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  天然气开采技术_电力/水利_工程科技_专业资料。油 08-5 班天然气开采技术笔记 第一章 绪论 1、 天然气:是指在不同地质条件下生成、运移并以一定压力储集在地下构造中的气体。 2、 我国天燃气工程技术特点: 1) 地层和储层特性的特殊性:埋藏

  油 08-5 班天然气开采技术笔记 第一章 绪论 1、 天然气:是指在不同地质条件下生成、运移并以一定压力储集在地下构造中的气体。 2、 我国天燃气工程技术特点: 1) 地层和储层特性的特殊性:埋藏深(3000-6000m)开发开采难度大; 中低渗气藏居多,自然产能低: 储集量不富集,中小型气田居多,开发分散性、复杂性 2) 气藏产水危害的严重性 3) 流体性质的高腐蚀性 4) 天然气的可爆性和高压危险性 第二章 天然气物理化学性质 1、天然气组成: 烃类气体:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及以上气体 非烃类气体:氮气、氢气、硫化氢、二氧化碳、水等 惰性气体:氦气、氩气等 3、 天然气组成的表示方法: 已知天然气由 k 种组分组成,组分 i 的摩尔数为 ni 体积为 vi 质量为 mi 1) 摩尔分数法: yi = ni ∑n i=1 k 2) 体积分数法: yi = Vi i ∑V i=1 k 3) 质量分数法:wi = mi i ∑m i=1 k i 4、 天然气按烃类气体分类: 1) 按戊烷及以上组分分: 干气:1m3 井口流出物中戊烷及以上液态烃含量低于 13.5cm3 的天然气。 湿气:1m3 井口流出物中戊烷及以上液态烃含量高于 13.5cm3 的天然气。 2) 按丙烷及以上组分分: 贫气:1m3 井口流出物中丙烷及以上烃类含量低于 100cm3 的天然气。 富气:1m3 井口流出物中丙烷及以上烃类含量高于 100cm3 的天然气。 5、 天然气的相对分子量、密度、相对密度、比容: 相对分子量: M = ∑yM i i=1 n i 密度: ρ g = PM RT 相对密度: γ g = ρg M = ρa 28.96 比容:ν = 1 ρg 6、 天然气的偏差系数 Z:指相同温度、压力下,真实气体体积与同质量理想气体体积之比。 影响因素:组成、温度、压力 确定方法:1)实验法 2)图版法:H2S、CO2 校正;凝析气校正 3)计算法 1 油 08-5 班天然气开采技术笔记 7、 临界压力 Pc 临界温度 Tc n 对比压力: Pr = P Pc 对比温度: Tr = n T Tc 拟临界压力: Ppc = ∑P y ci i=1 i 拟临界温度: Tpc = ∑T i=1 ci yi 拟对比压力: Ppr = P Ppc 拟对比温度: Tpr = T Tpc 8、 天然气等温压缩系数 Cg: Cg = ? 1 ? ?V ? ? ? V ? ?P ?T 拟对比等温压缩系数: Cpr = Cg Ppc 9、天然气体积系数、膨胀系数: 体积系数:天然气在地层条件下体积与在地面条件下体积之比。 Bg = 膨胀系数: Eg = V Vsc Bg = 3.458 × 10?4 Z T P 1 Bg 10、天然气粘度确定方法: 1) 查大气压下 ? ? M 图版,若有 H 2 S 、 CO2 需校正,得出校正后粘度值 ?1 2) 查 ?2 ? ? Tpr 图版得出 2 ,进而得出地层条件下天然气粘度 ? = ?2 ?1 ?1 g 11、天然气水露点、烃露点: 水露点:气体在一定压力下析出第一滴水时的温度。 烃露点:气体在一定压力下析出第一微小液态烃时的温度。 烃露点影响因素:组成、压力 12、天然气水蒸气含量影响因素: 1) 压力升高,水蒸气含量降低 2) 温度升高,水蒸气含量升高 3) 自由水中含盐量增加,水蒸气含量降低 4) 高密度天然气组分中水蒸气含量少 5) H2S、CO2 含量高,水蒸气含量升高 6) N2 含量高,水蒸气含量降低 13、水蒸气含量确定方法: 1) 实验法:仪器测量;化学方法 2) 图版法:相对密度校正;含盐量校正;H2S、CO2 校正 3) 计算法 2 油 08-5 班天然气开采技术笔记 14、天然气绝对湿度 X:指 1m3 天然气中所含水蒸汽的质量。 