных тершобарическкх условиях с помощью перемешивания устанавливается фазовое равновесие в системе. Отборы сосуществующих фаз (газовой, а затем жидкой) производятся через верх сосуда равновесия при постоянном давлении в пробоотборники, охлаздаемые пищевым льдом или смесью ацетона с твердой двуокисью углерода в зависимости от состава исследуемой жидкости. Пробоотборники соединены с газовой бюреткой(газовыми часами).

Для поддержания постоянного давления в нижнюю часть сосуда равновесия подается жвдкометаллический сплав. Наличие сплава позволяет, кроме того, проводить объемные измерения в системе. 14.

В ходе работы определялись составы сосуществующих фаз, шотности жидкой фазы при тернобарических условиях экспершен-?а и изменение объема углеводородной жидкости при растворении з ней двуокиси углерода (объемный коэффициент).

Результаты экспериментального исследования тройной систе-га двуокись углерода - н.гексан - н.гексадекан при температуре [00°С и давлениях 14,8 ж 17,2 Ша приведены в табл. I.

Для всех составов сосуществующих фаз тройной системы дву->кись углерода - н.гексан - я.гэксадекая были рассчитаны вяз-соста по эмпирическим корреляциям, приведенным в главе. Кроме этого, для зидкой фазы была вычислена вязкости дегазированной углеводородной жидкости. Результаты расчетов показала, что в хиапазоне исследованных давлений растворение двуокиси углеро--1а в смеси н.гексана и н.гексадекана приводит к уменьшению вязкости жидкости в 5+6 раз.

В главе приведено сравнение результатов расчета фазовых равновесий по уравнении Пенга-Робинсона для систем двуокись уг-иерода - н.гексан, двуокись углерода - н.гексадекан и двуокись углерода - н.гексан - н.гексадекан, выполненного Рубкиной Г.Ф. (ВШИ), с данными экспериментальных исследований этих систем. 1олучено хорошее совпадение.

Данные по фазовым равновесиям тройной системы двуокись углерода - н.гексан - н.гексадекан были использованы в далькей-нем в опытах по вытеснении углеводородной жидкости, состоящей зз н.гексана и н.гексадекана, двуокисью углерода при одних и сех же термобарических условиях.

В третьей главе рассматриваются принципы, используемые в диссертационной работе яри исследовании процесса вытеснения углеводородной жидкости двуокисью углерода в условиях многокон-гактного процесса.

м

СП

Таблица I

Экспериментальные данные изучения фазового и объемного поведения тройной системы двуокись углерода-н. гексан-н. гексадекан при температуре Ю0°С

Состав Фазы (мол, доли) Объемный Плотность, Вязкость фа- Вязкость дега- /и Давление, Фазы « п и г коэффи-„ Pp.tr, зы Л* зированной фа-

ьи2 н. ъ6 н.ок циент, о г/с иг МПа-с зы//', мПа-с

ж 0,6370 - 0,3630 - 0,1134 0,8920 7,9

1,3

Г 0,3903 0,0007 _ 0,030

Ж г 0,627 0.978 0,103 0.021 0,264 0,001 1,52 ' 0,693 0,0997. 0,0296 0,5340 5,3

ж г 0,667 0,955 0,182 0,043 0,151 0,002 1,75 0,675 0,0747 0,0313 0,3414 4,6

ж г 0,684 0,940 0,197 0,057 0,119 0,003 1,85 0,663 0,0689 0,0325 0,2985 4,3

ж г 0,718 0,9С8 0,210 0,086 0,072 0,006 2,17 0,625 0,0603 0,0356 0,2413 4,0

ж 0,771 0,189 0,040 2,6 0,606 0,0527 0,2094 3,97

Продолжение таблицы I

Давление МПа , Фазы < Состав фазы (мол. доли) С02 н.С6 н.С16 Объемный коэффициент, о Плотность, г/см° Вязкость фазы jv мПа- с Вязкость дегазированной фазы JU' , мПа-с р

крити- ческаА, точка4* 0,845 0,137 0,0X8 - - - - -

ж 0,708 - 0,292 1,6 - 0,090 0,8920 9,9

г 0,997 - 0,003 0,035 - -

ж г 0,723 0,961 0,097 0,032 0,180 0,007 1,8 0,696 0,0724 0,0351 0,48 6,7

17.2 а г 0,740 0,946 0,123 0,044 0,137 0,010 1,93 0,687 0,0665 0,0376 - 5,8

ж г 0,793 0,896 0,127 -0,078 0,080 0.024 2,53 0,641 0,0547 0.0450 - 5,5

крити-чзская точка** о,859 0,100 0,041 - - - - -

- экстраполированное значение

Из теории многоконтактного процесса следует, что знание фазовых: равновесий в системе, состоящей из вытесняемой кидко-сти и вытесняющего агента, и состава вытесняемой жидкости дает возможность судить об особенностях процесса вытеснения это жидкости. Теория многоконтактного процесса позволяет выделить три вида вытеснения (ограниченная растворимость, многоконтакг ная смешиваемость и одаоконтактная смешиваемость), причем реа лизация их возможна либо при изменении давления, либо при изменении состава вытесняемой жидкости. Из предположений теории многокотактного процесса на очевидно, как будет меняться эффе тивность вытеснения при переходе от одного вида вытеснения к другому - происходит это плавно или скачком.

