Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития отечественной газовой и нефтяной промышленности характеризуется комплексным использованием добываемых природных пластовых флюидов в качестве топлива и сырья для химической переработки. В настоящее время в Прикаспии работают газохимические комплексы на базе Оренбургского, Астраханского, Карачаганакского, Тенгизского месторождений со сложным составом пластовых смесей, в которых содержатся углеводородные (метан, этан, пропан, бутаны, пентаны и вышекшящие) и неуглеводородные (сероводород, углекислый газ, гзот, гелий, меркаптаны и др.) компоненты.
В процессе разработки месторождения добываемая пластовая смесь претерпевает непрерывные фазовые превращения. Поэтому прогнозирование ее фазового состояния является неотъемлемым важнейшим элементом всех этапов проектирования процессов добычи, транспорта и переработки сырья. Особенности фазовых превращений необходимо учитывать при выборе способа и темпа эксплуатации месторождения, при исследовании фильтрации пластовой смеси, взаимодействия ее с различными рабочими агентами, закачиваемыми в пласт, движения в скважине и промысловом оборудовании, при прогнозировании динамики' технологических показателей разработки, состава добываемой продукции и компонентоотдачи.
Для изучения фазовых превращений газоконденсатних и нефтяных систем при высоких давлениях проводят специальные экспериментальные исследования. Однако, эти исследования, несмотря на их большую ценность, не могут обеспечить оперативного получения в требуемом объеме необходимой информации о составах и физических свойствах равновесных паровой и жидкой фаз пластовых смесей при различных термобарических условиях. Поэтому в процессе проектирования разработки, а также решения многих практических задач в ходе эксплуатации месторождений, все более широко применяются расчетные методы исследования, фазовых превращений. В ряде случаев они позволяют решать такие задачи, ответы на которые невозможно получить при использовании только экспериментальных методов. Однако, замена экспериментов расчетами на ЭВМ возможна липь при наличии адекватных математических моделей.
Следует отметить, что несмотря на многочисленные публикации, посвященные расчетам фазовых переходов, в настоящее время отсутствует достаточно надежный программный комплекс, ориентированный на природные системы сложного состава. Таким образом, совершенствование существующих и разработка новых эффективных методов расчета фазовых превращений и термодинамических свойств многокомпонентных пластовых систем является важной и актуальной научно-практической проблемой.
Цель работы. Создание, совершенствование и практическое использование математических моделей фазовых превращений природных пластовых смесей сложного состава при проектировании разработки газоконденсатонефтяных месторождений.
Основные задачи исследований.
-
Разработка метода построения адекватной математической модели фазовых превращений конкретной природной смеси на основе адаптации к экспериментальным данным используемого уравнения состояния.
-
Уточнение начального фазового состояния пластовых смесей на основе расчетов критической точки с использованием условия устойчивости критических фаз, предложенного Д.Гиббсом.
-
Математическое моделирование конденсации многокомпонентного газа в капилляре. Оценка эффекта капиллярной конденсации пластовых смесей в тонкогоровом коллекторе.
-
Создание алгоритма расчета многофазного равновесия с применением метода Монте-Карло.
Б. Использование математических моделей для расчета и исследования особенностей фазовых превращений природных смесей в пласте, скважине и промысловом оборудовании.
При решении поставленных задач используются методы приклад-.ной термодинамики многокомпонентных систем, а также результаты промысловых и лабораторных исследований, которые проводили сотрудники 110 "Казахгазпром", ПО "Оренбурггазпром", ПО "Астра-ханьгазпром", ВНИИГАЗа, ВНИИпромгаза.
Научная новизна.
I. Предложен метод адаптации уравнения состояния к экспериментальным данным при математическом моделировании фазового равновесия конкретной природной смеси. Метод позволяет* наиболее
полно и термодинамически обоснованно учитывать результаты лабораторного изучения физико-химических свойств фракций стабильной углеводородной жидкой фазы исследуемой смеси при определении параметров используемого уравнения состояния.
-
Предложен метод расчета капиллярной конденсации многокомпонентного газа, позволяющий оценить условия конденсации пластовых смесей в тонкопоровом коллекторе.
-
Разработан алгоритм расчета многофазного равновесия, основанный на численной минимизации полного термодинамического потенциала многокомпонентной системы с использованием метода Монте Карло.
-
Выявлены компоненты, оказывающие различное влияние на фазовое состояние пластовых смесей: повышающие или понижающие давление начала конденсации, а также двоякого действия (при росте их содержания до определенной концентрации давление начала конденсации смеси повышается, а затем снижается).
Достоверность полученных результатов обусловлена использованием современных термодинамических методов описания фазового равновесия многокомпонентных систем, применением апробированных вычислительных алгоритмов и подтверждается сходимостью расчетных параметров фазового состояния с экспериментальными.
Практическая ценность работы состоит в использовании предложенных математических моделей для расчета фазовых превращений и физических свойств пластовых смесей при составлении ВНИИГАЗом проектов разработки и опытно-промышленной эксплуатации Оренбургского, Астраханского и Карачаганакского месторождений.
Фактическиа^экономический эффект, полученный от внедрения результатов работы только на Карачаганакском месторождении, составляет 118 тыс.руб./год (в ценах до 1991 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на всесоюзной научно-технической конференции молбдых ученых и специалистов мингазпрома "Проблемы в области теологии, разработки, транспорта и переработки природного газа и конденсата" (г.Москва. 1980г.); на Xvlil (1981г.) и XX (1983г.) научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ВНИИГАЗа; на заседании научно-технического совета мингазпрома "Повышение эффективности разработки месторождений природного
газа, подземных хранилищ и совершенствование добычи газа" (г.Оренбург, 1984г.); на ХХП (1986г.) научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ВНИИГАЗа; на ХХШ (1989г.) научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НПО "Союзгазтехнология"; на Всесоюзной конференции "Проблемы развития нефтегазового комплекса страны" (пос. Красный Курган Ставропольского края, 1991г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 - без соавторов. .
Структура работа. Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов. Работа изложена на 152 страницах, включая 23 таблицы, 25 рисунков и список литературы из 89 наименований.