天然气饱和绝对湿度 Xs:指饱和状态下天然气的绝对湿度。 天然气相对湿度: φ = X Xs 15、天然气热值:天然气完全燃烧所放出的热量。 高热值(总热值) :天然气自身完全燃烧所放出的热量加上生成的水蒸气凝析成水释放 的汽化潜热的热值。 低热值(净热值) :天然气自身完全燃烧所放出的热量。 差值:汽化潜热 16、利用天然气热值确定水蒸气在湿天然气中的百分数: yi = Hd ? Hw × 100% Hd 其中 yi-摩尔分数,Hd-干天然气热值,Hw-湿天然气热值 17、天然气爆炸范围:低于爆炸下限、高于爆炸上限都不会发生爆炸。 第三章 烃类流体相态 1、体系分为单组分体系和多组分体系。 2、相:体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分成为相。 3、相的特点:1)相与相之间有界面 2)任何一相都能与体系其他均匀部分分开 3)相内各部分可以是不连续的 4、独立组分:构成平衡体系的所有各相组成所需的最小组分数。 在没有发生化学反应的体系中,独立组分数等于组分数 5、自由度:指在不改变平衡体系中原有平衡相数的条件下可独立改变的量的个数。 所谓独立,是指这些因素可在一定范围内任意变化,而不会导致旧相消失新相生成。 6、相率:用来确定体系自由度数的表达式。 自由度计算公式:F=C-N+2 其中:F-自由度,C-组分数,N-相数 7、相图特点:1)单组分体系临界点是两相共存的最高压力和最高温度,多组分体系存在临 界凝析温度和临界凝析压力 2)在 Tc ≤ T ≤ Tm 和 Pc ≤ P ≤ Pm 范围内存在逆行现象,具体如图。 8、范德华方程(两参数三次方型状态方程) : P= RT a ? 2 V ?b V 其中 a、b 为分子引力和斥力系数 RT 为分子体积和斥力对压力的影响 V ?b a 为分子引力对压力的影响 V2 9、相图判别法判断油气藏类型:见图 依据:相图形态和储层温度等温降压线 班天然气开采技术笔记 10、参数判别法判断油气藏类型: 1)四参数判别法 2)地层流体密度和平均分子量判别法 3) φ1 参数判别法 ( φ1 越小,凝析气藏油环越大) 4) 地面生产气油比和油罐油密度判别法 (气油比越高越趋于气藏, 密度越大越趋于油藏) 11、判断凝析气藏是否带油环: 1) C5 含量判别法: C5 1.75%(摩尔组成)带油环, 2) + + C5+ 1.75% 不带油环 52 不带油环 C1 C5+ 比值判别法: C1 C5+ 52 带油环, C1 C5+ 3)按等级进行分类的判别乐投官网法 4)Z 因子判别法:Z 越小,油环越大 第四章 气井产能分析与设计 稳定流:外边界供给压力一定,质量流量一定。 拟稳定流:定产量。 1、稳定状态达西流产能公式: 774.6Kh P r 2∫ dp = ln qscT ?Z rw Pwf 1) 拟压力法:拟压力: ? = 2 P 其中各符号单位为: P K ? 10?3 ? m 2 , P ? MPa, ? ? mPa s T ? K , q ? m3 / d , 长度 ? m ∫ Pwf P dp ?Z 774.6Kh(?e -? wf ) 产能公式: qsc = r T ln e rw 2) 平均压力法:平均压力: P = 产能公式: qsc = ?e -? wf 1.291×10 ?3 qscT re = ln Kh rw 1 ( Pe + Pwf ) 2 2 Pe2 -Pwf = 2 774.6Kh(Pe2 -Pwf ) r T ? Z ln e rw 1.291× 10?3 qscT ? Z re ln Kh rw 2、表皮效应引起的附加压降: ?Pskin = 2 1.291× 10?3 qscT ? Z S Kh S-表皮系数 1.291× 10 ?3 qscT ? Z 非达西流引起的附加压降: ?P = Dqsc Kh 2 nD Dqsc-流量相关表皮系数 D-惯性系数 视表皮系数:S’=S+ Dqsc 气体突出渗流特性:井底周围出现非达西流动。 