Реализация теории многоконтактного процесса требует собл дения ряда допущений, заложенных в нее. Без экспериментально! подтверждения нельзя считать, что она будет выполняться на пр ктике при любых скоростях вытеснения.

В главе формулируются цели экспериментального исследования процесса вытеснения углеводородной жидкости двуокисью углерода:

1) изучение эффективности вытеснения при реализации различных видов многоконтактного процесса - ограниченной растворимости, многоконтактной и одноконтактной смешиваемости;

2) проверка допущений теории многоконтактного процесса г тем сопоставления экспериментальных данных о составах выходящей продукции с данными о составах, полученных по теории.

В связи с поставленными задачами была разработана метод! ка экспериментального исследования процесса вытеснения с испс льзоеанием данных по фазовому поведению. В качестве объекта исследования была выбрана система, состоящая из двух индивид? альных углеводородов - н.гексана и н.гексадекана, поскольку 18.

работа с чистой системой позволяет повысить точность исследований. Реализация различных видов вытеснения достигалась путем изменения состава вытесняемой жидкости'при постоянных давлении а температуре. Фазовые равновесия системы двуокись углерода -и.гексан - н.гексадакан экспериментально изучены и описаны во второй главе.

В главе описан принцип исследования процесса вытеснения аефги на длинных трубчатых моделях пласта, используемый в диссертационной работе, представлено описание экспериментальной установки и методики работы на ней.

Основным узлом установки является модель пласта, представляющая собой стальную трубку, свернутую спиралью, длиной 8,8м I внутренним диаметром 6 мм, снабженную на входе запорным вон-гилем и на Еыходе вентилем тонкой регулировки. Трубка заполне-1а кварцевым песком фракции 0,2*0,3 мм и помещена в стандартный жидкостной термостат 1110. Поровый объем модели пласта составляет 71,5 см3, пористость 30$, проницаемость 15 мкм2.

В работе используется вспомогательное оборудование, пред-¡азначенной для заполнения модели пласта углеводородной жидкостью и растворителями при промывке, подачи двуокиси углерода, контроля за давлением (прессы, манометры). В аналитическую шсть установки, служащую для отбора проб выходящей из пласта фодукции, входят стеклянные пробоотборники-сепараторы, кали-5рованные бюретки, газовые часы. Анализ состава выделившейся углеводородной жидкости и контроль уноса углеводородов двуока-:ы> углерода из пробы производится хроыатографачески и анадоги-юн анализу, проводимому в работах по фазовым равновесиям.

Методика проведения работы по вытеснению углеводородной шдкости двуокисью углерода заключает* в следующем.

Модель пласта заполняется исследуемой углеводородной яид-

19.

костью и начинается процесс вытеснения ее двуокисью углерода. Основная часть продукции извлекается в неизме^&ом виде, а двуокись углерода появляется на выходе из пласта на заключительной стадии вытеснения. Методика отбора и анализа выходящей из модели пласта продукции аналогична методике работы по фазовым равновесиям.

В результате опытов по вытеснению рассчитываются составы фильтрующейся системы и коэффициенты вытеснения, представляющие собой суммарное количество извлеченной углеводородной жидкости в долях ее исходного содержания в пласте, при различных объемах закачанной двуокиси углерода.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования процесса вытеснения индивидуальных углеводородов н.гексана и н.гексадекана и их смесей пяти различных составов-двуокисью углерода при давлении 17,2 МПа и температуре ЮО°С. Анализ полученных результатов проведен на основе сопоставления их с данными по фазовым равновесиям системы двуокии углерода - н.гексан - н.гексадэкан.

На рис. 3 представлена фазовая диаграмма системы двуокии углерода - н.гексан - н. гексоде кал (бинодаль АКБ) и кривые изменения состава выходящей продукции для всех экспериментов по вытеснению. Точки Сии определяют границы составов, соответствующих смене видов вытеснения.

В области ограниченной растворимости вытеснялись чистый н.гексадекан и жидкости составов 0,13, 0,24 и 0,32 мае. доли н.гексана; в области многоконтактного смешивания - жидкость состава 0,52 мае. доли н.гексана; в области полной смешиваемо сти в отсутствии многоконтактного процесса - жидкость составе О,7'мае. д, гексана и чистый н.гексан.

Для всех опытов по вытеснению приведены зависимости тенз

Фазовая диаграмма системы двуокись углерода-н.гексан-н. гексадекан и кривые изменения состава вытесняемой жидкости при г = Ю0°С и Р = 17,2 МПа

Рис. 3

щих характеристик вытеснения от объема закачанной двуокиси углерода (содержание углеводородов в выходящей продукции, газовый фактор, коэффициенты вытеснения).

Эффективность процесса вытеснения при реализации различных его видов оценивалась на основании коэффициентов внтесне-

21.

ния, рассчитанных но результатам экспершзнтов и приведенных в табл. 2. Значения суммарных коэффициентов вытеснения показь вага, что эффективное вытеснение возможно в режиме ограниченной растворимости в условиях, близких к многоконтактному смешиванию. Значения коэффициентов вытеснения для различных стадий процесса подтверждают важную роль однофазной фильтрации флюидов я их шогоконтакгяое взаимодействие, а также малую эс фективность двухфазной фильтраций. Прирост дополнительно извлеченной углеводородной жидкости в области шогононтакгной смешиваемости за счет однофазной фильтрации достигает 12,5$.

Причиной большого прироста жидкости, извлекаемой в однофазном состоянии, является интенсивность развития многоконта! тного процесса и сближение составов фильтрующихся фаз на фро] те вытеснения. Для жидкостей, вытесняемых в области ограниче: ной растворимости, были найдены составы максимально обогащенных фаз (см. рас. 3),а также определены и рассчитаны физичео кие свойства этих фаз (плотности, вязкости, межфазные натяже ния, объемные коэффициенты). Показано, что по мере приближен к вытеснении в области многоконтактной смешиваемости происхо сближение плотностей и вязкостей фаз и уменьшение межфазного натяжения. Объемный эффект за счет растворения двуокиси угле да в вытесняемой жидкости возрастает более чем в 2,5 раза.

На рис. 4 наблюдается сравнительно плавное возрастание коэффициентов вытеснения и отсутствие переломов на кривой пр составах вытесняемой жидкости, соответствующих смене видов I теснения (точки С и 15). Это еще раз показывает, что эффекта! ность вытеснения объясняется плавностью развития многоконта! ного процесса.

Опыты по вытеснению позволили экспериментально получит] доказательства правомерности допущений теории многоконтактш 22.

Таблица 2

Коэффициенты вытеснения углеводородных жидкостей, состоящих из н. гексана и н. гексадекана, двуокисью углерода

Состав вы- Суммарный коэффициент вытеснения при

тесняемой различных объемах закаченной С05

углеводород- _К,% мае. _

ной жидкости 0бьем др0качки СОй в долях порового

Коэффициент вытеснения для различных стадий процесса

_К,% мае._

9н.с6

мае.д.

1.0

объема

1.2

1.6

Вытеснение Вытеснение измененной жид-

неизмененной _кости_

жидкости в однофазном в двухфазном состоянии состоянии при прокачке 1,2 п.о.С02

0,0 69,0 71,5 73,5 65,6 0,5 5,4

0,13 83,5 86,0 87,5 . 77,0 4,0 5,0

0,24 87,5 89,6 91,0 78,3 7,5 3,8

0,32 91,0 93,5 94,5 81,2 10,2 2,0

0,52 92,5 96,0 96,5 83,0 12,5 0,5

0,70 95,0 - 98,0 98,5 87,0 11,0 -

1.0 97,7 59,0 99,9 90,4 9,5 -

м о

Коэффициенты вытеснения К при 1,2 норового объема закачанной двуокиси углерода в зависимости от

Содержание н.гексана, мае.доли Рис. 4

го процесса о мгновенном установлении равновесия между филь1] рушщмися фазами в сечении, нормальном к направлению движега и отсутствии равновесия в направлении движения.

Для режима ограниченной растворимости в однофазной облг сти фильтрации все составы выходящей продукции легли на продолжение нод, соединяющих составы максимально обогащенных фг (см. рис. 3). Такое положение точек означает, что фильтрутар ся жидкости являются смесями исходной вытесняемой жидкости : различных количеств максимально обогащенного газа, что полю стью совпадает с теоретическими представлениями многоконтак ного процесса. Аналогичным образом в главе показано совпаде: экспериментальных результатов и теоретических представлений для вытеснения в режиме многоконтактной смешиваемости.

В заключении в главе отмечено совпадение гидродинамиче

rax расчетов процесса вытеснения газовыми агентами по различим моделям с экспериментальными данными изучения этого про-iecca.

Выводы

1. Проведены систематизация и анализ данных по фазовым равновесиям двуокиси углерода с индивидуальными утлеводорода-ли, позволяющие оценивать взаимную растворимость нефгей и дву->киси углерода для конкретных пластовых условий.