4 油 08-5 班天然气开采技术笔记 3、稳定状态考虑表皮效应和非达西流的气井产能公式: 1)拟压力法: qsc = 774.6Kh(?e -? wf ) r T ln( e + S + Dqsc ) rw ?e -? wf = 1.291× 10?3 qscT r (ln e + S + Dqsc ) Kh rw 2)平均压力法: 2 774.6Kh(Pe2 -Pwf ) qsc = r T ? Z (ln e + S + Dqsc ) rw 1.291× 10?3 qscT ? Z r P -P = (ln e + S + Dqsc ) Kh rw 2 e 2 wf 4、拟稳定状态气井产能公式: 1)拟压力法: qsc = 774.6Kh(? -? wf ) 0.472re + S + Dqsc ) T ln( rw ? -? wf = 1.291×10 ?3 qscT 0.472re (ln + S + Dqsc ) Kh rw 2)平均压力法: qsc = 2 774.6Kh(PR2 -Pwf ) 1.291× 10?3 qscT ? Z 0.472re 2 PR2 -Pwf = (ln + S + Dqsc ) 0.472re Kh rw T ? Z (ln + S + Dqsc ) rw 5、气体绝对无阻流量 QAOF:井底压力为零时的气井产量。 6、二项式产能公式: 2 2 PR2 ? Pwf = Aqsc + Bqsc A- 层 流 流 动 系 数 ( 由 粘 滞 性 引 起 ) B-紊流流动系数(由惯性引起) 确定 A、B 的方法: 作 2 PR2 ? Pwf qsc qsc 图,斜率为 B,截距为 A 7、气井绝对无阻流量 QAOF 用途:1)气井分类:QAOF 反映气井潜能 2)配产:q=1/4 QAOF 3)产量无因次化:qD=qsc/ QAOF 8、经验产能方程: (稳定回压方程、指数式方程) 2 qsc = C ( PR2 ? Pwf ) n C 是压力和产量的函数,有单位,与时间有关 n 无单位,只与流态有关,与时间无关,范围(0.5-1) n=0.5 非达西流,n=1 达西流 确定 C、n 方法: lg qsc = lg C + n lg( PR ? Pwf ) 2 2 2 在双对数之间坐标系下作 PR2 ? Pwf ( ) qsc 图,斜率倒数为 n,与横轴交点为 C 9、 完井对气液入井的影响:1)完井方式类型 2)完井质量 3)气液高速流入井底 5 油 08-5 班天然气开采技术笔记 10、各种完井方式下气井产能方程: 1)裸眼完井:能量消耗在地层 不考虑污染: PR ? Pwf = AR qsc + BR qsc 2 2 2 考虑污染: PR ? Pwf = ( AR + Aa ) qsc + ( BR + Ba ) qsc 2 2 2 2)射孔完井:能量主要消耗在气层,射孔孔眼及附近压实带 2 2 PR2 ? Pwf = ( AR + Aa + AP )qsc + ( BR + Ba + BP )qsc 3)砾石充填完井: 2 2 PR2 ? Pwf = ( AR + Aa + AP + AG )qsc + ( BR + Ba + BP + BG )qsc AR、BR -地层层流、紊流系数 其中: Aa、Ba -地层污染带层流项、紊流项系数 AP、BP -射孔孔眼及其周围层流项、紊流项系数 AG、BG -砾石充填带层流项、紊流项系数 11、射孔完井表皮系数 S 来源于三方面: 1)Sd--井筒伤害 2)Sp—射孔孔道几何形状引起的表皮系数 3)Sdp—孔道周围压实带产生的伤害引起的表皮系数 第五章 气藏动态分析 1、凝析气藏特点: 1)与油藏区别:地层条件下烃类体系所处相平衡状态不同 凝析气藏原始气油比大于油藏原始气油比 2)与气藏区别:凝析气藏产物为气和凝析油,气藏产物只有气 凝析气藏压力下降到凝析压力以下时出现逆凝析现象 2、气藏驱动方式:1)气压驱动:地层压力系数 p 与累积采气量 G p 呈线)弹性水驱:由于地层水能量补充使压力下降比气驱缓慢 3)刚性水驱: 3、判断气藏驱动方式的依据:1)驱气动力 2)开发各阶段气藏动态变化与周围供水区相互作用 4、决定气藏驱动方式的主要因素: 地质因素:1)原始地层压力 2)含水区和供水区岩性及储集层物性特征 3)含水区的均质程度和连续性 4)气水界面附近情况 工艺因素:1)采气速度 2)开发方式 6 油 08-5 班天然气开采技术笔记 5、水驱油藏物质平衡方程式: G p Bg + Wp Bw = G ( Bg ? Bgi ) + We + GBgi ( Cw S wi + C f 1 ? S wi )?p G ? 储量 G p -累积采气量 W p -累积产水量 We -侵入水量 其中: Bgi -原始气体体积系数 Bg -气体体积系数 Bw -水体积系数 Cw -水压缩系数 C f -岩石压缩系数 S wi -束缚水饱和度 6、气藏驱动类型分析方法: 1)视地层压力法: p z G p 曲线为直线说明是定容封闭气藏,气压驱动 局限性:忽略束缚水和岩石压缩系数 2)水侵体积系数法:

   RD 曲线 度直线下降说明是定容封闭气藏,气压驱动 1 ? RD

  = 1?ω 3)视地质储量法: Ga ω -水侵体积系数 其中:

   ? 相对压力系数 RD -采出程度 G p 曲线呈水平线时( Ga = G )说明是定容封闭气藏,气压 驱动 (Ga--视地质储量) 7、气井生产制度(工艺制度)分析: 目的:1)确保安全生产 2)确保地下资源合理利用 措施:在井口或井底安装装置调控产量 限制气井产量的因素:1)自然因素 2)工艺因素 3)经济因素-----决定作用 8、气井合理产能评价方法: 1)经济配产法: q = 1 QAOF 4 2)采气曲线配产法---------减少紊流效应 选取线)考虑地层与井筒的协调配产法: 选取流入曲线与流出曲线交点 第六章 排水采气 1、气井中液体来源: 1)地层中游离水或烃类凝析液进入井筒 2)地层中含有水蒸气的天然气流入井筒 2、井筒积液过大造成低压井停喷、高压井中液体出现段塞流 3、气井携液临界流速 ucr:气井开始积液时,井筒内气体的最低流速 气井携液临界流量 qcr:临界流速对应的流量 影响因素:1)温度 2)压力 3)油管直径(同一井筒直径大的地方容易积液) 7 油 08-5 班天然气开采技术笔记 4、气井携液临界流量模型:1)液膜模型 2)液滴模型 液滴模型假设气流携液最低条件为使气体中最大液滴能连续向上运动 5、间歇生产所需气量小于气井携液临界流量 6、气井携液临界流量用途: 1)确定气井能否连续携液 2)优选管柱排水采气:一口井若不能连续携液可以更换小尺寸油管使其连续携液,此 方法时不适用于低产井 7、泡沫排水采气:将表面活性剂注入井底,借助天然气流的搅拌,与井底积液充分接触, 产生大量较稳定、低密度的含水泡沫,泡沫将井底积液携带至地面从而 达到排水采气的目的 适用条件需考虑:井温、井深、气流速度、日产量、液态烃、硫化氢、二氧化碳、地层水 矿化度 8、起泡剂排水采气机理:1)泡沫效应:泡沫产生意味着气水两相结合得更加紧密 2)分散效应:分散效应促使流态转变,降低临界携液流量 3)减阻效应 4)洗涤效应 9、起泡剂性能:1)可降低水的表面张力 2)起泡性能好,使水和气形成水包气型乳状液 3)能溶解于地层水,亲憎平衡值要求在 9-15 之间 4)泡沫携液量大(水膜越厚,携水能力越强) 5)要求泡沫稳定性适中 10、起泡剂类型:离子型,非离子型,两性型,高分子聚合物表面活性剂 11、实验方法评价起泡剂性能: 1)气流法:起泡能力----泡沫高度 泡沫含水量-------消泡后含水量 2)罗氏米尔法:起泡能力-------初始起泡高度 稳定性----------不同时间泡沫高度差 12、水矿化度越高,水的表面张力增大,泡沫排水效果降低 表面张力越低泡沫稳定性越高 临界胶束浓度越大,泡沫携水能力越强,稳定性越好 13、泡沫排水采气工艺设计: 1)选井 2)气流速度控制 3)气井投药时间 4)起泡剂最佳注入浓度和注入量 5)起泡剂注入方式和流程 6)消泡剂注入浓度和注入量 14、柱塞气举属于间歇气举,能量来源于地层气 15、 柱塞气举过程: 柱塞气举过程由循环关井和开井组成, 关井恢复压力阶段出现最大套压, 开井生产阶段出现最小套压 8 油 08-5 班天然气开采技术笔记 第七章 天然气水合物形成机理和预防措施 1、天然气水合物形成条件: 1)有自由水存在:天然气温度必须等于或低于天然气中水露点 2)低温:达到水合物形成温度 3)高压 2、天然气水合物结构: 1)Ⅰ型:立方晶体结构 2)Ⅱ型:菱形晶体结构 3)H 型:六方晶体结构,为气体提供的空间最大 3、天然气水合物生成条件的预测: 1)图解法:相对密度曲线、预防水合物生成方法: 1)提高节流前天然气的温度 2)注入抑制剂:降低水合物生成温度 9

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