2. Разработана методика экспериментального исследования фоцесса вытеснения углеводородных жидкостей, состоящих из различных соотношений двух индивидуальных углеводородов, деу-зкисыо углерода с использованием предварительно полученных данных по фазовым разновесйям в изучаемой системе.

3. Исследованы фазовые равновесия бинарны* систем двуо-сись углерода - н.гексан, двуокись углерода - - н.гексадекан ФИ температурах 1004200°С и давлениях вплоть до критических, i также тройной системы двуокись углерода - н.гексан - н.гек-:адекан при температуре 100°С и давлениях 14,8 и Г7,2 !,Ша.

4. Проведено изучение особенностей процесса вытеснения тлеводородов н.гексана, н.гексадекана и их смесей пяти раз-шчных составов двуокисью углерода при давлении 17,2 МПа и емпературе Ю0°С, показавшее

- возможность эффективного вытеснения при ограниченной астворимости вытесняемого и вытесняющего агентов;

- отсутствие резких границ в нефгевнтесненш при реали-ации различных его видов (ограниченной растворимости, много-

онтактной и одноконтактной смешиваемости).

\

5. Экспериментально получены доказательства правомарно-ти использования допущений теории шогоконтакгного процесса.

6. Экспериментально полученные данные по фазовым равно-

весиям и вытеснению могут быть использованы в гидродинамических расчетах процесса вытеснения нефти двуокисью углерода, а также для оценки применимости различных уравнений состояния для расчетов фазовых равновесий в смесях нефгей с двуокисью углерода.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующи работах:

1. Фазовые равновесия в системе двуокись углерода - н.б тан - н.декан, двуокись углерода - метан-ндекан. Курнал физ ческой химии. 1978. Т. 52. К I. С. 232 (в соавторстве с Дуню яиннм И.И., Скрипкой В.Г.).

2. Анализ фазового состояния систем нефть - двуокись уг лерода применительно к разработке нефтяных месторождений. Сс науч. тр. Бсесоюз. нефтегаз. науч.-исслед. ин-та. 1981. Вып. 75. С. 35-49 (в соавторстве с Вахитовым Г.Г., Розенбергом М, Скрипкой В.Г.).

3. Аппаратура дая экспериментального изучения фазового объемного поведения нефтегазовых систем. Сб. науч. тр. Бсесс вз. нефтегаз. науч.-исслед. ин-та. 1982. Вып. 79. С. 12-16 (в соавторстве со Скрипкой В.Т.).

4. Экспериментальная установка дая изучения фазового и объемного поведения газолшдаостных систем при повышенных та пэратурах и давлениях. Сб. по рез. сов. - венг. сотруд. за 1972-1984 гг. Будапешт, 1984. С. 95-106 (в соавторстве с Ко вач П., Скрипкой В.Г., Тарзк Я., Фврхт Л.).

5. Фазовое и объемное поведение систем углеводород - д окись углерода цри повышенных температурах. Сб. науч. тр. Б союз, нефтегаз. науч.-исслед. ин-та. 1984. Вып. 88. С. 115-(в соавторстве со Скрипкой В.Г.).

6. Определение разовых равновесий при повышенных теше

турах в системах н.гексана и н.гексадекана с двуокисью углерода. Нефтяная промышленность. Сер. Нефтепромысловое дело и транспорт не$гги. 1985. Вып. 7. С. 17-20 (в соавторстве с Губкиной Г.Ф., Скрипкой В.Г.).

7. Вытеснение из пористой среды рассеянного углеводородного конденсата газообразным диоксидом углерода. Сб. науч. тр. Зсесоюз. нефтегаз. науч.-исслед. ин-та. 1986. Вып. 97. С. 3337 (в соавторстве с Намиотом А.Ю., СЕфилкой В.Г., Пешкиным М.А., Тер-Саркисовым P.M.).

8. Фазовые равновесия в системе н.гексан - н.гексадекан -двуокись углерода при высоких давлениях. Сб. науч. тр. Всесо-юз. нефтегаз. науч.-исслед. ин-та. 1987. Выл. 99. С. 134-140 (в соавторства с Губкиной Г.Ф., Намиотом А.30., Скрипкой В.Г.).

9. Экспериментальное оцределение коэффициентов вытеснения углеводородной жидкости газом при различной их взаимной растворимости. Нефтяное хозяйство. 1990. й 2. С. 46-50 (в соавторстве с Намиотом А.Ю., Скрипкой В.Г.).

Соискатель jV^i-i/U^ Ненартович Г.Л.

Ротапринт ВНИИ.Зак.31.Тир.100 w

Подписано к печати 18.06.91. 60 > 90 узг Бесплатно